计算机控制技术西电版第7章数字控制技术.ppt

7.1 数字控制基础7.2 逐点比较法插补原理7.3 步进电机控制 7.1 数字控制基础 数字控制，就是生产机械(如各种加工机床) 根据计算机输出的数字信号，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控制方式。 数控系统一般由数控装置、驱动装置、调节控制器和检测装置等构成。 数控装置由输入装置、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。 7.1.1 数字控制原理 如图所示的平面曲线图形，如何用计算机在绘图仪或数控加工机床上重现，以此来说明数字控制的基本思路。 基本思路： －逐点输入加工轨迹的坐标不现实。 －数控加工轮廓一般由直线、圆弧组成，也可能有一些非圆曲线轮廓，因此可以用分段曲线拟合加工轮廓。 －输出装置为步进电机，驱动每个轴以一定距离的步长运动，实际加工轮廓是以折线轨迹拟合光滑曲线。 7.1.2 数字控制方式 数字程序控制的3种方式：点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制。 1. 点位控制(Point to Point-PTP) ： 只要求控制刀具行程终点的坐标，即工件加工点准确定位，对刀具的移动路径、移动速度、移动方向不作规定，且在移动过程中不做任何加工，只是在准确到达指定位置后才开始加工。孔加工——钻床、冲床（定位）。 2.直线切削控制 ： 控制行程的终点坐标值，还要求刀具相对于工件平行某一坐标轴作直线运动，在运动过程中进行切削加工。铣床、车床、磨床（单轴切削）。 3.轮廓的切削控制(Continuous Path-CP) ： 控制刀具沿工件轮廓曲线运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。这种方式借助于插补器进行。铣床、车床、磨床（多轴切削）。 7.1.3 数字控制系统 这种控制结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的旋转，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置，至于刀具是否到达了指令脉冲规定的位置，那是不受任何检查的，因此这种控制的可靠性和精度基本上由步进电机和传动装置来决定。 7.2.1 逐点比较法直线插补 　平面逐点比较中的直线有可能在坐标系中四个象限的任一象限，为了说明直线插补方法，先看在第一象限内的直线插补，再拓展到其他象限。 图7.4 第一象限直线插补 则有下述三种情况： 　　(1) P点在直线OA上，则OP与OA重合，它们的斜率相等，有可改写为　　　　　　　　　　 yxe=yex 得　　　　　　　　　　yxe－yex=0　　　　　 (7-1) 　　(2) P点在直线OA上方，此时OP的斜率大于OA，有即 yxeyex可改写为　　　　　　　　　 yxe－yex0 (7-2) 则把式(7-1)、式(7-2)、式(7-3) 代入式(7-4) 中可知： 　　① 当F=0时, P点位于直线OA上； 　　② 当F＞0时, P点位于直线OA的上方； 　　③ 当F＜0时, P点位于直线OA的下方。 进给方向:　　 (1) 当F=0时，可以向+x方向走一步，也可向+y方向走一步。为了统一，通常规定控制刀具向+x方向走一步。 　　(2) 当F＞0时，控制刀具向+x方向走一步。 　　(3) 当F＜0时，控制刀具向+y方向走一步。 　　刀具每进给一步，将新的坐标值代入式(7-4) 求出新的F值，以此确定刀具下一步的进给方向。如此反复进行，即可完成直线插补。 　　在完成上述计算中，需要进行两次乘法运算和一次减法运算。为了提高插补速度，简化运算，应对式(7-4) 作一些变换。 偏差计算的简化　　 在图7.5中，当F≥0时，沿+x方向走一步，到达点(x+1， y)，令新的加工偏差为F′，则由式(7-4) 可得　　　　 F′=yxe－ye(x+1)=yxe－yex－ye=F－ye　　(7-5)　　当F＜0时，刀具向+y方向进给一步，到达点(x， y+1)， 令新的加工偏差为F′，同样可得　　 　 F′=(y+1)xe－yex=yxe+xe－yex=F+xe　 　　(7-6) 　　 　　由此给出如图7.6所示的第一象限逐点比较法直线插补流程图。 图7.6 第一象限直线插补流程图 2)