第4章 順序控制與數(shù)字控制技術(shù)

1、楊廉13974840307163.COM4.1 4.1 順序控制技術(shù)順序控制技術(shù)4.2 4.2 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)第第4 4章章 順序控制與數(shù)字控制技術(shù)順序控制與數(shù)字控制技術(shù)第第4 4章章 順序控制與數(shù)字控制技術(shù)順序控制與數(shù)字控制技術(shù)4.1 4.1 順序控制技術(shù)順序控制技術(shù)4.1.1 順序控制概述4.1.2 順序控制系統(tǒng)的組成4.1.3 微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例4.1.1 4.1.1 順序控制概述順序控制概述4.1.1 4.1.1 順序控制概述順序控制概述4.1.1 4.1.1 順序控制概述順序控制概述4.1.1 4.1.1 順序控制概述順序控制概述二、順序控制系統(tǒng)的類型二、順序

2、控制系統(tǒng)的類型 目前在現(xiàn)場應(yīng)用的順序控制系統(tǒng)數(shù)量龐大，其控制的對象及過程也不盡相同。 但根據(jù)其輸入裝置中的元器件及邏輯控制器件的特點可將順序控制系統(tǒng)分為下 列4種類型。1 1、按順序執(zhí)行的繼電一接觸器控制系統(tǒng)、按順序執(zhí)行的繼電一接觸器控制系統(tǒng) 繼電器控制裝置是根據(jù)控制對象的特點及工藝要求，先計算出輸出與各輸入條 件的邏輯關(guān)系式，再按該邏輯關(guān)系式把一定數(shù)量的繼電器、接觸器、開關(guān)及其 他電器的相關(guān)觸點用導(dǎo)線連接成相應(yīng)的控制電路，從而達到自動順序控制的目 的。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于簡單的機床電氣控制系統(tǒng)、化工、包裝等控制邏輯不太 復(fù)雜、工作電流較大的領(lǐng)域。2 2、半導(dǎo)體邏輯順序控制系統(tǒng)、半導(dǎo)體邏輯順序控制

3、系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用半導(dǎo)體邏輯順序控制裝置作為組成順序控制系統(tǒng)核心部件。將半導(dǎo) 體邏輯元器件（如二極管、三極管、門電路、觸發(fā)器及CPU芯片等）按一定的 邏輯運算關(guān)系在印制電路板上連接成順序控制系統(tǒng)就稱為半導(dǎo)體邏輯順序控制 裝置，也稱無觸點邏輯控制裝置。它克服了繼電一接觸器控制系統(tǒng)中壽命短、 工作頻率低、功能簡單、可靠性差等缺點，是常用的順序控制系統(tǒng)之一。4.1.1 4.1.1 順序控制概述順序控制概述 3 3、可編程順序控制器系統(tǒng)、可編程順序控制器系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）作為順序控制系統(tǒng)核心部件。它是針對繼電 器順序控制器及非接觸式半導(dǎo)體邏輯控制裝置專用性強、更改維護不易的缺點 而推

4、出的一種順序控制系統(tǒng)。該類順序控制器把CPU、I/O、程序存儲器、數(shù)字 存儲器等元器件集成在同一個控制器中；特別是針對其工作的工業(yè)環(huán)境，強化 了其I/O接口的數(shù)量、種類及功能，使控制器不需擴展就具有帶多種負(fù)載的能 力。為了提高其抗干擾能力，在控制器內(nèi)部專門集成了光耦、電子看門狗等抗 干擾電路，使其在工作時能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。該系統(tǒng)在現(xiàn)場中得到了廣泛 應(yīng)用，PLC也成為順序控制系統(tǒng)裝置中的主流設(shè)備之一。4 4、微機順序控制系統(tǒng)、微機順序控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用微型計算機作為順序控制系統(tǒng)核心部件。該系統(tǒng)適用于要求精度 高、性能復(fù)雜等順序控制的場合。該系統(tǒng)具有應(yīng)用靈活、智能程度較高、二次 開發(fā)效率高等

5、優(yōu)點。順序控制方式順序控制方式 連鎖式順序步進控制是將前一個動作的常開觸點串聯(lián)在后一個動作的啟動線路 中，作為后一個動作發(fā)生的必要條件。同時將代表后一個動作的常閉觸點串入 前一個動作的關(guān)斷線路里。 定時器式順序控制動作的發(fā)生是在定時器的控制下自動按順序一步步進行的。 下一個動作發(fā)生時，自動把上一個動作關(guān)斷。這樣，一個動作接著一個動作發(fā) 生。在實際工程應(yīng)用中，常用于設(shè)備的順序啟動的控制。4.1.1 4.1.1 順序控制概述順序控制概述三、順序控制系統(tǒng)的特點三、順序控制系統(tǒng)的特點 1、順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號以開關(guān)量信號為主、順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號以開關(guān)量信號為主 順序控制系統(tǒng)常常利用按

6、鈕、行程開關(guān)、光電開關(guān)、限位開關(guān)等開關(guān)輸入量元 器件輸入控制對象的位置、狀態(tài)等信息，CPU根據(jù)相關(guān)信息進行邏輯運算后， 作出相關(guān)的邏輯判斷并向外輸出開關(guān)控制信息，輸出的開關(guān)信息經(jīng)驅(qū)動電路放 大后，控制電磁閥、繼電器、開關(guān)電路等執(zhí)行電路動作，從而可以操作液壓、 氣壓、電動機等裝置按要求動作。 2、邏輯關(guān)系復(fù)雜、邏輯關(guān)系復(fù)雜 有些復(fù)雜的順序控制系統(tǒng)輸出信號和輸入信號之間，各個輸出信號之間存在復(fù) 雜的邏輯關(guān)系和時序關(guān)系，例如高層建筑的多臺電梯群控系統(tǒng)。 在順序控制系統(tǒng)的工作過程中，控制對象的工作狀態(tài)需由檢測電路將相應(yīng)檢測 的信號傳遞給CPU，CPU依據(jù)原先植入的算法程序進行邏輯運算后，再決定將 控制

7、對象導(dǎo)入何種工步工作。因此，在設(shè)計該類控制系統(tǒng)時，必須對信息流在 系統(tǒng)中的流向及轉(zhuǎn)化關(guān)系有較深刻的理解。3、控制程序客觀、控制程序客觀 由于順序控制程序中，上一步驟與下一步驟之間是否進行轉(zhuǎn)換決定于控制對象 的實際狀態(tài)及所檢測的相關(guān)參數(shù)情況，所有控制程序中相關(guān)程序的設(shè)計必須配 有相關(guān)檢測電路并且系統(tǒng)需足夠的IO接口來輸入、輸出相關(guān)信息，需足夠容 量的程序存儲器存儲程序，較復(fù)雜的順序控制系統(tǒng)還必須配有CPU對電路狀態(tài) 進行輸入、存儲、運算、判斷并產(chǎn)生控制時序。4.1.1 4.1.1 順序控制概述順序控制概述4、可靠性要求高、可靠性要求高 順序控制系統(tǒng)一般用于多步驟、多工序控制對象的加工或生產(chǎn)過程，

8、往往具有 一定的生產(chǎn)規(guī)模和使用頻率。由于各步驟、工序是有條件地聯(lián)系起來的，前一 個工序如果未處理好就進入下一工序工作的話，將會造成很大的破壞及危害。 所以在設(shè)計時，對控制對象狀態(tài)的檢測要求全面、及時，程序?qū)π畔⑻幚矸绞?要求正確、可靠，執(zhí)行機構(gòu)動作迅速、準(zhǔn)確，在循環(huán)工作時誤差小、工作穩(wěn) 定。4.1.1 4.1.1 順序控制概述順序控制概述 典型的微機順序控制系統(tǒng)是由系統(tǒng)控制器、信號檢測、執(zhí)行機構(gòu)及被控對象等 組成，如圖所示。 一般地，順序控制系統(tǒng)的輸入和輸出都是開關(guān)信號，順序控制系統(tǒng)控制生產(chǎn)機 械按照次序或時序動作，動作的轉(zhuǎn)換是根據(jù)對現(xiàn)場輸入信號的邏輯判斷或時序 判斷來決定的，因此順序控制系統(tǒng)

9、應(yīng)具有較完善的輸入、輸出功能和各種接口 電路，并具有邏輯記憶以及時序產(chǎn)生和時序判斷的功能， 這些功能均由系統(tǒng) 控制器完成，它是組成順序控制系統(tǒng)的核心部分。 此外，為了保證系統(tǒng)工作可靠，有的系統(tǒng)中需對執(zhí)行機構(gòu)或控制對象的實際狀 態(tài)進行檢查或測量，將結(jié)果及時反饋給控制器，這就需要增加信號檢測電路。 顯示與報警單元用于實時顯示被控對象的工況以及故障時的報警。4.1.2 4.1.2 順序控制系統(tǒng)的組成順序控制系統(tǒng)的組成 例子：例子：鉆孔動力頭在一個工作循環(huán)中有快進、工進、工進延時、快退和停止5 個工作狀態(tài)。從前一個工作狀態(tài)轉(zhuǎn)人下一個工作狀態(tài)，是根據(jù)來自現(xiàn)場的輸入 信號的邏輯判斷，現(xiàn)場輸入信號有啟動按鈕

10、SB1、原位開關(guān)SQ1、行程開關(guān)SQ2 和SQ3及延時信號，這些電器觸點的通斷，通過輸入電路變換為電平信號送到 輸入接口的輸入端，CPU按一定的邏輯順序讀取這些信號，并逐一判斷是否滿 足各工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。若滿足，則發(fā)出相應(yīng)的轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的控制信號。輸 出控制信號通過輸出接口經(jīng)過輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的電磁閥吸合或釋放，從而改 變液壓油路的狀態(tài)，使動力頭轉(zhuǎn)換為新的工作狀態(tài)。若不滿足，則等待（當(dāng) CPU只控制一臺動力頭時）或跳過，轉(zhuǎn)向詢問另一臺動力頭（當(dāng)CPU控制多臺動 力頭時）。下面介紹采用803l單片機實現(xiàn)動力頭的順序控制。4.1.3 4.1.3 微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例一

11、、硬件框圖一、硬件框圖 在該例中，因為輸入、輸出的點數(shù)不多，故 用單片機內(nèi)的P1口作為I/O端口。輸入、輸出 信號連接如圖4.4所示。現(xiàn)場的輸入信號SB1、 SQ1、SQ2、SQ3經(jīng)過輸入電路處理后分別送到 P1口的P1.0P1.3，當(dāng)觸點閉合時，P1口對應(yīng) 的位為“1”，當(dāng)觸點斷開時，P1口對應(yīng)的位 為“0”。計算機發(fā)出的控制信號經(jīng)P1口的 P1.5P1.7輸出至輸出電路放大后驅(qū)動執(zhí)行機 構(gòu)完成相應(yīng)的動作。 單片機只能接受電平為05V的開關(guān)信號或數(shù)字信號， 而反映現(xiàn)場工作狀態(tài)的是按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開 關(guān)、繼電器等電器觸點的接通或斷開。因此輸入電路 必須完成電平轉(zhuǎn)換的任務(wù)，即將電器觸點的通、

12、斷轉(zhuǎn) 換成單片機所能接受的電平。同時，為了保證系統(tǒng)工 作安全可靠，還必須考慮信號的濾波和隔離。常用的 輸入電路有中間繼電器隔離的電平轉(zhuǎn)換電路、晶體管 隔離及電平轉(zhuǎn)換電路、光電耦合器輸入隔離電路以及 變壓器輸入隔離電路等。單片機接口輸出的控制信號 通常為05V。因此，在輸出鎖存器與負(fù)載之間，通常 要加驅(qū)動電路，以獲得必要的電流、電壓和功率。常 用的輸出驅(qū)動電路有中間繼電器輸出電路、晶體管輸 出電路、固態(tài)繼電器輸出電路以及晶閘管輸出電路等.二、控制程序流程圖及控制程序二、控制程序流程圖及控制程序 控制程序流程圖如圖4.5所示。從程序流程圖可以看 出，控制程序按一定的邏輯順序讀入被控設(shè)備的狀態(tài) 信號

13、，按預(yù)定的邏輯算式進行與、或、非等邏輯運 算；按運算結(jié)果判別是否發(fā)出某種控制信號。根據(jù)程 序流程圖，輸入、輸出信號排列，用8031匯編語言編 寫的控制程序如下頁：.3微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例4.1.3 4.1.3 微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例 在程序中，在某一工步讀入 現(xiàn)場信號后，判斷相應(yīng)的行 程開關(guān)是否被壓動，若是， 則轉(zhuǎn)下一工步；若不是，則 反復(fù)輸出本步的控制信號。 在實際應(yīng)用中，這樣安排程 序能夠有效地提高系統(tǒng)的抗 干擾能力。例子：交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計。交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計。 4.1.3 4.1.3 微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例

14、微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例 北向 南向 東向 西向 紅 紅 紅 紅 黃 黃 黃 黃 綠 綠 綠 綠 啟動 停止 東西向 南北向 黃黃 紅紅 綠綠 Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 交通信號燈控制盤 I0.0 I0.1 上圖所示為雙干道交通信號燈設(shè)置示意圖，元件分配表如下。 開 始 東西向紅燈亮、南北向綠燈亮 20s 時間到否？ 東西向紅燈亮、南北向黃燈亮 5s 時間到否？ 東西向綠燈亮、南北向紅燈亮 30s 時間到否？ 東西向黃燈亮、南北向紅燈亮 5s 時間到否？ Y Y Y Y N N N N 1.1.控制說明控制說明 信號燈的動作受 開關(guān)總體控制， 按一下起動按 鈕

15、，信號燈系統(tǒng) 開始工作，工作 流程如圖所示。 2.2.順序功能圖順序功能圖 分析信號燈的變化規(guī)律， 可將工作過程分成4個依設(shè) 定時間而順序循環(huán)執(zhí)行的 狀態(tài)：S2、S3、S4和S5， 另設(shè)一個初始狀態(tài)S1。由 于控制比較簡單，可用單 流程實現(xiàn)，如圖所示。 編寫程序時，可將順序功 能圖放置在一個功能塊 （FB）中，而將停止作用 的部分程序放置在另一個 功能（FC）或功能塊 （FB）中。這樣在系統(tǒng)啟動 運行期間，只要停止按鈕 （Stop）被按動，立即將 所有狀態(tài)S2S5復(fù)位，并 返回到待命狀態(tài)S1。4.1.3 4.1.3 微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例微機順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例在待命狀態(tài)下，只要按動起動按鈕

16、（Start），系統(tǒng)即開始按順序功能圖所描述的過程循環(huán)執(zhí)行。4.2 4.2 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)4.2.2 逐點比較法插補原理4.2.3 步進電機控制技術(shù)4.2 4.2 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)4.2 4.2 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)4.2 4.2 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)一、數(shù)字程序控制的基本原理一、數(shù)字程序控制的基本原理 首先分析如圖4.6所示的平面曲線圖形，如何用計算機在繪圖儀或數(shù)控加工機 床上重現(xiàn)，以此來簡要說明數(shù)字程序控制原理。1 1、曲線分割、曲線分割 將所需加工的輪廓曲線，依據(jù)保證線段所連的曲線（或折線）與原圖形的誤

17、差 在允許范圍之內(nèi)的原則分割成機床能夠加工的曲線線段。如將圖4.6所示的曲 線分割成直線段ab，cd和圓弧曲線bc三段，然后把a、b、c、d四點坐標(biāo)記下來 并送給計算機。4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)2 2、插補計算、插補計算 根據(jù)給定的各曲線段的起點、終點坐標(biāo)（即a、b、c、d各點坐標(biāo)），以一定的 規(guī)律定出一系列中間點，要求用這些中間點所連接的曲線段必須以一定的精度 逼近給定的線段。確定各坐標(biāo)值之間的中間值的數(shù)值計算方法稱為插值或插 補。常用的插補形式有直線插補和二次曲線插補兩種形式。直線插補是指在給 定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近，當(dāng)然由此定出中間點連接起來的折 線近似于一條直線，而并

18、不是真正的直線。所謂二次曲線插補是指在給定的兩 個基點之間用一條近似曲線來逼近，也就是實際的中間點連線是一條近似于曲 線的折線弧。常用的二次曲線有圓弧、拋物線和雙曲線等。對圖4.6所示的曲 線，ab和cd段用直線插補，bcbc用圓弧插補比較合理。3 3、脈沖分配、脈沖分配 根據(jù)插補運算過程中定出的各中間點，對x、y方向分配脈沖信號，以控制步進 電機的旋轉(zhuǎn)方向、速度及轉(zhuǎn)動的角度，步進電機帶動刀具，從而加工出所要求 的輪廓。根據(jù)步進電機的特點，每一個脈沖信號將控制步進電機轉(zhuǎn)動一定的角 度，從而帶動刀具在x或y方向移動一個固定的距離。把對應(yīng)于每個脈沖移動的 相對位置稱為脈沖當(dāng)量或步長，常用x和y來表

19、示，并且x=y。很明 顯，脈沖當(dāng)量也就是刀具的最小移動單位，x和y的取值越小，所加工的曲 線就越逼近理想的曲線。4.2.1 4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ)4.2.1 4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ)4.2.1 4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 4.2.1 4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ)三種方式比較三種方式比較4.2.1 4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ)4.2.1 4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ)4.2.2 4.2.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理4.2.2 4.2.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理00y

20、xyxmm00yxxymm00yxxyFmmm4.2.2 4.2.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理。4.2.2 4.2.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理 于是取偏差計算式為 Fm=ymxe-xmye 偏差判別式： 若Fm = 0，則點m在OA直線段上； 若Fm 0，則點m在OA直線段的上方； 若Fm = 0時，沿+x軸方向走一步； 當(dāng)Fm = 0，這時沿+x軸方向走一步至m1點。 ( xm+1， ym+1) = ( xm+1, ym ) Fm+1= ym+1xe-xm+1ye= ymxe-(xm+1)ye = ymxe-xmye -ye= Fm ye （2）設(shè)加工點在m點，若F

21、m = 0，F(xiàn)m+1= Fm ye 若Fm 0，F(xiàn)m+1= Fm+ xe 終點判斷： 方法1：設(shè)置x，y軸兩個減法計數(shù)器Nx和Ny ，加工前分別存入終點坐標(biāo)xe和ye ， x (y) 軸每進給 一步則Nx 1 (Ny 1）, 當(dāng)Nx和Ny 均為0，則認(rèn)為達到終點。 方法2：設(shè)置一個終點計數(shù)器Nxy , x 或y 軸每進給一步則Nxy 1，當(dāng)Nxy 為0，則認(rèn)為達到終點。 第一象限內(nèi)的直線插補第一象限內(nèi)的直線插補 偏差計算式： 若點m在OA直線段上，則有: xm/ym=xe/ye即ymxe-xmye0 4.2.2 4.2.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理偏差判別坐標(biāo)進給偏差計算終點判斷

22、走一步比較一次決定下一步的走向 插補結(jié)束判斷 2 2、4 4個象限的直線插補個象限的直線插補 設(shè)A1、A2、A3、A4分別表示第一、第二、第三、第四象限的4種線型。它們的 加工起點均從坐標(biāo)原點開始，則刀具進給方向如圖右所示。凡F0時，向x方 向進給，在第一、第四象限向+x方向進給；在第二、第三象限，向-x方向進 給；凡FR，于是可以寫成即也就是說，P點在圓外時，其插補偏差F0。P點在圓弧之內(nèi)時，則OPR，于是可得即P點在圓弧之內(nèi)時，偏差值F0，向圓內(nèi)（-x方向）進給一步； P點在圓弧內(nèi)時，F(xiàn)O處理。3)3)偏差計算偏差計算 依據(jù)式（4.4）計算偏差F，需進行3項乘方的計算，比較費時，為簡化計算

23、， 采用遞推法來求F值。 以第一象限逆圓為例：設(shè)P點在圓外，F(xiàn)O，則刀具向-x方向走一步，到達（x- 1，y）點，設(shè)新點的偏差為F，則有4.2.2 4.2.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理 若P點在圓內(nèi)，F(xiàn)O，則刀具向+y方向走一步，新點的坐標(biāo)值為（x，y+1），設(shè)新點 的偏差為F，則有 與直線插補一樣，總是設(shè)刀具從圓弧的起點開始插補，因此初始偏差值F0=0。此后的 F值可用式（4.5）和式（4.6）算出。（4.5）（4.6） 4）終點判別 與直線插補的終點判別一樣，設(shè)置一個長度計數(shù)器，取x、y坐標(biāo)軸方向上的總步數(shù)作 為計數(shù)長度值，每進給一步，計數(shù)器減1，當(dāng)計數(shù)器減到零時，插補結(jié)束。4

24、.2.2 4.2.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理00yyxxneexy 長度計數(shù)器的初值為（4.7）也可以每個坐標(biāo)方向設(shè)一個計數(shù)器，其計數(shù)長度分別為 0 xxnex0yyney x方向進給時， xn減1，在y方向進給時 yn減1。直至 和 第一象限逆圓插補的流程圖如圖4.14所示。在計算機的內(nèi)存中設(shè)置6個單元X0、Y0、XE、YE、NXY、FM，X0存放起點橫坐標(biāo)x0，Y0存放起點縱坐標(biāo)y0，XE存放終點橫坐標(biāo)xe，YE存放終點縱坐標(biāo)ye，NXY存放總步數(shù)nxy，F(xiàn)M存放加工點偏差F，F(xiàn)的初值為F0=0，xe和ye的初值為x0和y0，與直線插補不同，每進給一步后，除進行新的偏差計算外

25、，還要計算出新的坐標(biāo)值，供下一次偏差計算時使用。實際的程序，隨著處理方法的不同可能有較大的差別，但總是以處理方便、結(jié)構(gòu)簡單、程序執(zhí)行速度快等原則來考慮的。xnyn都減為零時，插補結(jié)束。 例4.4假設(shè)加工第一象限逆圓弧AB，起點A的坐標(biāo)值為x0=4，y0=3，終點B的 坐標(biāo)值為xe=0，ye=5。試進行插補計算并作出走步軌跡圖。 計算過程如表4.3所示。根據(jù)表4.3可作出圓弧插補走步軌跡如圖4.15所示。4.2.2 4.2.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理2 2、四象限的圓弧插補原理、四象限的圓弧插補原理 在實際應(yīng)用中，所要加工的圓弧可以在不同的象限中，可以按逆時針的方向加 工，也可以按

26、順時針的方向來加工。為了便于表示圓弧所在的象限及加工方 向，可用SR1、SR2、SR3、SR4依次表示第一、二、三、四象限中的順圓弧，用 NR1、NR2、NR3、NR4分別表示第一、二、三、四象限中的逆圓弧。 前面以第一象限逆圓弧為例推導(dǎo)出圓弧偏差計算公式，并指出了根據(jù)偏差符號 來確定進給方向。其他3個象限的逆、順圓的偏差計算公式可通過與第一象限 的逆圓、順圓相比較而得到。 下面推導(dǎo)第二象限順圓的偏差計算公式。 如圖4.16所示的一段順圓弧CD，起點C，終點D，設(shè)加工點現(xiàn)處于M（x，y）。從圖中可 以看出，若FO時，下一步應(yīng)沿+x方向進給一步，新的加工點坐標(biāo)將是（x+1，y），可 求出新的偏差

27、為 F=F+2x+1 若FO時，下一步應(yīng)沿+y方向進給一步，新的加工點坐標(biāo)將是（z，y+1），可求出新的 偏差為 F=F+2y+1 對于圖4.17（a），SR4與NR1對稱于x軸，SR2與NR1對稱于y軸，NR3 與SR2稱于x軸，NR3與SR4對稱于y軸。 對于圖4.17（b），SR1與NR2對稱于y軸，SR1與NR4對稱于x軸，SR3 與NR2對稱于x軸，SR3與NR4對稱于y軸。 顯然，對稱于x軸的一對圓弧沿x軸的進給方向相同，而沿y軸的進給 方向相反；對稱于y一對圓弧沿y軸的進給方向相同，而沿x軸的進給 方向相反。所以在圓弧插補中，沿對稱軸的進給方向相同，沿非對稱軸的進給方向相 反；其

28、次，所有對稱圓弧的偏差計算公式，只要取起點坐標(biāo)的絕對值，就與第一象限中 NRl或SRl的偏差計算公式相同。8種圓弧的插補計算公式及進給方向如表4.4所示。4.2.2 4.2.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理 4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機

29、控制技術(shù)一、步進電機的工作原理一、步進電機的工作原理1、反應(yīng)式步進電機的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)式步進電機的結(jié)構(gòu) 圖4.18所示為一個三相反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出，它分成轉(zhuǎn)子和定子兩部 分。定子是由硅鋼片疊成的，每相有一對磁極（N、S極），每個磁極的內(nèi)表面都分布著多個 小齒，它們大小相同，間距相同。該定子上共有3對磁極。每對磁極都纏有同一繞組，也即形 成一相，這樣3對磁極有3個繞組，形成三相?？梢缘贸?，四相步進電動機有4對磁極、4相繞 組；五相步進電動機有5對磁極、5相繞組；依此類推。 轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，其外表面也均勻分布著小齒，這些小齒 與定子磁極上的小齒的齒 距相同，形狀相似。 2、

30、反應(yīng)式步進電機的工作原理、反應(yīng)式步進電機的工作原理 通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生 一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場 方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn) 子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個 角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組 通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來 控制步進電機的轉(zhuǎn)動。 步進電機的“相”-繞組的個數(shù)；“拍”繞組的通電狀態(tài)。如果對一相繞組通電的操作稱為一 拍，那對A、B、C三相繞組輪流通電需要

31、三拍。三拍表示一個周期共有3種通電狀態(tài)，六拍 表示一個周期有6種通電狀態(tài)，每個周期步進電機轉(zhuǎn)動一個齒距。對A、B、C三相輪組輪流 通電一次稱為一個周期。4.2.3 步進電機控制技術(shù) 步進電機的工作就是步進轉(zhuǎn)動。在一般的步進電機工作中，其電源都是采用單 極性的直流電源。要使步進電機轉(zhuǎn)動，就必須對步進電機定子的各相繞組以適 當(dāng)?shù)臅r序進行通電。步進電機的步進過程可以用圖4.19來說明。圖4.19是一個 三相反應(yīng)式步進電機，其定子的每相都有一對磁極。每個磁極都只有一個齒， 即磁極本身，故三相步進電機有3對磁極共6個齒；其轉(zhuǎn)子有4個齒，分別稱為 0、1、2、3齒。直流電源U通過開關(guān)SA、SB、SC分別對

32、步進電機的A、B、C相繞 組輪流通電。 初始狀態(tài)時，開關(guān)SA接通，則A相磁極和轉(zhuǎn)子的0、2號齒對齊，同時轉(zhuǎn)子的1、 3號齒和B、C相磁極形成錯齒狀態(tài)。 當(dāng)開關(guān)SA斷開，Se接通，B相繞組和轉(zhuǎn)子的1、3號齒之間的磁力線作用，使得 轉(zhuǎn)子的1、3號齒與B相磁極對齊，則轉(zhuǎn)子的0、2號齒就使A、C相繞組磁極形成 錯齒狀態(tài)。 此后，開關(guān)SB斷開，SC接通。C相繞組和轉(zhuǎn)子0、2號之間的磁力線的作用，使 得轉(zhuǎn)子0、2號齒和C相磁極對齊，這時轉(zhuǎn)子的1、3號齒和A、B相繞組磁極產(chǎn)生 錯齒。 當(dāng)開關(guān)SC斷開，SB接通后，A相繞組磁極相轉(zhuǎn)子1、3號齒之間的磁力線的用， 使轉(zhuǎn)子1、3號齒和A相繞組磁極對齊，這時轉(zhuǎn)子的0

33、、2號齒和B、C相繞組磁極 產(chǎn)生錯齒。 很明顯， 這時轉(zhuǎn)子 移動了一 個齒距角。4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù) 如果對一相繞組通電的操作稱為一拍，那么對A、B、C三相繞組輪流通電需要 三拍。對A、B、C三相繞組輪流通電一次稱為一個周期。從上面分析看出，該 三相步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒輪，需要三拍操作。由ABCA相輪流通 電，此磁場沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動了360空間角，而這時轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動了 一個齒距的位置，在圖4.19中，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為4，故齒距角90，轉(zhuǎn)動了一個齒 距也即轉(zhuǎn)動了90。 對于一個步進電機，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為z，它的齒距角z為4.2.3 4.2.3 步

34、進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)(4.8) 而步進電機運行”拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)進一個齒距位置。實際上，步進電機每一拍就 執(zhí)行一次步進，所以步進電機的步距角口可以表示如下： 其中，n是步進電機工作拍數(shù)，z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 對于圖4.18所示的三相步進電機，若采用三拍方式，則它的步距角是(4.9) 對于轉(zhuǎn)子有40個齒且采用三拍方式的步進電機而言，其步距角是zz0360/2nznz0360/003043360003403360二、步進電機的工作方式二、步進電機的工作方式 步進電機有三相、四相、五相、六相等多種形式，為了分析方便，下面仍以 三相步進電機為例進行分析和討論。步進電機可工作于單相通電方式，也可工 作

35、于雙相通電方式或單相、雙相交叉通電方式。選用不同的工作方式，可使步 進電機具有不同的工作性能，如減小步距，提高定位精度和工作穩(wěn)定性等。對 于三相步進電機，則有單拍（簡稱單三拍）方式、雙相三拍（簡稱雙三拍）方 式、三相六拍方式：4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù) 單三拍工作方式 雙三拍工作方式 三相六拍工作方式 ABCA ABBCCAAB AABBBCCCAA 如果按上述3種通電方式和通電順序進行通電，則步進電機正向轉(zhuǎn)動；反之，如 果通電方向與上述順序相反，則步進電機反向轉(zhuǎn)動。 三、步進電機控制接口及輸出字表三、步進電機控制接口及輸出字表 過去常規(guī)的步進電機控制電路主要南脈

36、沖分配器和驅(qū)動電路組成。采用微機控 制，主要取代脈沖分配器，而給步進電機提供驅(qū)動電源的驅(qū)動電路是必不可少 的，同時用微機實現(xiàn)對步進電機的走步數(shù)、轉(zhuǎn)向以及速度控制等。1 1、步進電機控制接口、步進電機控制接口 脈沖分配器：把脈沖串按一定規(guī)律分配給脈沖放大器的各相輸入端，又稱環(huán)形 分配器。 輸入：步進脈沖，1個脈沖為1拍，走一步；方向選擇，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 輸出：各相繞組的驅(qū)動脈沖。 功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅(qū) 動步進電機，進行功率放大。 步進電機微機控制方式一步進電機微機控制方式一 微機 環(huán)形分配器功放 (運動控制及脈沖產(chǎn)生) (脈沖分配) 步進電機微機控制方式步進電機微機控制方式2

37、2 微機 驅(qū)動電路 (運動控制和脈沖分配) (功率放大) 微機的運動控制功能微機的運動控制功能 改變輸出脈沖數(shù)，控制步進電機的 走步數(shù)； 改變各相繞組的通電順序，控制步 進電機的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)； 改變輸出脈沖的頻率，控制電機轉(zhuǎn)速。4.2.3 步進電機控制技術(shù)2 2、步進電機輸出字表、步進電機輸出字表 在圖4.20所示的步進電機控制接口電路中，選定由PA0、PA1、PA2通過驅(qū)動電 路來控制x軸步進電機，由PB0、PB1、PB2通過驅(qū)動電路來控制y軸步進電機， 并假定數(shù)據(jù)輸出為“1”時，相應(yīng)的繞組通電；為“0”時，相應(yīng)的繞組斷電。 下面以三相六拍控制方式為例確定步進電機控制的輸出字。 當(dāng)步進電機的相數(shù)和控制方式確定之后，PA0PA2和PB0PB2輸出數(shù)據(jù)變化的 規(guī)律就確定了，這種輸出數(shù)據(jù)變化規(guī)律可用輸出字來描述。為了便于尋找，輸 出字以表的形式放在計算機指定的存儲區(qū)域。表4.5給出了三相六拍控制方式 的輸出字表。4.2.3 4.2.3 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù) 顯然，若要控制步進電機正轉(zhuǎn)，則按ADX 1ADX 2ADX