第四章 计算机在工业控制中应用.pdf

第四章 计算机在工业控制 中应用 主要内容： 4.1 简易数控基础 4.2 嵌入式技术与应用 4.3 示教再现技术 4.4 机器人技术 4.1 简易数控基础 4.1.1 简易数控原理 在工业上，经常使用一种叫步进电机的动力设备来驱 动各种装置，步进电机也叫脉冲电机，它可以通过功率转 换设备、即驱动源或驱动芯片接收计算机发来的脉冲信 号，使电机旋转一定角度。每一个脉冲信号电机旋转一 步，一步旋转3.6或1.8，利用机械结构很容易将转动变成 平动，进而达到机械运动的精确定位。 步进电机根据其线卷绕组数量，分为二相、三相或四 相。比如三相步进电机，其线卷绕组分为A ，B，C三 相，它的控制方式有多种，使用最多的是三相六拍控制方 式，通电顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A ，电机正 转；通电顺序：A-AC-C-CB-B-BA-A 电机反转。 由于步进电机定位精确、调速容易、方向控制方便， 在自动控制系统中使用较多。 我们知道，计算机只能进行数字运算，那么它是 如何通过步进电机控制机床加工出直线、圆弧、和各种 形状的零件呢？ 我们以两坐标机床为例来做简单介绍，两坐标机 床有两个拖板，由两台步进电机驱动，分别带动拖板上 的被加工零件在X轴和Y轴方向正向或反向运动。机床上 还有一个主轴电机，它带动刀具只旋转不运动。被加工 零件在X轴和Y轴方向电机的驱动下，走出各种平面曲 线，零件和刀具相交的轨迹就是我们的加工曲线。 在加工时我们把零件分成许多段，每段都是由直线或 圆弧组成。 1．圆弧段加工，走圆弧段控制也叫圆弧插补。 图4-1，加工圆弧，圆心在坐标原点，起点A （6， 0 ）、终点B （0，6），半径为6。 图4-1 加工圆弧 示意图 A B 加工时，刀具先移到A点，从A点向-X方向走一步，到（5， 0）点。这一点在圆弧内部，如果第二步继续向-X走，离圆弧 距离会越来越远。为了接近圆弧，第二步应向+Y方向走，到 （5，1）点，此点还在圆弧内，第三步继续向+Y方向走，， 如图所示，第十二步走到B点，结束加工。 综上述，圆弧插补的工作过程分四步 （1）位置判别，加工开始，通过位置判别决定工作台走向。 位置判别可通过判别函数F=来计算，X和Y是刀具位置坐标，R 是圆半径。F0，刀具位置坐标在圆上或圆外；F0，刀具位置 坐标在圆内。 （2 ）进给加工，向相应方向发一个进给脉冲，工作台走一 步。一个进给脉冲工作台位移的距离叫脉冲当量，一般机床脉 冲当量=0.001～0.0005mm。 （3 ）偏差计算，加工一步后，对新的加工点计算新的加工偏 差，做为下一步位置判别的依据。加工过程中，每走一步都要 进行偏差计算。这种方法也叫逐点比较法。 因为每一步都要计算偏差，新偏差可以利用上一步计算的结 果推导，避免乘方运算。在此例中，加工是逆时针方向，当 向-X走一步,Y不变时，误差函数： F X 2  Y 2  R 2 n 1 n 1 n 1 = (X n 1)2 Yn 2 R 2 =(X n 2 Yn 2 R 2 ) 2X n 1 = F 2X 1 n n 当向+Y走一步，X 向不变时，误差函数： F X 2 Y 2 R 2 n1 n1 n1 =X 2 (Y 1)2 R 2 n n =(X n 2 Yn 2 R 2 ) 2Yn 1 = F 2Y 1