計(jì)算機(jī)控制技術(shù)chapter3(2015)

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)電子教案第3章 數(shù)字程序控制技術(shù) 順序控制與數(shù)字程序控制均屬于順序控制與數(shù)字程序控制均屬于開環(huán)控制開環(huán)控制。本章。本章主要講述順序控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)的基本概念、主要講述順序控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)的基本概念、組成、工作原理及其控制方法組成、工作原理及其控制方法3.1 順序控制順序控制3.2 數(shù)字程序控制數(shù)字程序控制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)3.1 順序控制 順序控制就是以順序控制就是以預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間或條件預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間或條件為依據(jù)，按預(yù)為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的先規(guī)定好的動(dòng)作次序順序地動(dòng)作次序順序地完成工作的自動(dòng)控制（按時(shí)序或事完成工作的自動(dòng)控制（按時(shí)序或

2、事序規(guī)定工作的自動(dòng)控制）序規(guī)定工作的自動(dòng)控制）順序控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：順序控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 輸入輸出信號(hào)都是兩個(gè)狀態(tài)的輸入輸出信號(hào)都是兩個(gè)狀態(tài)的開關(guān)信號(hào)開關(guān)信號(hào) 必須有系統(tǒng)必須有系統(tǒng)控制器控制器，它是系統(tǒng)的核心部分，它是系統(tǒng)的核心部分 需要對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或控制對(duì)象的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行需要對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或控制對(duì)象的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行檢查或測(cè)量檢查或測(cè)量，增，增加檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及顯示與報(bào)警電路加檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及顯示與報(bào)警電路3.1 順序控制圖圖3-1 順序控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖順序控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖 順序控制系統(tǒng)的組成：順序控制系統(tǒng)的組成：3.2 數(shù)字程序控制 應(yīng)用應(yīng)用：機(jī)床的自動(dòng)控制，：機(jī)床的自動(dòng)控制， 數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床：采用

3、數(shù)字程序控制的機(jī)床，能加工形狀復(fù)雜的零件、：采用數(shù)字程序控制的機(jī)床，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(diǎn)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(diǎn) 數(shù)字程序控制就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制數(shù)字程序控制就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械按生產(chǎn)機(jī)械按規(guī)定規(guī)定的的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度工作順序、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)地完成工作的等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制自動(dòng)控制 數(shù)字程序控制系統(tǒng)組成：數(shù)字程序控制系統(tǒng)組成：輸入裝置、輸出裝置、控制器、輸入裝置、輸出裝置、控制器、插補(bǔ)器插補(bǔ)器3.2 數(shù)字程序控制3.2.1

4、 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ)3.2.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 3.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)1. 數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理分為分為三段三段：顯然：顯然ab、bc可用直可用直線逼近，而線逼近，而cd可用圓弧逼近可用圓弧逼近當(dāng)給定當(dāng)給定a、b、c、d各點(diǎn)坐標(biāo)各點(diǎn)坐標(biāo)x、y值后可用值后可用插補(bǔ)的方法插補(bǔ)的方法來求各來求各中間點(diǎn)的坐標(biāo)中間點(diǎn)的坐標(biāo)將插補(bǔ)運(yùn)算過程中求出的各將插補(bǔ)運(yùn)算過程中求出的各中中間點(diǎn)間點(diǎn)以以脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)形式控制形式控制x、y方向方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆刀上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆刀具等，從而繪出圖形或加工出具等，從而繪出圖形或加工出所要求的輪廓所要求

5、的輪廓圖3-2 曲線分段a bcdxy3.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)2. 數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式 點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制 直線切削控制直線切削控制 輪廓的切削控制輪廓的切削控制 只要求控制刀具行程只要求控制刀具行程終終點(diǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)的坐標(biāo),不管過程不管過程 采用這種控制的有鉆床、采用這種控制的有鉆床、鏜床、沖床等鏜床、沖床等 除了控制行程除了控制行程終點(diǎn)終點(diǎn)的坐標(biāo)外的坐標(biāo)外還要求刀具相對(duì)于工件平行某還要求刀具相對(duì)于工件平行某一直角坐標(biāo)軸一直角坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)作直線運(yùn)動(dòng) 采用這種控制的有銑床、車采用這種控制的有銑床、車床、磨床等床、磨床等 能控制刀具沿工件能控制刀具沿工件輪廓曲線輪廓曲線不停地運(yùn)動(dòng)

6、，并將工件加工為不停地運(yùn)動(dòng)，并將工件加工為某種形狀某種形狀 借助于借助于插補(bǔ)器來插補(bǔ)器來進(jìn)行的進(jìn)行的 采用這種控制的有鉆銑床、采用這種控制的有鉆銑床、車床、磨床、齒輪加工機(jī)床等車床、磨床、齒輪加工機(jī)床等3.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)3. 數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng) 開環(huán)數(shù)字控制開環(huán)數(shù)字控制 閉環(huán)數(shù)字控制閉環(huán)數(shù)字控制 半閉環(huán)數(shù)字控制半閉環(huán)數(shù)字控制3.2.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)：刀具或繪圖筆逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)：刀具或繪圖筆每走一步每走一步都要和給定軌跡上都要和給定軌跡上的的坐標(biāo)比較坐標(biāo)比較，判斷該點(diǎn)在軌跡的上，判斷該點(diǎn)在軌跡的上(外外) 或下或下(內(nèi)內(nèi))，從而決定下步，從而決定下步的的進(jìn)給

7、方向進(jìn)給方向 若該點(diǎn)在給定點(diǎn)上若該點(diǎn)在給定點(diǎn)上(外外)，下一步就向下，下一步就向下(內(nèi)內(nèi))走走 若該點(diǎn)在給給定點(diǎn)下若該點(diǎn)在給給定點(diǎn)下(內(nèi)內(nèi))，下一步就向上，下一步就向上(外外)走走 如此走一步，比較一次，決定進(jìn)給方向，逐步逼近給定軌跡如此走一步，比較一次，決定進(jìn)給方向，逐步逼近給定軌跡逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法：以階梯折線來：以階梯折線來逼近逼近直線或圓弧等曲線的，它與規(guī)直線或圓弧等曲線的，它與規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差，為一個(gè)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差，為一個(gè)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量，因此，因此只要把脈沖當(dāng)量取得足夠小，就可達(dá)到加工精度的要求只要把脈沖當(dāng)量取得足夠小，就可達(dá)到加工精度的要求3

8、.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法原理3. 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)（1）第第1象限內(nèi)的直線插補(bǔ)象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 偏差計(jì)算公式偏差計(jì)算公式 xm/ym=xe/ye 即即 ymxe-xmye=0定義偏差公式為：定義偏差公式為：Fm= ymxe-xmye圖3-3 第一象限直線ymA(xe,ye)0 xmx ym(xm,ym) 若若Fm=0，表明點(diǎn)，表明點(diǎn)m在在OA直線段上直線段上 若若Fm0，表明點(diǎn)，表明點(diǎn)m在在OA直線段上方直線段上方 若若Fm0，表明點(diǎn)，表明點(diǎn)m在在OA直線段下方直線段下方3.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法原理 從起點(diǎn)出發(fā)從起點(diǎn)出發(fā) 當(dāng)若當(dāng)若Fm0，沿，沿+X方向走一步方向走一步 當(dāng)

9、當(dāng)Fm0時(shí)，沿時(shí)，沿+Y方向走一步方向走一步 兩方向所走的步數(shù)與終點(diǎn)坐標(biāo)兩方向所走的步數(shù)與終點(diǎn)坐標(biāo)(xe，ye)相等時(shí)，停止插補(bǔ)相等時(shí)，停止插補(bǔ) 直線直線OA的插補(bǔ)原理的插補(bǔ)原理Fm計(jì)算式比較復(fù)雜計(jì)算式比較復(fù)雜, 用遞推公式：用遞推公式： Fm0 xm+1=xm+1 ym+1=ym Fm+1=Fm-ye Fm0 xm+1=xm ym+1=ym+1 Fm+1=Fm+xe3. 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)（1 1）第第1象限內(nèi)的直線插補(bǔ)象限內(nèi)的直線插補(bǔ)3.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法原理 設(shè)置設(shè)置x，y兩個(gè)計(jì)數(shù)器兩個(gè)計(jì)數(shù)器，初值設(shè)為，初值設(shè)為xe,ye在不同的坐軸進(jìn)給時(shí)對(duì)在不同的坐軸進(jìn)給時(shí)對(duì)應(yīng)的

10、計(jì)數(shù)器減一，兩個(gè)計(jì)數(shù)器均減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)應(yīng)的計(jì)數(shù)器減一，兩個(gè)計(jì)數(shù)器均減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn) 用用一個(gè)計(jì)數(shù)器一個(gè)計(jì)數(shù)器E，初值設(shè)為，初值設(shè)為E=xe+ye,無論在哪個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)給，無論在哪個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)給，E計(jì)數(shù)器減一，計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減一，計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn) 終點(diǎn)判斷方法插補(bǔ)計(jì)算時(shí)，每走一步，插補(bǔ)計(jì)算時(shí)，每走一步，都要進(jìn)行四個(gè)步驟的插都要進(jìn)行四個(gè)步驟的插補(bǔ)計(jì)算過程補(bǔ)計(jì)算過程 插補(bǔ)計(jì)算過程插補(bǔ)計(jì)算過程 偏差判斷偏差判斷 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3. 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)（1 1）第第1象限內(nèi)的直線插補(bǔ)象限內(nèi)的直線插補(bǔ)3.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)

11、法原理 直線插補(bǔ)計(jì)算舉例直線插補(bǔ)計(jì)算舉例步步 數(shù)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 = 0E = 101F0 = 0+xF1 = F0 ye = 0 4 = 4E = 10 1=92F1 0+xF3 = F2 ye = 2E = 74F3 0+xF5 = F4 ye = 0E = 56F5 = 0+xF6 = F5 ye = 4E = 47F6 0+xF8 = F7 ye = 2E = 29F8 0+xF10 = F9 ye = 0E = 0 加工第一象限直線加工第一象限直線OA，設(shè)起點(diǎn)坐標(biāo)為原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)（，設(shè)起點(diǎn)坐標(biāo)為原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)（6，4）要求

12、）要求進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并做出走步軌跡圖進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并做出走步軌跡圖3. 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)（1 1）第第1象限內(nèi)的直線插補(bǔ)象限內(nèi)的直線插補(bǔ)圖圖3-8 直線插補(bǔ)走步軌跡圖直線插補(bǔ)走步軌跡圖y-y-xxF0F0F0F00F0F0F0F0A2(-xe，ye)A1(xe，ye)A3(-xe，-ye)A4(xe，-ye)3.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法原理（2 2）四個(gè)象限的直線插補(bǔ)四個(gè)象限的直線插補(bǔ)Fm0Fm0，表明點(diǎn)，表明點(diǎn)m在在AB圓弧外圓弧外 若若Fm0，表明點(diǎn)，表明點(diǎn)m在在AB圓弧內(nèi)圓弧內(nèi) 3.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法原理 逆圓弧的插補(bǔ)原理逆圓弧的插補(bǔ)原理4. 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較

13、法圓弧插補(bǔ)（1 1）第第1象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ)象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ) 從圓弧起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)若從圓弧起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)若Fm0，沿，沿-X方向走一步，并計(jì)算新偏差方向走一步，并計(jì)算新偏差 當(dāng)當(dāng)Fm0時(shí)，沿時(shí)，沿+Y方向走一步，并計(jì)算新偏差方向走一步，并計(jì)算新偏差 在到達(dá)終點(diǎn)時(shí)停止計(jì)算在到達(dá)終點(diǎn)時(shí)停止計(jì)算 Fm0 xm+1=xm-1 ym+1=ym Fm+1=Fm-2xm+1 Fm0 xm+1=xm ym+1=ym+1 Fm+1=Fm+2ym+1 3.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法原理 終點(diǎn)判斷方法終點(diǎn)判斷方法4. 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)（1 1）第第1象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ)象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ) 設(shè)置設(shè)置Nx，Ny兩個(gè)

14、計(jì)數(shù)器兩個(gè)計(jì)數(shù)器，初值設(shè)為，初值設(shè)為xe-x0,ye-y0，在不同的坐軸進(jìn)在不同的坐軸進(jìn)給時(shí)對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器減一，兩個(gè)計(jì)數(shù)器均減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)給時(shí)對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器減一，兩個(gè)計(jì)數(shù)器均減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn) 用用一個(gè)計(jì)數(shù)器一個(gè)計(jì)數(shù)器Nxy，初值設(shè)為，初值設(shè)為Nxy = Nx+Ny,無論在哪個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)給無論在哪個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)給， Nxy計(jì)數(shù)器減一，計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減一，計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)弧插補(bǔ)計(jì)算為五個(gè)步驟弧插補(bǔ)計(jì)算為五個(gè)步驟 插補(bǔ)計(jì)算過程插補(bǔ)計(jì)算過程 偏差判斷偏差判斷 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（2 2）四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)3.2.

15、2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法原理4. 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)（2）四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)3.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法原理偏差偏差圓弧種類圓弧種類進(jìn)給進(jìn)給方向方向偏差計(jì)算偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算Fm0SR1、NR2-yFm+1=Fm-2ym+1xm+1=xmSR3、NR4+yym+1=ym1NR1、SR4-xFm+1=Fm-2xm+1xm+1=xm1NR3、SR2+xym+1=ymFm0SR1、NR4+xFm+1=Fm+2xm+1xm+1=xm1SR3、NR2-xym+1=ymNR1、SR2+yFm+1=Fm+2ym+1xm+1=xmNR3、SR4-yym+1=ym14. 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)3.2.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法原理實(shí)際上，若考慮坐標(biāo)平移、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)以及實(shí)際的實(shí)際上，若考慮坐標(biāo)平移、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)以及實(shí)際的加工方法，逆圓、順圓的區(qū)別可以不考慮，而象限的加工方法，逆圓、順圓的區(qū)別可以不考慮，而象限的區(qū)分更是沒有任何實(shí)際意義區(qū)分更是沒有任何實(shí)際