(完整word版)逐點比較插補原理的實現(xiàn)

1、目錄1設(shè)計任務(wù)及要求 .12方案比較及認證 .23設(shè)計原理 .43.1 硬件原理 .43.2 硬件原理 .54軟件系統(tǒng) .94.1 軟件思想 .94.2 流程圖 .94.3 源程序 .95調(diào)試記錄及結(jié)果分析 .105.1 界面設(shè)置 .105.2 調(diào)試記錄 .105.3 結(jié)果分析 .116心得體會 .137參考資料 .14附錄 .15武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書11 設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計一個計算機控制步進電機系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用 P（機的并口輸出控制信號，其信號驅(qū) 動后控制 X、丫兩個方向的三相步進電機轉(zhuǎn)動，禾 I用逐點比較法插補繪制出如下曲線。課程設(shè)計的主要任務(wù)：1 設(shè)計硬件系統(tǒng)，畫出電

2、路原理框圖；2 定義步進電機轉(zhuǎn)動的控制字；3推導(dǎo)出用逐點比較法插補繪制出下面曲線的算法；4編寫算法控制程序，參數(shù)由鍵盤輸入，顯示器同時顯示曲線；5撰寫設(shè)計說明書。課程設(shè)計說明書應(yīng)包括：設(shè)計任務(wù)及要求；方案比較及認證； 系統(tǒng)濾波原理、硬件原理，電路圖，采用器件的功能說明；軟件思想，流程，源程序；調(diào) 試記錄及結(jié)果分析；參考資料；附錄：芯片資料，程序清單；總結(jié)。武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書22 方案比較及認證本次課程設(shè)計內(nèi)容為設(shè)計一個計算機控制步進電機系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用P（機的并口輸出 控制信號，其信號驅(qū)動后控制 X、丫兩個方向的三相步進電機轉(zhuǎn)動，禾用逐點比較法插補繪 制出第一象限逆圓弧。

3、數(shù)字程序控制主要應(yīng)用于機床的自動控制，如用于銑床、車床、加 工中心、以及線切割等的自動控制中。采用數(shù)字程序控制的機床叫數(shù)控機床， 它能加工形狀復(fù)雜的零件、加工精度高、生產(chǎn) 效率高、便于改變加工零件品種等優(yōu)點，是實現(xiàn)機床自動化的一個重要發(fā)展方向。本次課 程設(shè)計采用逐點比較法插補原理以及作為數(shù)字程序控制系統(tǒng)輸出裝置的步進電機控制技 術(shù)進行第一象限圓弧插補。第一象限圓弧如圖 2-1 所示。圖 2-1 第一象限逆圓弧針對以上設(shè)計要求，采用步進電機插補原理進行逐步逼近插補。硬件方面，步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構(gòu)， 它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為 角位移，通俗地說：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就

4、驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向 轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達到準 確定位的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的 目的。逐點比較法是以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線，它與規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個脈沖當量，因此只要把脈沖當量（每走一步的距離即步長）取得足夠小, 就可以達到精度的要求。以下為課程設(shè)計要求插補的第一象限逆圓弧。圖3-3 為第一象限逆圓弧。軟件方面，運用 Visual Basic 6.0 應(yīng)用軟件，首先制作相應(yīng)的界面，進行參數(shù)設(shè)置，其 次，在界面中設(shè)置相應(yīng)的 command1，存放相應(yīng)程序，畫出 x

5、 軸和 y 軸的以及相應(yīng)的箭頭作出 正方武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書3向，并且執(zhí)行相應(yīng)起點和終點的參數(shù)，定出圓心，畫出相應(yīng)的四分之一圓弧。作出圓 弧后，通過相應(yīng)的計算分析得出圓弧插補計算的五個步驟，即偏差判斷、坐標進給、偏差 計算、坐標計算、終點判斷。軟件調(diào)試及其結(jié)果分析，其中包括界面設(shè)置，調(diào)試記錄以及結(jié)果分析三個方面，對軟件程序進行調(diào)試和完善，實現(xiàn)步進電機插補原理。武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書43 硬件設(shè)計原理3.1 硬件原理步進電機通對計算機進行控制，進而進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，由伺服電機驅(qū)動電路驅(qū)動伺服電 機，帶動工作臺進行逐步比較插補，逐步逼近給定軌跡。流程如圖3.1 所

6、示。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，開環(huán)數(shù)字程序控制得到了廣泛的應(yīng)用，如各類數(shù)控機床、線切割機低速小型數(shù)字繪圖儀等，它們都是利用開環(huán)數(shù)字程序控制原理實現(xiàn)控制的設(shè)備。其 結(jié)構(gòu)亦如圖 3-1 所示。這種結(jié)構(gòu)沒有反饋檢測元件，工作臺由步進電機驅(qū)動。步進電機接收 驅(qū)動電路發(fā)來的指令作相應(yīng)的運動，把刀具移動到與指令脈沖相當?shù)奈恢?，至于刀具是?到達了指令脈沖規(guī)定的位置，它不作任何檢查，因此這種控制的可靠性和精度基本上由步 進電機和傳動裝置來決定。圖 3-2 為兩臺三相步進電機控制接口示意圖，選定由 PAO、PA1、PA2 通過驅(qū)動電路來 控制x 軸步進電機，由 PBO、PB1、PB2 通過驅(qū)動電路來控制 y 軸步

7、進電機，并假定數(shù)據(jù)輸出 為“ 1”時，相應(yīng)的繞組通電；數(shù)據(jù)輸出為“ 0”時，相應(yīng)繞組斷電。步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移， 通圖 3-1 開環(huán)數(shù)字程序控制圖 3-2 兩臺三相步進電機控制接口示意圖武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書5俗地說：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固 定的角度（及步進角）。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目 的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。以下 為步進電機三相六拍工作方式，其輸出字表如表 3-1o表 3-1 步進電機三相六拍工

8、作方式輸出字表x 軸步進電機輸出字表丫軸步進電機輸出字表存儲地址標號PA 口輸出字存儲地址標號PB 口輸出字ADX10000000 仁 01HADY100000001 = 01HADX20000001 仁 03HADY200000011= 03HADX300000010= 02HADY300000011= 03HADX400000110= 06HADY400000110= 06HADX500000100= 04HADY500000100= 04HADX600000101= 05HADY600000101 = 05H3.2 硬件原理本次課程設(shè)計內(nèi)容為設(shè)計一個計算機控制步進電機系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用 P

9、（M 的并口輸出 控制信號，其信號驅(qū)動后控制 X、丫兩個方向的三相步進電機轉(zhuǎn)動，禾用逐點比較法插補繪 制出第一象限逆圓弧。、逐點比較法是以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線，它與規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個脈沖當量，因此只要把脈沖當量（每走一步的距離即步長）取得足夠小, 就可以達到精度的要求。以下為課程設(shè)計要求插補的第一象限逆圓弧。圖3-3 為第一象限逆圓弧。武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書6以下就以第一象限為例進行分析。(1) 偏差計算公式設(shè)要加工逆圓弧 AB,圓心在原點，起點坐標 A(xO,YO),終點坐標(xe,Ye),半徑 R。瞬時 加工點M(xm,Ym)它距圓心 Rm

10、 則可用 R 與 Rn 來反映偏差。由圖 3-2 可知：Rm2= Xm2Ym2R2=Xo2Yo2由此定義偏差公式為：Fm = Rm2- R2= Xm2+ Ym2- R2若 Fm= 0, M 點在圓弧上；若 Fm0, M 點在圓弧外；若 Fmc0, M 點在圓弧內(nèi)。第一象限逆圓弧的插補原理是：從圓弧起點出發(fā)，若 Fmz0,沿-X 方向走一步，并計 算新偏差；當 Fm 0 時，Xm+牡 Xm-1Ym+牡 YmFm+仁 Fm-2Xm+1武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書7當 FmK0 時，Xm+牡 XmYm+牡 Ym+1Fm+仁 Fm+2Ym+1(2)終點判斷方法1設(shè)置 Nx,NY 兩個計數(shù)器

11、，初值設(shè)為|Xe-Xo|,|Ye-Yo|在不同的坐標軸進給時對應(yīng)的 計數(shù)器減一，兩個計數(shù)器均減到零時，到達終點。2用一個計數(shù)器 NxY，初值設(shè)為 Nx+N丫無論在哪個坐標軸進給，Nxy 計數(shù)器減一， 計數(shù)器減到零時，到達終點。(3)插補計算過程圓弧插補計算比直線插補計算過程要多一個環(huán)節(jié)，即要計算加工瞬時坐標。故圓弧插 補計算為五個步驟即偏差判斷、坐標進給、偏差計算、坐標計算、終點判斷。通過以上的分析計算，可以得出以下四個象限的順圓弧(SR 和逆圓弧(NF)的圓弧插補計算公式和進給方向。其插補進算公式及其進給方向如表3-1 所示。表 3-2 圓弧插補計算公式和進給方向偏差圓弧種類進給方向偏差計算

12、坐標計算Fm 0SR1、NR2-YFm+1 Fm-2Ym+1Xm+1 XmYm+1 Ym-1SR3、NR4+YNR1、SR4-xFm+1 Fm-2Xm+1Xm+1 Xm-1Ym+1 YmNR3、SR2+xFm 0 時，Xm+牡 Xm-1Ym+牡 YmFm+仁 Fm-2Xm+12. 當 FmK0 時，Xm+牡 XmYm+牡 Ym+1Fm+仁 Fm+2Ym+1由起點及其終點，可得終點判斷 Nxy=10，另外令圓心（1 , 1）為新建坐標系原點,可得一下圓弧插補過程，如表 5-1 所示。表 5-1 圓弧插補計算過程步數(shù)偏差判別坐標進給坐標計算偏差計算終點判斷起點X0=5,Y0=0F0=0Nxy=10

13、1Fo=0-xX1=x0-1=4,Y1=0F1=F0-2X0+1=-9Nxy=92F1=-9v0+yX2=4,Y2=Y1+1=1F2=F1+2Y1 + 1=-6Nxy=83F2=-6v0+yX3=4,Y3=Y2+1=2F3=F2+2Y2+1=-3Nxy=74F3=-3v0+yX4=4,Y4=Y3+1=3F4=F3+2Y3+1=0Nxy=65F4=0-xX5=x4-1=3,Y5=3F5=F4-2X4+1=-7Nxy=56F5=-7v0+yX6=3,Y6=Y5+1=4F6=F5+2Y5+1=0Nxy=47F6=0-xX7=X6-1=2,Y7=4F7=F6-2X6+1=-5Nxy=38F7=-5v0

14、+yX8=2,Y8=Y7+1=5F8=F7+2Y7+1=4Nxy=29F8=20-xX9=X8-1=1,Y9=5F9=F8-2X8+1=1Nxy=11 0F9=10-xX10=X7-1=0,Y10=5F10=F9-2X9+1=0Nxy=0根據(jù)以上圓弧插補過程，實現(xiàn)完整的圓弧插補過程武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書146 心得體會微機控制原理技術(shù)是一門很有趣的課程，任何一個計算機系統(tǒng)都是一個復(fù)雜的整體，學(xué)習(xí)危機控制原理是要涉及到整體的每一部分。通過討論其控制原理時又要涉及到各部件 之間控制的工作原理，不僅較深入理解計算機控制的工作原理。所以，在循序漸進的課堂 教學(xué)過程中，我總是處于“學(xué)會

15、了一些新知識，弄清了一些原來保留的問題，又出現(xiàn)了一 些新問題”的循環(huán)中，直到課程結(jié)束時，才把保留的問題基本搞清楚。學(xué)習(xí)該門課程知識時，其思維方法也和其它課程不同，該課程偏重于工程思維，具體 地說，在了解了微機基本原理的同時，必須學(xué)會各種控制技術(shù)的應(yīng)用，其創(chuàng)造性勞動在于 如何用計算機的有關(guān)技術(shù)實現(xiàn)計算機的控制，設(shè)計實用的電路和系統(tǒng)，再配上相應(yīng)的應(yīng)用 程序，完成各種控制應(yīng)用項目。這次課程設(shè)計并不是很難，主要的困難來自對程序的處理和界面的設(shè)計。功夫不負有心人，經(jīng)過宿舍想死類型題目的四個人的合作和努力，最后對實驗的原理有了更清晰的認 識。雖然設(shè)計中并的功能并不是十分完善，但是就系統(tǒng)功能來說，基本完成了

16、課程設(shè)計要 求。但是通過平時課程的學(xué)習(xí)，又通過本次課程設(shè)計對它的再一次認真努力學(xué)習(xí)和操作， 鞏固了該門課程的知識和應(yīng)用，對我們以后的學(xué)習(xí)也會有幫助的。本次還遇到一個困難，便是對于 VB 使用的不熟悉。對于 VB 的應(yīng)用，僅僅限于高中一 年的簡單學(xué)習(xí)，這次課程設(shè)計中對于步進電機的軟件仿真，VB 中的很多不懂的地方，通過看書學(xué)習(xí)和向同學(xué)請教，實現(xiàn)了步進電機的軟件設(shè)計。本次課程設(shè)計的過程中，對于VB的再一次重溫和理解，相信對于今后的學(xué)習(xí)也有很大的幫助?？傊?，這次課程設(shè)計對于我們有很大的幫助，通過課程設(shè)計，我更加深入地理解了，微機控制原理課程上講到的各種控制技術(shù)， 本次設(shè)計尤其深入了對步進電機插補原理

17、的 理解，熟悉了VB 程序的編寫過程和運行過程，最后還提高了自己的動手能力。感謝老師 的悉心指導(dǎo)。武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書157 參考資料1 鄭學(xué)堅，周斌 微型計算機原理與應(yīng)用清華大學(xué)出版社2于海生 微型計算機控制技術(shù)清華大學(xué)出版社3 沈美明，溫冬嬋 IBM-PC 匯編語言程序設(shè)計清華大學(xué)出版社4 何立民 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計北京航空航天大學(xué)出版社5姚燕南，薛鈞義微型計算機原理 西安電子科技大學(xué)出版社6 沙占友等 新編實用數(shù)字化測量技術(shù)國防工業(yè)出版社7 宋春榮等 通用集成電路手冊 山東科技出版社武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書16附錄:附件一程序清單Opti on Exp

18、licitPublic q As DoublePublic flag As In tegerPublic xa As In tegerPublic ya As In tegerPublic xb As In tegerPublic yb As In tegerPublic fm As In tegerPublic n As In tegerPublic x As DoublePublic y As DoublePublic sx As DoublePublic sy As DoubleDim c As In tegerPublic Fun cti on max(a, b)If a b The n max = aElsemax = bEnd IfEnd Fun cti onPrivate Sub Comma nd1_Click()Picturel.Refresh武漢理工大學(xué)計算機控制技術(shù)課程設(shè)計說明書17q = Val(Textl.Text) xa = Val(Text2.Text)