数字程序控制系统ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,3,章 数字程序控制系统,3.1,数字控制系统的概述,3.2,逐点比较插补原理,3.3,步进电机控制技术,3.4,小 结,第3章 数字程序控制系统3.1 数字控制系统的概述,制造系统,数控机床,加工生产线,自动码垛机器人,自动包装机器人,2,制造系统数控机床加工生产线自动码垛机器人自动包装机器人2,特征阶段,年代,典型应用,驱动特点,研究开发,1952,l969,数控车床、铣床钻、,铣床,3,轴以下步进、液压电机,推广应用,l970,l985,加工中心、电加工、,锻压,直流伺服电机,系统化,l982,柔性制造单元,(FMU),柔性制造系统,(FMS),交流伺服电机,高性能,集成化,l990,至今,计算机集成制造系统,(CIMS),、,无人化工厂,直线驱动,3.1,数字控制系统的概述,特征阶段年代典型应用驱动特点研究开发1952l969数控车,按时序或事序规定工作的自动控制成为,顺序控制,。,数字程序控制,：,计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械,(,如各种加工机床,),按规定的,工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度,等规律自动地完成工作的自动控制。,数字程序控制主要应用于机床控制,采用数字程序控制系统的机床叫做数控机床。,组成,:,数字程序控制系统由,输入装置,输出装置,控制器和插补器,等四大部分组成。其中,控制器和插补器功能以及部分输入输出功能由计算机承担。,3.1,数字控制系统的概述,按时序或事序规定工作的自动控制成为顺序控制。3.1 数字,3.1,数字控制系统的概述,3.1.1,数字控制系统的基本概念,对图所示的平面图形，如何用计算机在绘图仪或加工装置上重现,?,第一步,：将该图分割成了三段。,第二步,：当给定,a,b,c,d,各点坐标和值之后，还要确定各坐标值之间的中间值。,第三步,：把,插补运算过程,中定出的各中间点，以,脉冲信号形式,去控制，方向上的,步进马达,，带动画笔、刀具或线电极运动，从而绘出图形或加工出符合要求的轮廓来。,3.1 数字控制系统的概述 3.1.1 数字控制系统的基,3.1.2,数控系统的组成,1.,闭环数字控制,该控制方式主要用于,大型精密加工机床,，但其,结构复杂，难于调整和维护,。,3.1.2 数控系统的组成 1.闭环数字控制,2.,开环数字控制,开环数字控制,结构简单，并且可靠性高、成本低、易于调整和维护等，应用最为广泛,。,由于采用了步进电动机作为驱动元件，使得系统的可靠性变得更加灵活。,2.开环数字控制 开环数字控制结构简单，并且可靠性高、成,3.2,逐点比较插补原理,“,逐点比较法”插补原理,“一点一比较，步步来逼近”,3.2.1,逐点比较直线插补原理,1.,在第一象限内的直线插补,3.2 逐点比较插补原理“逐点比较法”插补原理,当前点的位置在直线中还是在直线之上，直线之下？如何判断？,定义,则当,F,i,=0,时，表示,M,点在直线上；当,F,i,0,时，表示,M,点在,A+,区域内；当,F,i,0,时，表示,M,点在,A-,区域内。,式 称为直线插补的,偏差判别式,，或原始判别式。以后为了方便起见，将,F,i,记为,F,。,当前点的位置在直线中还是在直线之上，直线之下？如何判断？定义,(a)F,0,时进给,(b)F,0,时进给,F0,时，计算,F,F0,时，计算,F,(a)F0 时进给 (b)F0时进给,2.,其它象限中的偏差判别及进给方向,如果需要在其它三个象限内画直线，只要将它们化作第一象限的插补处理即可。,进给方向对于不同的象限作某些改变即可,。,2.其它象限中的偏差判别及进给方向 如果需要在其它三个象限,偏差,1,象限,2,象限,3,象限,4,象限,偏差公式,F0,+x,-x,-x,+x,F=F-y,e,F,0,+y,+y,-y,-y,F=F+x,e,3.,终点判断,利用画笔所走过的,总步数是否等于终点坐标的与之和,。,取,终点坐标中较大者,作为终点判别计数器的初值。,3.终点判断 利用画笔所走过的总步数是否等于终点坐标的与,4.,直线插补程度的流程图,第一步：,偏差判别,，,F0,还是,F,0,？,第二步：,坐标进给,，根据偏差和插补所在象限决定在什么方向上进给一步；,第三步：,偏差运算,，计算进给一步后的新偏差值；,第四步：,终点判别,，若未到达终点，则重复一至四步工作。,4.直线插补程度的流程图 第一步：偏差判别，F0还是F0,例,3.1,设加工第一象限直线,OA,，起点为,O(0,，,0),，终点坐标为,A(6,，,4),，试进行插补计算并作出走步轨迹图。,解,坐标进给的总步数,N,xy,=|6-0|+|4-0|=10,x,e,=6,y,e,=4,F,0,=0.,步数,偏差判别,坐标进给,偏差计算,终点判断,起点,F,0,=0,N,xy,=10,1,F,0,=,0,+,x,F,1,=F,0,-y,e,=-4,N,xy,=9,2,F,1,0,+,x,F,3,=F,2,-y,e,=-2,N,xy,=7,4,F,3,0,+,x,F,5,=F,4,-y,e,=0,N,xy,=5,6,F,5,=,0,+,x,F,6,=F,5,-y,e,=-4,N,xy,=4,7,F,6,0,+,x,F,8,=F,7,-y,e,=-2,N,xy,=2,9,F,8,0,+,x,F,10,=F,9,-y,e,=0,N,xy,=0,例3.1设加工第一象限直线OA，起点为O(0，0)，终点,数字程序控制系统ppt课件,3.2.2,逐点比较圆弧插补原理,1,第一象限圆弧插补原理,如何判断当前点的位置？,F 0,F 0,3.2.2 逐点比较圆弧插补原理 1 第一象限圆弧插补原,2,其它象限中逐点比较法圆弧插补的偏差公式和进给方向,2 其它象限中逐点比较法圆弧插补的偏差公式和进给方向,数字程序控制系统ppt课件,3,终点判断,:,X,方向总步数和,Y,方向总步数中的最大值,4,圆弧插补程序流程图,利用起点坐标值和终点坐标值相对大小来确定是,顺圆插补还是逆圆插补,.,根据偏差值,F,是,0,还是,0,以及,圆弧插补的类型,来决定,实际的进给信号,.,确定,终判计数器的初值,.,3 终点判断:X方向总步数和Y方向总步数中的最大值,例,：,设加工第一象限逆圆弧,AB,，已知起点的坐标为,A(4,，,0),，终点的坐标为,B(0,，,4),，试进行插补计算并作出走步轨迹图。,步数,偏差判别,坐标进给,偏差计算,坐标计算,终点判断,起点,F,0,=0,x,0,=4,y,0,=4,N,xy,=8,1,F,0,=0,-x,F,1,=F,0,-2x,0,+1=-7,x,1,=x,0,-1=3,y,1,=0,N,xy,=7,2,F,1,0,+y,F,2,=F,1,+2y,1,+1=-6,x,2,=3,y,2,=y,1,+1=1,N,xy,=6,3,F,2,0,+y,F,3,=F,2,+2y,2,+1=-3,x,3,=3,y,3,=y,2,+1=2,N,xy,=5,4,F,3,0,-x,F,5,=F,4,-2x,4,+1=-3,x,5,=x,4,-1=2,y,5,=3,N,xy,=3,6,F,5,0,-x,F,7,=F,6,-2x,6,+1=1,x,7,=x,6,-1=1,y,7,=4,N,xy,=1,8,F,7,0,-x,F,8,=,7,-2x,7,+1=0,x,8,=x,7,-1=0,y,8,=4,N,xy,=0,例：设加工第一象限逆圆弧AB，已知起点的坐标为A(4，0)，,数字程序控制系统ppt课件,3.3,步进电机控制技术,步进电机是一种将,脉冲信号转换成相应的角位移,的特种电机。,角位移变成直线位移；,带动螺旋电位器，调节电压和电流，,特点,快速的启停能力,精确步进以及直接接收数字量的特点,3.3 步进电机控制技术 步进电机是一种将脉冲信号转换成相,3.3.1,步进电机的工作原理,步进电机实际上是一个,数字,/,角度转换器,;,也是一个,串行的数,/,模转换器,。,3.3.1 步进电机的工作原理 步进电机实际上是一个数字/,1,反应式步进电动,反应式步进电动机定子相数,m,为,2,、,3,、,4,、,5,、,6,，定子磁极个数为,2m,，每个磁极上套着该相控制绕组。假设三相六极反应式步进电动机转子有四个齿。工作时，以电脉冲向,A,，,B,，,C,三相控制绕组轮流通入直流电流,I,，转子就会向一个方向一步一步转动。步进电动机不改变通电情况的运行状态叫静态运行。,1 反应式步进电动反应式步进电动机定子相数m为2、3、4、5,2,矩角特性及稳定平衡点,规定转子每一个齿距所占空间角度为,2,电角度。,2 矩角特性及稳定平衡点规定转子每一个齿距所占空间角度为2,3,三相矩角特性及稳定平衡点,3 三相矩角特性及稳定平衡点,4,步进运行状态,4 步进运行状态,5,负载步进运行状态,5 负载步进运行状态,6,连续运行状态,当脉冲频率,f,增高，其周期比转子振荡的过渡过程时间还短时，虽然仍旧是一个脉冲前进一步，步矩角也不变，但转子连续转动不停，这叫做,连续运行状态,。,连续运行状态,是步进电动机经常的运行状态，频率比较高，转速与频率成正比。,电动机不丢步连续运行的最高频率叫,运行频率,，其值越高电机转速越高。步进电动机一般要采用机械阻尼，使振荡很快衰减。同时，还要加大 的范围，即减小步距角，增加电机的稳定性。,6 连续运行状态当脉冲频率f增高，其周期比转子振荡的过渡过程,7,双三拍通电方式,7双三拍通电方式,8,步距角与电机转速,步距角,转子转速,8 步距角与电机转速步距角转子转速,3.3.2,步进电机的工作方式,步进电机的方向控制方法是：,用计算机输出接口的每一位控制一相,绕组,，例如用计算机数据线的,D,0,、,D,1,、,D,2,分别接到步进电动机的,A,、,B,、,C,三相。,根据所选定的步进电机及控制方式写出相应的控制方式的数学模型。,3.3.2 步进电机的工作方式 步进电机的方向控制方法是：,步进电机旋转方向控制,（,1,）,三相单三拍方式：,正向旋转，通电顺序为,ABCA,；,反向旋转，通电顺序为,ACBA,。,（,2,）,三相双三拍方式：,正向旋转，通电顺序为,ABBCCAAB,；,反向旋转，通电顺序为,ABCABCAB,。,（,3,）,三相六拍方式：,正向旋转，通电顺序为,ABBBCCCAA,；,反向旋转，通电顺序为,CACBCBABA,。,步进电机旋转方向控制（1）三相单三拍方式：,步进电机的旋转方向控制方法：,（,1,）,用单片机的一位输出口控制步进电机的一相绕组。,（,2,）,根据步进电机的类型和控制方式找出相应的控制模型。,（,3,）,按照控制方式规定的顺序向步进电机发送脉冲序列，即可控制步进电机的旋转方向。,上述三种控制方式的数序模型如表所示。,步进电机的旋转方向控制方法：（1）用单片机的一位输出口控制,三相双三拍控制模型,三相单三拍控制模型,三相双三拍控制模型三相单三拍控制模型,三相六拍控制模型,三相六拍控制模型,3.3.3,步进电机的控制系统,典型的步进电机控制系统，如图所示,计算机控制步进电机原理图,3.3.3 步进电机的控制系统 典型的步进电机控制系统，如,步进电机控制程序的设计,三相单三拍,控制程序流程,图如图所示。,步进电机控制程序的设计三相单三拍控制程序流程图如图所示。,三相单三拍控制程序清单：,T_CON:PUSHA,；保护现场,PUSHPSW,MOVR7,#N,；设定控制步数,JNBFLAG,LEFT,；判断旋转方向,RIGHT:MOVR