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计算机控制系统第3章.ppt

计算机控制系统第3章

孟子73代
2019-03-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《计算机控制系统第3章ppt》,可适用于高等教育领域

.步进电机控制技术.数字程序控制基础.逐点比较法插补原理第章开环数字程序控制兰州交通大学自动化学院*能根据输入的指令和数据控制生产机械按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的自动控制称为数字程序控制。数字程序控制主要应用于机床的自动控制如用于铣床、车床、加工中心、线切割机以及焊接机、气割机等的自动控制系统中。数字程序控制数字程序控制的应用兰州交通大学自动化学院*.数字程序控制基础运动轨迹插补的基本原理图=曲线分段()将曲线划分成若干段分段线段可以是直线或弧线。()根据各线段的性质确定各线段采用的插补方式及插补算法。()确定各线段的起点和终点坐标值等数据并送入计算机。()将插补运算过程中定出的各中间点以脉冲信号的形式去控制x和y方向上的步进电机带动刀具加工出所要求的零件轮廓。每个脉冲驱动步进电机走一步为一个脉冲当量(mm/脉冲)或步长用Deltax和Deltay来表示通常取Deltax=Deltay。兰州交通大学自动化学院*图闭环数字程序控制图开环数字程序控制数字程序控制系统分类(按伺服控制方式分类)兰州交通大学自动化学院*逐点比较法插补原理逐点比较法直线插补(以第一象限为例)()直线插补的偏差判别式若Fm=表明点m在oA直线上从直线的起点出发当Fmge时沿+x轴方向走一步当Fm<时沿+y方向走一步当两方向所走的步数与终点坐标(xeye)相等时发出终点到信号停止插补。第一象限直线逐点比较法插补原理为:图=第一象限直线Fm>表明点m在oA直线上方Fm<表明点m在oA直线下方。兰州交通大学自动化学院*偏差判别式简化当Fmge时表明m点在oA上或oA的上方此时应沿+x方向进给一步走一步后新的坐标值为该点的偏差为同理当Fm<时应向+y方向进给一步该点的偏差为兰州交通大学自动化学院图第一象限直线*()终点判别方法总步长法:设置一个终点计数器Nxy寄存x、y两个坐标方向进给的总步数x和y坐标每进给一步Nxy就减直到Nxy减到零就达到终点。终点坐标法:设置Nx、Ny两个减法计数器在加工开始前在Nx、Ny计数器中分别存入终点坐标值xe、ye。加工时x坐标每进给一步就在Nx计数器中减去y坐标每进给一步就在Ny计数器中减去直到这两个计数器中的数都减到零就到达终点。兰州交通大学自动化学院*①偏差判别:判断上一步进给后的偏差是Fge还是F<逐点比较法直线插补计算的四个步骤:②坐标进给:根据所在象限和偏差判别的结果决定进给坐标轴及其方向③偏差计算:计算进给一步后新的偏差作为下一步进给的偏差判别依据④终点判断:进给一步后终点计数器减判断是否到达终点到达终点则停止运算若没有到达终点返回①。如此不断循环直到到达终点。兰州交通大学自动化学院*()四个象限直线插补图四个象限直线的偏差符号和方向不同象限直线插补的偏差符号和进给方向如图计算时公式中的终点坐标值xe和ye均采用绝对值。兰州交通大学自动化学院分别处理法*()四个象限直线插补图四个象限直线的偏差符号和方向坐标变换方法实现个象限的直线插补时均按第一象限的直线插补进行计算。不同象限直线插补的偏差符号和进给方向如图兰州交通大学自动化学院坐标变换法*()直线插补计算的程序实现设置六个存储单元XE、YE、NXY、FM、XOY和ZF分别存放直线的终点横坐标值xe、终点纵坐标值ye、进给总步数Nxy、加工点偏差Fm、直线所在象限标志及进给方向标志。图直线插补计算程序流程兰州交通大学自动化学院*例-设加工第一象限直线oA起点坐标为o()终点坐标为A()试进行插补计算并作出走步轨迹图。图直线插补走步轨迹图解xe=ye=进给总步数Nxy=|-|+|-|=F=插补计算过程如表走步轨迹如图。兰州交通大学自动化学院*表直线插补过程兰州交通大学自动化学院*步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判断起点F=Nxy=F=+xF=F-ye=-=-Nxy=F<+yF=F+xe=-+=Nxy=F>+xF=F-ye=-=-Nxy=F<+yF=F+xe=-+=Nxy=F>+xF=F-ye=-=Nxy=F=+xF=F-ye=-=-Nxy=F<+yF=F+xe=-+=Nxy=F>+xF=F-ye=-=-Nxy=F<+yF=F+xe=-+=Nxy=F>+xF=F-ye=-=Nxy=逐点比较法圆弧插补(以第一象限为例)()逆圆弧插补偏差判别式图第一象限逆圆弧Fm=表明加工点m在圆弧上当Fmge时-x轴方向进给一步并计算新的偏差当Fm<时向+y轴方向进给一步并计算新的偏差。如此一步步计算一步步进给并在到达终点时停止计算就可插补出如图所示的第一象限逆圆弧。第一象限逆圆弧插补原理为:Fm>表明加工点m在圆弧外Fm<表明加工点m在圆弧内。兰州交通大学自动化学院*新加工点的偏差为当Fmge时应沿-x轴方向进给一步到m+点其坐标值为偏差判别式简化同理当Fm<时新加工点的偏差为兰州交通大学自动化学院*()终点判断同直线插补计算取x轴方向的走步步数Nx与y轴方向的走步步数Ny之和Nxy=Nx+Ny作为计数器每走一步从Nxy中减Nxy减到零时即到达终点。兰州交通大学自动化学院逐点比较法圆弧插补计算的五个步骤:偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判断注意:在偏差计算的同时要进行动点瞬时坐标值的计算以便为下一点的偏差计算做好准备。坐标计算*()顺圆弧插补偏差判别式图第一象限顺圆弧兰州交通大学自动化学院*()四个象限圆弧插补图四个象限圆弧插补的对称关系①圆弧插补中沿对称轴的进给的方向相同沿非对称轴的进给的方向相反。②所有对称圆弧的偏差计算公式只要取起点坐标的绝对值均与第一象限中的逆圆弧或顺圆弧的偏差计算公式相同。兰州交通大学自动化学院*()圆弧插补计算的程序实现图四象限圆弧插补程序流程图兰州交通大学自动化学院*例-设加工第一象限逆圆弧AB已知圆弧的起点坐标为A()终点坐标为B()试进行插补计算并作出走步轨迹图。图圆弧插补走步轨迹图解插补计算过程如表走步轨迹如图。兰州交通大学自动化学院*表圆弧插补计算过程返回兰州交通大学自动化学院*步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别起点F=x=y=Nxy=F=-xF=F-x+=-x=x-=y=Nxy=F<+yF=F+y+=-x=y=y+=Nxy=F<+yF=F+y+=-x=y=y+=Nxy=F<+yF=F+y+=x=y=y+=Nxy=F>-xF=F-x+=-x=x-=y=Nxy=F<+yF=F+y+=x=y=y+=Nxy=F>-xF=F-x+=x=x-=y=Nxy=F>-xF=F-x+=x=x-=y=Nxy=.步进电机控制技术步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的电磁装置其转子的转角与输入的电脉冲数成正比转速与脉冲频率成正比运动的方向由步进电机各相的通电顺序决定。步进电机具有控制简单、运行可靠、惯性小等优点主要用于开环数字程序控制系统中。兰州交通大学自动化学院*步进电机工作原理图步进电机结构及工作原理图假设转子上有四个齿相邻两齿对应的角度为齿距角为:兰州交通大学自动化学院下图是三相反应式步进电机结构简图。*输入一个电脉冲信号转子转过的角度称为步距角thetas对于步进电机的三相单三拍工作方式每切换一次通电状态转子转过的角度为齿距角经过一个周期转子走了步转过一个齿距角。式中:Zmdashmdash转子齿数Nmdashmdash步进电机工作拍数N=mKmmdashmdash定子绕组相数Kmdashmdash与通电方式有关的系数单相通电方式K=单、双相通电方式K=兰州交通大学自动化学院*.步进电机的工作方式步进电机有三相、四相、五相、六相等多种每一种均可工作于单相通电方式双相通电方式或单、双相交叉通电方式。①单三拍工作方式各相通电顺序为ArarrBrarrCrarrA或ArarrCrarrBrarrA以三相步进电机为例有以下三种工作方式:②双三拍工作方式各相通电顺序为ABrarrBCrarrCArarrAB或ACrarrCBrarrBArarrAC③三相六拍工作方式各相通电顺序为ArarrABrarrBrarrBCrarrCrarrCArarrA或ArarrACrarrCrarrCBrarrBrarrBArarrA。兰州交通大学自动化学院*步进电机的脉冲分配程序()步进电机控制接口图步进电机控制接口框图兰州交通大学自动化学院*表三相六拍控制方式状态字表()步进电机控制的输出字*以x轴步进电机控制为例*三相六拍控制方式*假定输出数据为ldquordquo时相应的绕组通电为ldquordquo时断电。兰州交通大学自动化学院*存储单元PA口输出字ADXADXADXADXADXADX()步进电机的脉冲分配控制程序设要控制x、y两个方向的步进电机用ADX、ADY分别表示x方向和y方向步进电机输出字表的取数地址指针以ZF=、、、分别表示+x、-x、+y、-y进给方向则x、y两个方向步进电机的脉冲分配控制程序流程图如下图。将步进电机的脉冲分配控制程序和插补计算程序结合起来并修改程序的初始化和循环控制判断等内容可实现二维或三维曲面零件加工的数字程序控制。兰州交通大学自动化学院*图步进电机的脉冲分配程序流程图返回兰州交通大学自动化学院*步进电机的速度控制程序步进电机的速度控制就是控制步进电机产生步进动作的时间即控制步进电机各相绕组通电状态的切换时间使步进电机按照给定的速度规律进行工作。(a)速度时间曲线(b)位置时间曲线(c)进给脉冲序列图步进电机的加速过程兰州交通大学自动化学院*如果要产生一个接近线性上升的加速过程就可控制进给脉冲序列的时间间隔由疏到密地命令步进电机产生步进动作。设Ti为相邻两个进给脉冲之间的时间间隔(s)Vi为进给一步后的末速度(步/s)a为进给一步的加速度(步/s)则得通常离线计算求得各个Ti存表把Ti编入程序中。兰州交通大学自动化学院图步进电机的速度控制曲线*本章小结具有能够使生产机械按照规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的控制称为数字程序控制。这是一种开环控制它主要应用于机床的自动控制控制。数控机床加工的零件轮廓一般由直线、圆弧组成一些非圆曲线可以用直线段或圆弧段去逼近刀具在加工过程中必须按照零件轮廓轨迹移动。因此计算机的任务是通过逐点比较插补运算使刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较从而决定下一步的进给方向进一步控制步进电机按照预计的规律自动完成工作。*第三章结束谢谢!*

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