微型计算机控制技术1-第3章.pptVIP

第3章 数字控制技术 3.1 数字控制基础 3.2 逐点比较法插补原理 3.3 多轴步进驱动控制技术 3.4 多轴伺服驱动控制技术 3.1.1 数控技术发展概况 3.1.2 数字控制原理 插补器：用于完成插补计算，就是按给定的基本数据(如直线的终点坐标,圆弧的起、终点坐标等)，插补(插值)中间坐标数据，从而把曲线形状描述出来的一种计算。 分割原则：应保证线段所连的曲线与原图形的误差在允许范围之内。 步骤： 1. 曲线分段： 图中曲线分为三段，分别为ab、bc、cd，将a、b、c、d四点坐标送计算机。 3.1.3 数字控制方式 1. 点位控制 2. 直线控制 3. 轮廓控制 1、点位控制 只要求控制刀具行程终点的坐标值，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。（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，且在运动过程中进行切削加工。（单轴切削） 3.1.4 数字控制系统 1.开环数字控制 2.闭环数字控制  1. 开环数字控制 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。 由于采用了步进电机作为驱动元件，使得系统的可控性变得更加灵活，更易于实现各种插补运算和运动轨迹控制。本章主要是讨论开环数字程序控制技术。 2. 闭环数字控制 执行机构多采用直流电机（小惯量伺服电机和宽调速力矩电机）作为驱动元件，反馈测量元件采用光电编码器（码盘）、光栅、感应同步器等，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，一些常规的数控系统很少采用。 3.1.5 数控系统的分类 1. 传统数控系统 2. 开放式数控系统 （1）PC嵌入NC 结构式数控系统 （2）NC嵌入PC 结构式数控系统 3. 网络化数控系统 3.2 插补原理 在CNC数控机床上，各种曲线轮廓加工都是通过插补计算实现的，插补计算的任务就是对轮廓线的起点到终点之间再密集的计算出有限个坐标点，刀具沿着这些坐标点移动，用折线逼近所要加工的曲线。 插补方法可以分为两大类：脉冲增量插补和数据采样插补。 脉冲增量插补是控制单个脉冲输出规律的插补方法，每输出一个脉冲，移动部件都要相应的移动一定距离，这个距离就是脉冲当量，因此，脉冲增量插补也叫做行程标量插补。如逐点比较法、数字积分法。该插补方法通常用于步进电机控制系统。 数据采样插补，也称为数字增量插补，是在规定的时间内，计算出个坐标方向的增量值、刀具所在的坐标位置及其他一些需要的值。这些数据严格的限制在一个插补时间内计算完毕，送给伺服系统，再由伺服系统控制移动部件运动，移动部件也必须在下一个插补时间内走完插补计算给出的行程，因此数据采样插补也称作时间标量插补。数据采样插补采用数值量控制机床运动，机床各坐标方向的运动速度与插补运算给出的数值量和插补时间有关。该插补方法是用于直流伺服电动机和交流伺服电动机的闭环或半闭环控制系统。 数控系统中完成插补工作的部分装置称为插补器。 3.2.1 逐点比较法直线插补 逐点比较法插补: 每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。 用阶梯折线逼近曲线。 走一步 - 比较一次 - 决定下一步的走向 逐点比较法的最大误差：一个脉冲当量（步长） 加工精度: 逐点比较法规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量（每走一步的距离即步长）取得足够小，就可达到加工精度的要求。 1．第一象限内的直线插补 （1）偏差计算公式 直线段OA，起点坐标原点，终点 (xe，ye)。点m(xm,ym)为动点. 若点m在直线段OA上，则有: xm/ym＝xe/ye 即 ymxe-xmye＝0 定义偏差判别式为:Fm＝ymxe-xmye 若Fm＝0，点m在直线段上； 若Fm＞0，点m在直线段的上方，即点mˊ处； 若Fm＜0，点m在直线段的下方，即点m＂处。 第一象限直线逐点比较法插补的原理是： 从直线的起点出发，当Fm≥0时，沿＋x轴方向走一步； 当Fm＜0时，沿＋y方向走一步；当两方向所走的步数与终点坐标(xe,ye)相等时，发出终