第3章 數(shù)字程序控制技術(shù)

1、.1.第第3 3章章 數(shù)字控制技術(shù)數(shù)字控制技術(shù)3.1 3.1 數(shù)字控制基礎(chǔ)數(shù)字控制基礎(chǔ)3.2 3.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.3 3.3 多軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)多軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù) 3.4 3.4 多軸伺服驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)多軸伺服驅(qū)動(dòng)控制技術(shù) .2.3.1.1 3.1.1 數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況 特征階段特征階段年代年代典型應(yīng)用典型應(yīng)用驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)研究開發(fā)研究開發(fā)19521952l969l969數(shù)控車床、銑床鉆、數(shù)控車床、銑床鉆、銑床銑床3 3軸以下步軸以下步進(jìn)、液進(jìn)、液壓電機(jī)壓電機(jī)推廣應(yīng)用推廣應(yīng)用l970l970l985l985加工中心、電加工、加工中心、電加工、鍛壓

2、鍛壓直流伺服電直流伺服電機(jī)機(jī)系統(tǒng)化系統(tǒng)化l982l982柔性制造單元柔性制造單元(FMU) (FMU) 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)(FMS)(FMS)交流伺服電交流伺服電機(jī)機(jī)高性能高性能集成化集成化l990l990至今至今計(jì)算機(jī)集成制造系計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)統(tǒng)(CIMS)(CIMS)、無(wú)人化工廠無(wú)人化工廠直線驅(qū)動(dòng)直線驅(qū)動(dòng).3.3.1.2 3.1.2 數(shù)字控制原理數(shù)字控制原理 按時(shí)序或事序規(guī)定工作的自動(dòng)控制成為按時(shí)序或事序規(guī)定工作的自動(dòng)控制成為順序控制順序控制。 用代表加工順序、加工方式和加工參數(shù)的數(shù)字碼作為用代表加工順序、加工方式和加工參數(shù)的數(shù)字碼作為控制指令的控制指令的數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)(

3、numerical(numericalcontrolcontrolsystemssystems）計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制（計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制（ComputerNumericalControlCNC）就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械( (如如各種加工機(jī)床各種加工機(jī)床) )按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。 數(shù)字程序控制主要應(yīng)用于機(jī)床控制數(shù)字程序控制主要應(yīng)用于機(jī)床控制, ,采用數(shù)字程序控制采用數(shù)字程序控制系統(tǒng)的機(jī)床叫做數(shù)控機(jī)床。

4、系統(tǒng)的機(jī)床叫做數(shù)控機(jī)床。 組成組成: :數(shù)字程序控制系統(tǒng)數(shù)字程序控制系統(tǒng)由輸入裝置由輸入裝置, ,輸出裝置輸出裝置, ,控制器控制器和插補(bǔ)器等四大部分組成。其中和插補(bǔ)器等四大部分組成。其中, ,控制器和插補(bǔ)器功能控制器和插補(bǔ)器功能以及部分輸入輸出功能由計(jì)算機(jī)承擔(dān)。以及部分輸入輸出功能由計(jì)算機(jī)承擔(dān)。 .4.基本思路：基本思路： 逐點(diǎn)輸入加工軌跡的坐標(biāo)不現(xiàn)實(shí)。逐點(diǎn)輸入加工軌跡的坐標(biāo)不現(xiàn)實(shí)。 數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成，數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成，也可能有一些非圓曲線輪廓，因此可以用也可能有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線基點(diǎn)和曲線屬性）擬合加分段曲線（曲線基點(diǎn)和曲線屬性）擬合

5、加工輪廓。工輪廓。 輸出裝置為步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)每個(gè)軸以一輸出裝置為步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)每個(gè)軸以一定距離的步長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際加工輪廓是以折定距離的步長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際加工輪廓是以折線軌跡擬合光滑曲線。線軌跡擬合光滑曲線。 .5.xyabcd當(dāng)給定當(dāng)給定a a、b b、c c、d d各點(diǎn)各點(diǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)x x和和y y值之后，如何值之后，如何確定各坐標(biāo)值之間的中確定各坐標(biāo)值之間的中間值間值? ?求得這些中間值的數(shù)值計(jì)求得這些中間值的數(shù)值計(jì)算方法稱為算方法稱為插值或插補(bǔ)插值或插補(bǔ)。插補(bǔ)計(jì)算的插補(bǔ)計(jì)算的宗旨宗旨是通過(guò)給是通過(guò)給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，而這些

6、中間點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)，而這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值是以一定的精度逼近給值是以一定的精度逼近給定的線段。定的線段。.6. 所謂直線插補(bǔ)是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來(lái)逼近，也就是由此定出中間點(diǎn)連接起來(lái)的折線近似于一條直線，并不是真正的直線。 所謂二次曲線插補(bǔ)是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來(lái)逼近，也就是實(shí)際的中間點(diǎn)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。 從理論上講，插補(bǔ)的形式可用任意函數(shù)形式，從理論上講，插補(bǔ)的形式可用任意函數(shù)形式，但為了簡(jiǎn)化插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程和加快插補(bǔ)速度，常但為了簡(jiǎn)化插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程和加快插補(bǔ)速度，常用的是用的是直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)和和二次曲線插補(bǔ)二次曲線插

7、補(bǔ)兩種形式。兩種形式。.7. 步驟：步驟： 1. 1. 曲線分段：曲線分段： 圖中曲線分為三段，分別為圖中曲線分為三段，分別為abab、bcbc、cdcd，a a、b b、c c、d d四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)。四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)。 分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi)。誤差在允許范圍之內(nèi)。.8. 2. 2. 插補(bǔ)計(jì)算：插補(bǔ)計(jì)算： 插補(bǔ)計(jì)算：插補(bǔ)計(jì)算： 給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法。數(shù)值計(jì)算方法。 插補(bǔ)計(jì)算原則：通過(guò)給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速插補(bǔ)計(jì)算原則：通過(guò)給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)

8、定出一系列中間點(diǎn)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。定的精度逼近給定的線段。 插補(bǔ)形式：插補(bǔ)形式： 直線插補(bǔ)用一條近似直線（折線）來(lái)逼近直線直線插補(bǔ)用一條近似直線（折線）來(lái)逼近直線 二次曲線插補(bǔ)用折線弧來(lái)近似圓弧、拋物線、雙二次曲線插補(bǔ)用折線弧來(lái)近似圓弧、拋物線、雙曲線曲線 3. 3. 折線逼近：折線逼近： 根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算出的中間點(diǎn)、產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算出的中間點(diǎn)、產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)x x、y y方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆、刀具等，從而繪出方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形或加工所要求的輪廓。圖形或加工所要求的輪廓

9、。.9.步長(zhǎng)：一個(gè)脈沖信號(hào)則代表步進(jìn)電機(jī)走一步，對(duì)步長(zhǎng)：一個(gè)脈沖信號(hào)則代表步進(jìn)電機(jī)走一步，對(duì)應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置稱為脈沖當(dāng)量，也應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置稱為脈沖當(dāng)量，也稱步長(zhǎng)。常用稱步長(zhǎng)。常用x, x, y y表示，一般取表示，一般取x xy y 以用折線逼近一段直線為例：以用折線逼近一段直線為例：x x方向步數(shù)：方向步數(shù)：N Nx x(x(xe e-x-x0 0)/)/x x y y方向步數(shù)：方向步數(shù)：N Ny y(y(ye e-y-y0 0)/)/y y x, y取得越小，則逼近的精度越高。取得越小，則逼近的精度越高。.10.3.1.3 3.1.3 數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式

10、 數(shù)字程序控制的數(shù)字程序控制的3 3種方式：點(diǎn)位控制、直線切削種方式：點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制?？刂?、輪廓切削控制。 點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制 只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，即工件加工只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，即工件加工點(diǎn)準(zhǔn)確定位，對(duì)刀具的移動(dòng)路徑、移動(dòng)速度、移點(diǎn)準(zhǔn)確定位，對(duì)刀具的移動(dòng)路徑、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向不作規(guī)定，且在移動(dòng)過(guò)程中不做任何加工，動(dòng)方向不作規(guī)定，且在移動(dòng)過(guò)程中不做任何加工，只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開始加工。（定位）只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開始加工。（定位） 如鉆床、沖床等如鉆床、沖床等 直線切削控制直線切削控制 控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對(duì)于工件控制行程

11、的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對(duì)于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行切削加工。（單軸切削）如銑床、車床等行切削加工。（單軸切削）如銑床、車床等.11.輪廓的切削控制輪廓的切削控制 控制刀具沿工件輪廓曲線運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程控制刀具沿工件輪廓曲線運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行。（多軸切削）補(bǔ)器進(jìn)行。（多軸切削）插補(bǔ)器插補(bǔ)器根據(jù)加工的工件輪廓向每一坐標(biāo)軸分配根據(jù)加工的工件輪廓向每一坐標(biāo)軸分配速度指令，以獲得圖紙坐標(biāo)點(diǎn)之間的中間點(diǎn)。速度指令，以獲得圖紙坐標(biāo)點(diǎn)之間的中間點(diǎn)。 三

12、種方式比較三種方式比較 點(diǎn)位控制：驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無(wú)需插補(bǔ)點(diǎn)位控制：驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無(wú)需插補(bǔ) 直線切削控制：驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜，無(wú)需插補(bǔ)直線切削控制：驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜，無(wú)需插補(bǔ) 輪廓切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，需插補(bǔ)輪廓切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，需插補(bǔ) .12.3.1.4 3.1.4 數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)1.1.開環(huán)數(shù)字控制開環(huán)數(shù)字控制2.2.閉環(huán)數(shù)字控制閉環(huán)數(shù)字控制 .13.1. 1. 開環(huán)數(shù)字控制開環(huán)數(shù)字控制 沒(méi)有沒(méi)有反饋檢測(cè)元件反饋檢測(cè)元件，工作臺(tái)由，工作臺(tái)由步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。步驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)接收步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)來(lái)的指令脈沖作相應(yīng)進(jìn)電機(jī)接收步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)來(lái)的指令脈沖作相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，把刀具

13、移動(dòng)到與指令脈沖相當(dāng)?shù)奈恢?，至于的旋轉(zhuǎn)，把刀具移動(dòng)到與指令脈沖相當(dāng)?shù)奈恢?，至于刀具是否到達(dá)了指令脈沖規(guī)定的位置，那是不受任何刀具是否到達(dá)了指令脈沖規(guī)定的位置，那是不受任何檢查的，因此這種控制的可靠性和精度基本上由檢查的，因此這種控制的可靠性和精度基本上由步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)裝置電機(jī)和傳動(dòng)裝置來(lái)決定。來(lái)決定。 由于采用了步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，使得系統(tǒng)的可由于采用了步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，使得系統(tǒng)的可控性變得更加靈活，更易于實(shí)現(xiàn)各種插補(bǔ)運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)控性變得更加靈活，更易于實(shí)現(xiàn)各種插補(bǔ)運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)軌跡控制。本章主要是討論開環(huán)數(shù)字程序控制技術(shù)。軌跡控制。本章主要是討論開環(huán)數(shù)字程序控制技術(shù)。 .14.2. 2.

14、 閉環(huán)數(shù)字控制閉環(huán)數(shù)字控制 執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用直流電機(jī)直流電機(jī)（小慣量伺服電機(jī)和寬（小慣量伺服電機(jī)和寬調(diào)速力矩電機(jī)）作為驅(qū)動(dòng)元件，反饋測(cè)量元件采用光調(diào)速力矩電機(jī)）作為驅(qū)動(dòng)元件，反饋測(cè)量元件采用光電編碼器（碼盤）、光柵、感應(yīng)同步器等，該控制方電編碼器（碼盤）、光柵、感應(yīng)同步器等，該控制方式主要用于大型精密加工機(jī)床，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于式主要用于大型精密加工機(jī)床，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于調(diào)整和維護(hù)，一些常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)很少采用。調(diào)整和維護(hù)，一些常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)很少采用。.15.3.1.5 3.1.5 數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控系統(tǒng)的分類1. 1. 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)( (采用專用硬件，通用性差采用專用

15、硬件，通用性差) )2. 2. 開放式數(shù)控系統(tǒng)開放式數(shù)控系統(tǒng) （1 1）PCPC嵌入嵌入NC NC 結(jié)構(gòu)式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)式數(shù)控系統(tǒng)（利用（利用PCPC對(duì)對(duì)傳統(tǒng)傳統(tǒng)NCNC進(jìn)行改造，既可靠又靈活）進(jìn)行改造，既可靠又靈活） （2 2）NCNC嵌入嵌入PC PC 結(jié)構(gòu)式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)式數(shù)控系統(tǒng)（以（以PCPC為系為系統(tǒng)核心，結(jié)合統(tǒng)核心，結(jié)合NCNC體系）體系）3. 3. 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng) （主要采用以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的方式）（主要采用以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的方式）.16.3.2 3.2 插補(bǔ)原理插補(bǔ)原理l在在CNCCNC數(shù)控機(jī)床上，各種曲線輪廓加工都是通過(guò)數(shù)控機(jī)床上，各種曲線輪廓加工都是通過(guò)插補(bǔ)計(jì)算

16、插補(bǔ)計(jì)算實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的，插補(bǔ)計(jì)算的任務(wù)就是對(duì)輪廓線的起點(diǎn)到終點(diǎn)之間再密集的的，插補(bǔ)計(jì)算的任務(wù)就是對(duì)輪廓線的起點(diǎn)到終點(diǎn)之間再密集的計(jì)算出有限個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，刀具沿著這些坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)，用折線逼近計(jì)算出有限個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，刀具沿著這些坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)，用折線逼近所要加工的曲線。所要加工的曲線。l數(shù)控系統(tǒng)中完成插補(bǔ)工作的部分裝置稱為數(shù)控系統(tǒng)中完成插補(bǔ)工作的部分裝置稱為插補(bǔ)器插補(bǔ)器。 l插補(bǔ)方法可以分為兩大類：插補(bǔ)方法可以分為兩大類：脈沖增量插補(bǔ)脈沖增量插補(bǔ)和和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。l脈沖增量插補(bǔ)是控制脈沖增量插補(bǔ)是控制單個(gè)脈沖單個(gè)脈沖輸出規(guī)律的插補(bǔ)方法，每輸出一輸出規(guī)律的插補(bǔ)方法，每輸出一個(gè)脈沖，移動(dòng)部件都要相應(yīng)的移動(dòng)一

17、定距離，這個(gè)距離就是脈個(gè)脈沖，移動(dòng)部件都要相應(yīng)的移動(dòng)一定距離，這個(gè)距離就是脈沖當(dāng)量，因此，脈沖增量插補(bǔ)也叫做沖當(dāng)量，因此，脈沖增量插補(bǔ)也叫做行程標(biāo)量插補(bǔ)行程標(biāo)量插補(bǔ)。如逐點(diǎn)比。如逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法。該插補(bǔ)方法通常較法、數(shù)字積分法。該插補(bǔ)方法通常用于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)用于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。1.1.數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)，也稱為數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)，也稱為數(shù)字增量插補(bǔ)數(shù)字增量插補(bǔ)，是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，計(jì)，是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算出個(gè)坐標(biāo)方向的增量值、刀具所在的坐標(biāo)位置及其他一些需算出個(gè)坐標(biāo)方向的增量值、刀具所在的坐標(biāo)位置及其他一些需要的值。這些數(shù)據(jù)嚴(yán)格的限制在一個(gè)插補(bǔ)時(shí)間內(nèi)計(jì)算完畢，送要的值。這些數(shù)據(jù)嚴(yán)格的限制在一個(gè)

18、插補(bǔ)時(shí)間內(nèi)計(jì)算完畢，送給伺服系統(tǒng)，再由伺服系統(tǒng)控制移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)部件也必給伺服系統(tǒng)，再由伺服系統(tǒng)控制移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)部件也必須在下一個(gè)插補(bǔ)時(shí)間內(nèi)走完插補(bǔ)計(jì)算給出的行程，因此數(shù)據(jù)采須在下一個(gè)插補(bǔ)時(shí)間內(nèi)走完插補(bǔ)計(jì)算給出的行程，因此數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)也稱作樣插補(bǔ)也稱作時(shí)間標(biāo)量插補(bǔ)時(shí)間標(biāo)量插補(bǔ)。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)采用數(shù)值量控制機(jī)。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)采用數(shù)值量控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)，機(jī)床各坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度與插補(bǔ)運(yùn)算給出的數(shù)值量床運(yùn)動(dòng)，機(jī)床各坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度與插補(bǔ)運(yùn)算給出的數(shù)值量和插補(bǔ)時(shí)間有關(guān)。該插補(bǔ)方法是和插補(bǔ)時(shí)間有關(guān)。該插補(bǔ)方法是用于直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺用于直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)服電動(dòng)機(jī)

19、的閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)。.17.3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)和二次曲線插補(bǔ)的方法有逐點(diǎn)比較法、實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)和二次曲線插補(bǔ)的方法有逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法、數(shù)字脈沖乘法等數(shù)字積分法、數(shù)字脈沖乘法等逐點(diǎn)比較插補(bǔ)（又稱醉步法、富士通法）逐點(diǎn)比較插補(bǔ)（又稱醉步法、富士通法）刀具或刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較一次，以決定下一步的進(jìn)給方向，不斷逐步逼近給定一次，以決定下一步的進(jìn)給方向，不斷逐步逼近給定的軌跡。的軌跡。走一步走一步 看一看看一看比較一次比較一次 決定下一步的走向決定下一步的走向逐點(diǎn)

20、比較法是以階梯狀折線來(lái)逼近直線或曲線，它的逐點(diǎn)比較法是以階梯狀折線來(lái)逼近直線或曲線，它的最大誤差：一個(gè)脈沖當(dāng)量（步長(zhǎng)）最大誤差：一個(gè)脈沖當(dāng)量（步長(zhǎng)）步長(zhǎng)要足夠小才能滿足一定逼近精度步長(zhǎng)要足夠小才能滿足一定逼近精度。.18.插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程4步驟：步驟： 偏差判別偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算偏差計(jì)算 終點(diǎn)判斷終點(diǎn)判斷 走一步走一步 比較一次比較一次 決定下一步的走向決定下一步的走向 插補(bǔ)結(jié)束判斷插補(bǔ)結(jié)束判斷3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) .19.第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 偏差計(jì)算式：偏差計(jì)算式： 若點(diǎn)若點(diǎn)m在在OA直線段上，則有直線段

21、上，則有xm/ym=xe/ye 即即ymxe-xmye0 于是取偏差計(jì)算式為于是取偏差計(jì)算式為 Fm=xeym-xmye .20.偏差判別式：偏差判別式： 若若Fm = 0，則點(diǎn)，則點(diǎn)m在在OA直線段上；直線段上； 若若Fm 0，則點(diǎn)，則點(diǎn)m在在OA直線段的上方；直線段的上方； 若若Fm = 0時(shí)，沿時(shí)，沿+x軸方向走一步；軸方向走一步； 當(dāng)當(dāng)Fm = 0，這時(shí)沿，這時(shí)沿+x軸方向走軸方向走一步至一步至m1點(diǎn)。點(diǎn)。 (xm+1，ym+1) = (xm+1, ym ) Fm+1= xeym+1-xm+1ye= xeym-(xm+1)ye = xeym-xmye -ye= Fm ye （2）設(shè)加工

22、點(diǎn)在）設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn)，若點(diǎn)，若Fm = 0，F(xiàn)m+1= Fmye 若若Fm 0，F(xiàn)m+1= Fm+xe 終點(diǎn)判斷：終點(diǎn)判斷： 方法方法1：設(shè)置：設(shè)置x，y軸兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器軸兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器Nx和和Ny ，加工，加工前分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)前分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)xe和和ye ， x (y) 軸每進(jìn)給一步軸每進(jìn)給一步則則Nx-1 (Ny-1）, 當(dāng)當(dāng)Nx和和Ny均為均為0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。 方法方法2：設(shè)置一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器：設(shè)置一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Nxy(兩坐標(biāo)進(jìn)給總步兩坐標(biāo)進(jìn)給總步數(shù)）數(shù)） , x 或或y 軸每進(jìn)給一步則軸每進(jìn)給一步則Nxy -1，當(dāng)，當(dāng)Nxy為為0，則，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。認(rèn)為達(dá)到終

23、點(diǎn)。 .23.4 4象限內(nèi)的直線插補(bǔ)象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 記憶：記憶： 2 2象限：象限：1 1象限以象限以y y軸鏡象軸鏡象 4 4象限：象限：1 1象限以象限以x x軸鏡象軸鏡象 3 3象限：象限：1 1象限旋轉(zhuǎn)象限旋轉(zhuǎn)180180度度 注意：注意： x xe e,y,ye e為為終點(diǎn)坐標(biāo)取絕對(duì)值終點(diǎn)坐標(biāo)取絕對(duì)值.24.3.3.直線插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)直線插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn) 計(jì)算機(jī)內(nèi)存開辟計(jì)算機(jī)內(nèi)存開辟6 6個(gè)數(shù)據(jù)單元個(gè)數(shù)據(jù)單元XEXE：終點(diǎn)：終點(diǎn)X X坐標(biāo)坐標(biāo) YEYE：終點(diǎn)：終點(diǎn)Y Y坐標(biāo)坐標(biāo) NXY: NXY: 總步數(shù)，總步數(shù)， N NxyxyN Nx x + + N Ny y =|x=|

24、xe e-x-x0 0|+|y|+|ye e-y-y0 0| | FM FM：加工點(diǎn)偏差：加工點(diǎn)偏差F Fm m，初值為，初值為0 0XOY: XOY: 象限值，象限值，1 1、2 2、3 3、4 4分別代表分別代表1 1、2 2、3 3、4 4象限象限 ZFZF：進(jìn)給方向，：進(jìn)給方向， 1 1、2 2、3 3、4 4代表在代表在+x+x、xx、+y+y、-y-y方向進(jìn)給。方向進(jìn)給。.25.程序流程圖程序流程圖偏差判別偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算偏差計(jì)算 終點(diǎn)判斷終點(diǎn)判斷.26.例例3.13.1設(shè)加工第一象限直線設(shè)加工第一象限直線OAOA，起點(diǎn)為，起點(diǎn)為O(0O(0，0)0)，終點(diǎn)坐，

25、終點(diǎn)坐標(biāo)為標(biāo)為A(6A(6，4)4)，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。解坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)解坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)N Nxyxy=|6-0|+|4-0|=10, x=|6-0|+|4-0|=10, xe e=6,y=6,ye e=4, =4, F F0 0=0, xoy=1.=0, xoy=1.步數(shù)步數(shù)偏差判別偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算偏差計(jì)算終點(diǎn)判斷終點(diǎn)判斷起點(diǎn)起點(diǎn)F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=-4Nxy=92F10+xF3=F2-ye=-2Nxy=74F30+xF5=F4-ye=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=-4Nxy=4

26、7F60+xF8=F7-ye=-2Nxy=29F80+xF10=F9-ye=0Nxy=0.27.軌跡如圖：軌跡如圖：.28.3.2.2 3.2.2 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ) 第一象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ)第一象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ) 偏差定義偏差定義 M點(diǎn)偏差點(diǎn)偏差 Fm=Rm2-R2=xm2+ym2 -R2 偏差判斷偏差判斷 Fm=0，M點(diǎn)在圓弧上點(diǎn)在圓弧上 Fm0，M點(diǎn)在圓弧外點(diǎn)在圓弧外 Fm=0，向，向-x方向進(jìn)給一步，方向進(jìn)給一步，并計(jì)算新的偏差；當(dāng)并計(jì)算新的偏差；當(dāng)Fm =0，向，向-x方向進(jìn)給一步方向進(jìn)給一步 （xm+1，ym+1) = ( xm1, ym ) Fm+1= xm+12+y

27、m+12-R2= Fm2xm +1 當(dāng)當(dāng)Fm - 坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 - - 偏差計(jì)算偏差計(jì)算 -加工加工點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)計(jì)算點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)計(jì)算- - 終點(diǎn)判斷終點(diǎn)判斷 直線插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo)直線插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo)xe，ye 圓弧插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo)圓弧插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo)xm，ym .32.四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ) 第一象限第一象限順順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算圓弧的插補(bǔ)計(jì)算 當(dāng)當(dāng)Fm=0，向，向-y方向進(jìn)給一步，方向進(jìn)給一步， Fm+1= Fm2ym +1 當(dāng)當(dāng)Fm0，向，向+x方向進(jìn)給一步，方向進(jìn)給一步， Fm+1= Fm +2xm +1.33.四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)四個(gè)

28、象限的圓弧插補(bǔ)記憶：記憶： 2象限：象限：1象限以象限以y軸軸鏡象鏡象 4象限：象限：1象限以象限以x軸軸鏡象鏡象 3象限：象限：1象限旋轉(zhuǎn)象限旋轉(zhuǎn)180度度.34.圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向注意：表中坐標(biāo)值為不帶符號(hào)的數(shù)注意：表中坐標(biāo)值為不帶符號(hào)的數(shù)，如第，如第3象象限中的點(diǎn)（限中的點(diǎn)（-4,-3) 應(yīng)用應(yīng)用 xm=4, ym =3查表計(jì)算。查表計(jì)算。1 63 87 47 21 83 65 25 4.35.圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn) 開辟開辟8個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)單元個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)單元 X0：起點(diǎn)：起點(diǎn)X坐標(biāo)坐標(biāo) Y0：起點(diǎn)：起點(diǎn)Y坐標(biāo)坐標(biāo) NXY: 總步數(shù)，總

29、步數(shù)， Nxy Nx + Ny FM：加工點(diǎn)偏差；：加工點(diǎn)偏差； XM：xm YM：ym RNS：圓弧種類，：圓弧種類，1、2、3、4和和5、6、7、8分別代表分別代表SR1、SR2、SR3、SR4（順圓弧）和（順圓弧）和NR1、NR2、NR3、NR4 （逆圓弧）（逆圓弧） 。 ZF：進(jìn)給方向，：進(jìn)給方向， 1、2、3、4代表在代表在+x、x、 +y、-y方向進(jìn)給。方向進(jìn)給。 .36.y軸指明RNS，可以選擇同樣的偏差計(jì)算公式判斷Fm的值判斷Fm的值程序流程圖程序流程圖偏差判別偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算偏差計(jì)算 坐標(biāo)計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算 終點(diǎn)判斷終點(diǎn)判斷.37.舉例：設(shè)加工第一象限逆圓弧舉例

30、：設(shè)加工第一象限逆圓弧ABAB，已知起點(diǎn)的坐，已知起點(diǎn)的坐標(biāo)為標(biāo)為A(4A(4，0)0)，終點(diǎn)的坐標(biāo)為，終點(diǎn)的坐標(biāo)為B(0B(0，4)4)，試進(jìn)行插，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。 .38.步數(shù)步數(shù)偏差判別偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判斷終點(diǎn)判斷起點(diǎn)起點(diǎn)F F0 0=0=0 x x0 0=4,y=4,y0 0=4=4N Nxyxy=8=81 1F F0 0=0=0-x-xF F1 1=F=F0 0-2x-2x0 0+1=-7+1=-7x x1 1=x=x0 0-1=3,y-1=3,y1 1=0=0N Nxyxy=7=72 2F F1 1

31、00+y+yF F2 2=F=F1 1+2y+2y1 1+1=-6+1=-6x x2 2=3,y=3,y2 2=y=y1 1+1=1+1=1N Nxyxy=6=63 3F F2 200+y+yF F3 3=F=F2 2+2y+2y2 2+1=-3+1=-3x x3 3=3,y=3,y3 3=y=y2 2+1=2+1=2N Nxyxy=5=54 4F F3 3000-x-xF F5 5=F=F4 4-2x-2x4 4+1=-3+1=-3x x5 5=x=x4 4-1=2,y-1=2,y5 5=3=3N Nxyxy=3=36 6F F5 5000-x-xF F7 7=F=F6 6-2x-2x6 6

32、+1=1+1=1x x7 7=x=x6 6-1=1,y-1=1,y7 7=4=4N Nxyxy=1=18 8F F7 700-x-xF F8 8= = 7 7-2x-2x7 7+1=0+1=0 x x8 8=x=x7 7-1=0,y-1=0,y8 8=4=4N Nxyxy=0=0.39.3.2.3數(shù)字積分插補(bǔ)法數(shù)字積分插補(bǔ)法（略）（略）應(yīng)用數(shù)字積分器將函數(shù)積分運(yùn)算變成變量的求和運(yùn)算（累加），如果脈沖當(dāng)量足夠小，可以控制較小誤差，可實(shí)現(xiàn)一次、二次及高次曲線插補(bǔ)l1.數(shù)字積分法的直線插補(bǔ)l2.數(shù)字積分的圓弧插補(bǔ) .40.3.3 3.3 多軸步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)多軸步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)3.3.1 3.3.1

33、 步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)的分類3.3.2 3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理3.3.3 3.3.3 步進(jìn)電機(jī)的工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式3.3.4 3.3.4 步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表3.3.5 3.3.5 步進(jìn)電機(jī)控制程序步進(jìn)電機(jī)控制程序3.3.6 3.3.6 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例三軸步進(jìn)電機(jī)控制三軸步進(jìn)電機(jī)控制 數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)元件常常是步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是電機(jī)類中數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)元件常常是步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是電機(jī)類中比較特殊的一種，它是靠脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)的。比較特殊的一種，它是靠脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)的?？坎竭M(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)的工作站或刀具總移動(dòng)靠步進(jìn)

34、電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)的工作站或刀具總移動(dòng)步數(shù)決定于步數(shù)決定于指令脈沖的總數(shù)指令脈沖的總數(shù)，而刀具移動(dòng)的，而刀具移動(dòng)的速度則取決于指令脈沖的頻率速度則取決于指令脈沖的頻率。 步進(jìn)電機(jī)不是連續(xù)的變化，而是跳躍的，離散的。步進(jìn)電機(jī)不是連續(xù)的變化，而是跳躍的，離散的。 步進(jìn)電機(jī)：脈沖電機(jī)，給一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一下。它是一種將步進(jìn)電機(jī)：脈沖電機(jī)，給一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一下。它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)模（電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)模（D DA A）轉(zhuǎn)換器。）轉(zhuǎn)換器。 .41.3.3.1 步進(jìn)電機(jī)的分類l按力矩產(chǎn)生的原理，分為按力矩產(chǎn)生的原理，分為反應(yīng)式和勵(lì)磁式反應(yīng)式和勵(lì)磁式。l反應(yīng)式的轉(zhuǎn)子中無(wú)

35、繞組，由定子磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的感應(yīng)電磁力反應(yīng)式的轉(zhuǎn)子中無(wú)繞組，由定子磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的感應(yīng)電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有較高的力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比，步矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有較高的力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比，步進(jìn)頻率較高，頻率響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。進(jìn)頻率較高，頻率響應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。l勵(lì)磁式的定子和轉(zhuǎn)子均有勵(lì)磁繞組，由它們之間的電磁力矩實(shí)勵(lì)磁式的定子和轉(zhuǎn)子均有勵(lì)磁繞組，由它們之間的電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。有的勵(lì)磁式電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)勵(lì)磁繞組，而是由永久磁鐵現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。有的勵(lì)磁式電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)勵(lì)磁繞組，而是由永久磁鐵制成，轉(zhuǎn)子有永久磁場(chǎng)，通常把這樣的步進(jìn)電機(jī)稱為混合式步進(jìn)制成，轉(zhuǎn)子有永久磁場(chǎng)，通常把這樣的步進(jìn)電機(jī)稱為混合

36、式步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)。l混合式步進(jìn)電機(jī)具有步距較小、有較高的啟動(dòng)和運(yùn)行頻率、消混合式步進(jìn)電機(jī)具有步距較小、有較高的啟動(dòng)和運(yùn)行頻率、消耗功小、效率高、不通電時(shí)有定位轉(zhuǎn)矩、不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)等特點(diǎn)，耗功小、效率高、不通電時(shí)有定位轉(zhuǎn)矩、不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、打印機(jī)、硬盤機(jī)等數(shù)控裝置中。廣泛應(yīng)用于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、打印機(jī)、硬盤機(jī)等數(shù)控裝置中。l按照輸出力矩大小分為伺服式和功率式。伺服式只能驅(qū)動(dòng)小負(fù)按照輸出力矩大小分為伺服式和功率式。伺服式只能驅(qū)動(dòng)小負(fù)載，一般與液壓轉(zhuǎn)矩放大器配用，才能驅(qū)動(dòng)機(jī)床等較大負(fù)載。功載，一般與液壓轉(zhuǎn)矩放大器配用，才能驅(qū)動(dòng)機(jī)床等較大負(fù)載。功率式可以直接驅(qū)動(dòng)較大負(fù)載。率式可以

37、直接驅(qū)動(dòng)較大負(fù)載。.42.l典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖所示。脈沖脈沖發(fā)生器發(fā)生器脈沖脈沖分配器分配器功率功率放大器放大器步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)電機(jī)負(fù)載負(fù)載方向方向控制控制.43.l如果用軟件代替脈沖發(fā)生器和脈沖分配器，就可以根據(jù)系如果用軟件代替脈沖發(fā)生器和脈沖分配器，就可以根據(jù)系統(tǒng)需要通過(guò)編程的方法在一定的范圍之內(nèi)任意設(shè)定步進(jìn)電統(tǒng)需要通過(guò)編程的方法在一定的范圍之內(nèi)任意設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)和控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀機(jī)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)和控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。態(tài)。l利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)可以大大簡(jiǎn)化控制電路，降低成利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)可以大大簡(jiǎn)化控制電路，降低成本，提高系統(tǒng)的可靠性

38、和靈活性。典型的微機(jī)控制步進(jìn)電本，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。典型的微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)原理框圖如圖所示。機(jī)的系統(tǒng)原理框圖如圖所示。 CPUCPU接口接口驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)負(fù)載負(fù)載.44.l自從六十年代初期步進(jìn)電機(jī)面世以來(lái)自從六十年代初期步進(jìn)電機(jī)面世以來(lái),在過(guò)去幾年在過(guò)去幾年它的重要性大大提高了。它可用來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和其他它的重要性大大提高了。它可用來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和其他采用指針的儀器采用指針的儀器,打印機(jī)、繪圖儀、磁盤光盤驅(qū)動(dòng)打印機(jī)、繪圖儀、磁盤光盤驅(qū)動(dòng)器、各種自動(dòng)控制閥、各種工具器、各種自動(dòng)控制閥、各種工具,還有機(jī)器人等的還有機(jī)器人等的機(jī)械裝置機(jī)械裝置.45.3.3.2 3.3.2 步進(jìn)電

39、機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理（1 1）步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)：一句話，內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成。）步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)：一句話，內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成。 定子：定子上有繞組，教材上這個(gè)電機(jī)是三相電機(jī)，有定子：定子上有繞組，教材上這個(gè)電機(jī)是三相電機(jī)，有3 3對(duì)磁對(duì)磁極，實(shí)際上步進(jìn)電機(jī)不僅有三相，還有四相、五相等等。三對(duì)磁極極，實(shí)際上步進(jìn)電機(jī)不僅有三相，還有四相、五相等等。三對(duì)磁極分別為分別為A A、B B、C C，通過(guò)開關(guān)輪流通電。，通過(guò)開關(guān)輪流通電。 轉(zhuǎn)子：上面帶齒。為了說(shuō)明問(wèn)題，這里只畫了轉(zhuǎn)子：上面帶齒。為了說(shuō)明問(wèn)題，這里只畫了4 4個(gè)齒。（其實(shí)個(gè)齒。（其實(shí)一般有幾十個(gè)齒）一般有幾十個(gè)齒）（2 2）工作原理：對(duì)于）工

40、作原理：對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)的三相步進(jìn)電機(jī)的A A、B B、C C這這三個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)閉合，三個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)閉合，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，現(xiàn)在就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，現(xiàn)在我們一塊看一下工作過(guò)程。我們一塊看一下工作過(guò)程。.46.工作過(guò)程：工作過(guò)程： A A相通電：相通電：A A相磁極與相磁極與0 0、2 2號(hào)齒對(duì)齊；號(hào)齒對(duì)齊； B B相通電：由于磁力線作用，相通電：由于磁力線作用，B B相磁極與相磁極與1 1、3 3號(hào)齒對(duì)齊；號(hào)齒對(duì)齊； C C相通電：由于磁力線作用，相通電：由于磁力線作用，C C相磁極與相磁極與0 0、2 2號(hào)齒對(duì)齊；號(hào)齒對(duì)齊； A A相通電：由于磁力線作用，相通電：由于磁力線作用，A A

41、相磁極與相磁極與1 1、3 3號(hào)齒對(duì)齊；號(hào)齒對(duì)齊； 結(jié)論：定子按結(jié)論：定子按A-B-C-AA-B-C-A相輪流通電，則磁場(chǎng)相輪流通電，則磁場(chǎng)沿沿A A、B B、C C方向轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)360360度角，轉(zhuǎn)子沿度角，轉(zhuǎn)子沿ABCABC方向方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為4 4，齒距角為，齒距角為9090度，即度，即1 1個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了9090度。度。.47. 步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的“相相”和和“拍拍” “相相”繞組的個(gè)數(shù)繞組的個(gè)數(shù) “拍拍”繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個(gè)周期共有繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個(gè)周期共有3 3種通電狀態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有種通電狀

42、態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有6 6種通電狀態(tài)，每個(gè)周期步進(jìn)種通電狀態(tài)，每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。 步進(jìn)電機(jī)的步距角的計(jì)算：步進(jìn)電機(jī)的步距角的計(jì)算： N N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù) Z Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 齒距角齒距角360/Z 步距角步距角360/(NZ) 360/(NZ) ：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度。：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度。 對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)，若采用三拍方式，則它的步距角是對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)，若采用三拍方式，則它的步距角是=360/(34)=30對(duì)于轉(zhuǎn)子有對(duì)于轉(zhuǎn)子有40個(gè)齒且采用三拍方式的步進(jìn)電機(jī)而言，其步距角是個(gè)齒且采用三拍方式的步進(jìn)電機(jī)而言，其步距角是=

43、360/(340)=3 .48.3.3.2 3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式 三相三相步進(jìn)電機(jī)的通電方式步進(jìn)電機(jī)的通電方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。方式。選用不同的工作方式，可使電機(jī)具有不同的工作選用不同的工作方式，可使電機(jī)具有不同的工作性能，性能，拍數(shù)越多步長(zhǎng)越小，精度和穩(wěn)定性越高拍數(shù)越多步長(zhǎng)越小，精度和穩(wěn)定性越高三相步進(jìn)電機(jī)可工作于一相三拍（三相步進(jìn)電機(jī)可工作于一相三拍（單相通電方單相通電方式式）、雙相三拍（）、雙相三拍（雙相通電方式雙相通電方式）、三相六拍）、三相六拍( (單相單相雙相交叉通電方式雙相交

44、叉通電方式) )工作方式。工作方式。 單三拍工作方式單三拍工作方式 A-B-C-A A-B-C-A .49.雙三拍工作方式雙三拍工作方式 AB-BC-CA-AB-AB-BC-CA-AB- 三相六拍工作方式三相六拍工作方式 A-AB-B-BC-C-CA-A- A-AB-B-BC-C-CA-A- .50.步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)：步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)： 切換時(shí)，繞組電流切換時(shí)，繞組電流并非全部切除或通入，只改變額定值的一并非全部切除或通入，只改變額定值的一部分（如部分（如1/4)，轉(zhuǎn)子也只轉(zhuǎn)動(dòng)步距角的一，轉(zhuǎn)子也只轉(zhuǎn)動(dòng)步距角的一部分（如部分（如1/4)。.51.優(yōu)點(diǎn)：達(dá)到更高分辨率，減小振動(dòng)和噪聲優(yōu)點(diǎn)：達(dá)到更高

45、分辨率，減小振動(dòng)和噪聲.52.步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向控制（1）三相單三拍方式：正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)槿鄦稳姆绞剑赫蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳BCA；反向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)榉聪蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳CBA。（2）三相雙三拍方式：正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)槿嚯p三拍方式：正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳BBCCAAB；反向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)榉聪蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳BCABCAB。（3）三相六拍方式：三相六拍方式：正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)檎蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳ABBBCCCAA；反向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)榉聪蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)镃ACBCBABA。.53.3.3.4 3.3.4 步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字

46、表步進(jìn)電機(jī)的控制中，要關(guān)心下列問(wèn)題：步進(jìn)電機(jī)的控制中，要關(guān)心下列問(wèn)題： 步進(jìn)電機(jī)的精度問(wèn)題：步進(jìn)電機(jī)的工作步進(jìn)電機(jī)的精度問(wèn)題：步進(jìn)電機(jī)的工作精度問(wèn)題；精度問(wèn)題； 速度調(diào)節(jié)問(wèn)題：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的快速度調(diào)節(jié)問(wèn)題：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的快慢的調(diào)節(jié)；慢的調(diào)節(jié)； 計(jì)算機(jī)接口問(wèn)題：和計(jì)算機(jī)接口應(yīng)該注計(jì)算機(jī)接口問(wèn)題：和計(jì)算機(jī)接口應(yīng)該注意的問(wèn)題。意的問(wèn)題。1 1步進(jìn)電機(jī)控制接口步進(jìn)電機(jī)控制接口2 2步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表 .54.1 1步進(jìn)電機(jī)控制接口步進(jìn)電機(jī)控制接口 步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表 分別控制分別控制x, yx, y軸步進(jìn)電機(jī)。軸步進(jìn)電機(jī)。 輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)“

47、1”1”表示通電，表示通電，“ 0”0”表示斷電。表示斷電。 .55.2.2.步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表x x軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表y y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)低八位輸出字低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高八位輸出字高八位輸出字ADXADX1 100000001=01H00000001=01HADYADY1 100000001=01H00000001=01HADXADX2 200000011=03H00000011=03HADYADY2 200000011=03H00000011=03HADXADX3 300000010

48、=02H00000010=02HADYADY3 300000010=02H00000010=02HADXADX4 400000110=06H00000110=06HADYADY4 400000110=06H00000110=06HADXADX5 500000100=04H00000100=04HADYADY5 500000100=04H00000100=04HADXADX6 600000101=05H00000101=05HADYADY6 600000101=05H00000101=05H.56.三相六拍控制模型.57. 輸出數(shù)據(jù)變化規(guī)律確定步進(jìn)電機(jī)的控制輸出字，輸出數(shù)據(jù)變化規(guī)律確定步進(jìn)電機(jī)的

49、控制輸出字，輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存：輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存： 正轉(zhuǎn)訪問(wèn)順序：正轉(zhuǎn)訪問(wèn)順序：ADX1-ADX2-ADX6 ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 ADY1-ADY2-ADY6 反轉(zhuǎn)訪問(wèn)順序：反轉(zhuǎn)訪問(wèn)順序：ADX6-ADX5-ADX1 ADX6-ADX5-ADX1 ADY6-ADY5-ADY1 ADY6-ADY5-ADY1 微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能 改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)；改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)； 改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)

50、； 改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。.58.3.3.5 3.3.5 步進(jìn)電機(jī)控制程序步進(jìn)電機(jī)控制程序1. 1. 步進(jìn)電機(jī)走步控制程序步進(jìn)電機(jī)走步控制程序 2. 2. 步進(jìn)電機(jī)速度控制程序步進(jìn)電機(jī)速度控制程序 硬件電路；硬件電路； 電機(jī)類型（三相、四相等）、步距角、最高電機(jī)類型（三相、四相等）、步距角、最高通電頻率、最低通電頻率等等。頻率對(duì)應(yīng)的是通電頻率、最低通電頻率等等。頻率對(duì)應(yīng)的是速度。速度。 選擇工作方式；選擇工作方式； 電機(jī)控制的調(diào)速問(wèn)題。電機(jī)控制的調(diào)速問(wèn)題。.59.1 1步進(jìn)電機(jī)走步控制程序步進(jìn)電機(jī)走步控制程序 什么是走步程序？什么是走步

51、程序？ 用用ADXADX和和ADYADY分別表示分別表示x x軸和軸和y y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表的取數(shù)地址指針。且用表的取數(shù)地址指針。且用ZF=1ZF=1、2 2、3 3、4 4分別表示分別表示+x+x、-x-x、+y+y、-y-y走步方向。走步方向。 在流程圖的第一個(gè)判斷中，在流程圖的第一個(gè)判斷中，ZFZF通過(guò)對(duì)通過(guò)對(duì)FmFm的判斷的判斷來(lái)賦值。因此，這個(gè)程序還要和插補(bǔ)計(jì)算程序結(jié)來(lái)賦值。因此，這個(gè)程序還要和插補(bǔ)計(jì)算程序結(jié)合起來(lái)看。合起來(lái)看。.60.61. 2 2步進(jìn)電機(jī)速度控制程序步進(jìn)電機(jī)速度控制程序 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速：改變輸出脈沖的頻率，即控制延步進(jìn)電機(jī)調(diào)速：改變輸出脈沖的頻率，

52、即控制延時(shí)時(shí)間。時(shí)時(shí)間。 可采用延時(shí)或定時(shí)器方法?？刹捎醚訒r(shí)或定時(shí)器方法。 延時(shí)或定時(shí)時(shí)間的計(jì)算：（一般離線計(jì)算得到延時(shí)或定時(shí)時(shí)間的計(jì)算：（一般離線計(jì)算得到Ti延時(shí)時(shí)間表導(dǎo)入程序）延時(shí)時(shí)間表導(dǎo)入程序） Ti為相鄰兩次走步的時(shí)間間隔，為相鄰兩次走步的時(shí)間間隔，Vi為進(jìn)給一步后為進(jìn)給一步后速度，速度，a為加速度，有：為加速度，有：.62.步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn) 四相八拍工作方式。四相八拍工作方式。 -.63.PWM PWM 直流電機(jī)調(diào)速直流電機(jī)調(diào)速 PWMPWM：脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。：脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。 輸出脈沖頻率不變，脈沖寬輸出脈沖頻率不變，脈沖寬度受輸入信號(hào)調(diào)制。度受輸入信號(hào)調(diào)制。設(shè)電機(jī)在恒定電壓下的轉(zhuǎn)速為設(shè)電機(jī)在恒定電壓下的轉(zhuǎn)速為VmaxVmax，控制信號(hào)的占空比，控制信號(hào)的占空比D= t /TD= t /T（其中（其中t t代表通電時(shí)間，代表通電時(shí)間，T T代表脈沖周期），代表脈沖周期），則電機(jī)的的轉(zhuǎn)速和控制信號(hào)的關(guān)系可用如下公式表示：則電機(jī)的的轉(zhuǎn)速和控制信號(hào)的關(guān)系可用如下公式表示： V=VmaxD .64.PWMPWM直流電