第4章順序控制與數(shù)字控制技術(shù)走信息路讀北郵書4.1順序控制技術(shù)4.2數(shù)字程序控制技術(shù)1第4章順序控制與數(shù)字控制技術(shù)走信息路讀北郵書4順序控制技術(shù)4.14.1.2順序控制系統(tǒng)的組成4.1.1順序控制概述4.1.3微機順序控制系統(tǒng)應用案例2順序控制技術(shù)4.14.1.2順序控制系統(tǒng)的組成4.1.1數(shù)字程序控制技術(shù)4.24.2.2逐步比較法插補原理4.2.1

數(shù)字程序控制基礎4.2.3步進電機控制技術(shù)3數(shù)字程序控制技術(shù)4.24.2.2逐步比較法插補原理4.2順序控制概述4.1.1

順序控制是指以預先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預先規(guī)定好的動作次序，對控制過程各階段順序地進行自動化。順序控制原理：根據(jù)應用的場合和工藝要求，劃分各種不同的工步，然后按預先規(guī)定好的“時間”或“條件”，按次序完成各工步的動作并保證各工步動作所需要的持續(xù)時間。順序控制概念14順序控制概述4.1.1順序控制是指以預先規(guī)定好的時間例4.1冷加工自動線中鉆孔動力頭鉆孔過程的順序控制原理圖工進YA2快進YA1快退YA3動力頭5例4.1冷加工自動線中鉆孔動力頭鉆孔過程的順序控制原理圖工1)動力頭在起始位置(行程開關(guān)SQ1受壓)，按啟動開關(guān)按鈕SB1后，電磁閥YAl通電，動力頭快進；2)快進到位時壓下行程開關(guān)SQ2，使電磁閥YA2通電(YAl保持通電)，動力頭由快進轉(zhuǎn)工進(鉆孔)，即一邊加工一邊進給；3)工進到位時壓下行程開關(guān)SQ3，使YAl、YA2斷電，開始定時延遲，動力頭原地鏇削(精鏜)；4)延遲時間到，YA3通電，動力頭快退；5)動力頭退回到原位，行程開關(guān)SQ1又受壓，YA3斷電，動力頭停止。61)動力頭在起始位置(行程開關(guān)SQ1受壓)，按啟動開關(guān)按鈕S例4.2機械手。下限位開關(guān)。。左限位開關(guān)上限位開關(guān)。右限位開關(guān)夾緊放松原點。上限位開關(guān)。終點。下限位開關(guān)。圖4.2機械手取放動作工件示意圖7例4.2機械手。下限位開關(guān)。。左限位開關(guān)上限位開關(guān)。右順序控制系統(tǒng)的分類2按順序執(zhí)行的繼電—接觸器控制系統(tǒng)半導體邏輯順序控制系統(tǒng)可編程順序控制器系統(tǒng)微機順序控制系統(tǒng)8順序控制系統(tǒng)的分類28順序控制系統(tǒng)的特點3，

順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號以開關(guān)量信號為主邏輯關(guān)系復雜控制程序客觀可靠性要求高9順序控制系統(tǒng)的特點3，順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號以開關(guān)量順序控制系統(tǒng)的組成4.1.2

典型的微機順序控制系統(tǒng)是由系統(tǒng)控制器、信號檢測、執(zhí)行機構(gòu)及被控對象等組成

操作臺報警顯示被控對象控制計算機信號檢測輸入電路輸入接口執(zhí)行機構(gòu)輸出電路輸出接口圖4.3典型微機順序控制系統(tǒng)組成框圖10順序控制系統(tǒng)的組成4.1.2典型的微機順序控制系統(tǒng)是微機順序控制系統(tǒng)應用案例4.1.3

以鉆孔動力頭的順序控制為例鉆孔動力頭在一個工作循環(huán)中有快進、工進、工進延時、快退和停止5個工作狀態(tài)。從前一個工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入下一個工作狀態(tài)，是根據(jù)來自現(xiàn)場的輸入信號的邏輯判斷，現(xiàn)場輸入信號有起動按鈕SBl、原位開關(guān)SQl、行程開關(guān)SQ2和SQ3及延時信號，這些電器觸點的通斷，通過輸入電路變換為電平信號送到輸入接口的輸入端，CPU按一定的邏輯順序讀取這些信號，并逐一判斷是否滿足各工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。若滿足，則發(fā)出相應的轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的控制信號。輸出控制信號通過輸出接口經(jīng)過輸出電路驅(qū)動相應的電磁閥吸合或釋放，從而改變液壓油路的狀態(tài)，使動力頭轉(zhuǎn)換為新的工作狀態(tài)。若不滿足，則等待(當cpu只控制一臺動力頭時)或跳過，轉(zhuǎn)向詢問另一臺動力頭(當CPU控制多臺動力頭時)。11微機順序控制系統(tǒng)應用案例4.1.3以鉆孔動力頭的順序硬件框圖112硬件框圖112控制程序流程圖及控制程序213控制程序流程圖及控制程序213START：MOVA，P1；讀入現(xiàn)場信號ANLA，#0FCHCJNEA，#03H，START；SQl、SBl＝1？STEP1：SETBP1.5；是，動力頭快進MOVA，P1；讀入現(xiàn)場信號ANLA，#04HQNEA，#04H，STEPl；判斷SQ2＝1？STEP2：SETBA，P1.6；是，轉(zhuǎn)入工進MOVA，Pl；讀人現(xiàn)場信號ANLA，#08HCJNEA，#08H，STEP2；判斷SQ3＝1？CAlLDELAY；是，延時停留SETP3：MOVA，#80HMOVP1，A；YA3＝l，Yal，YA2＝0MOVA，P1ANLA，#02HCJNEA，#02H，SETP3；判斷SQ3＝1？CLRP1.7；是，YA3＝0AJMPSTART；返回，轉(zhuǎn)下次循環(huán)

14START：MOVA，P1；讀入現(xiàn)場信號14數(shù)字程序控制基礎4.2.1⑴曲線分割⑵插補計算根據(jù)給定的各曲線段的起點、終點坐標，確定各坐標值之間的中間值的數(shù)值計算方法稱為插值或插補。常用的插補形式有直線插補和二次曲線插補兩種形式。⑶脈沖分配數(shù)字程序控制的基本原理1

圖4.6曲線分段15數(shù)字程序控制基礎4.2.1⑴曲線分割數(shù)字程序控制的基本原理數(shù)字程序控制方式2⑴按控制對象的運動軌跡分類:①點位控制②直線切削控制③和輪廓切削控制16數(shù)字程序控制方式2⑴按控制對象的運動軌跡分類:16⑵根據(jù)有無檢測反饋元件分類①閉環(huán)數(shù)字程序控制17⑵根據(jù)有無檢測反饋元件分類17②開環(huán)數(shù)字程序控制

18②開環(huán)數(shù)字程序控制18逐點比較法插補原理4.2.2

逐點比較法插補原理：每當畫筆或刀具向某一方向移動一步，就進行一次偏差計算和偏差判別，也就是到達新的點位置和理想線型上對應點的理想位置坐標之間的偏離程度，然后根據(jù)偏差的大小確定下一步的移動方向，使畫筆或刀具始終緊靠理想線型運動，起到步步逼近的效果。由于采用的是“一點一比較，一步步逼近”方法，因此稱為逐點比較法。是以直線或折線(階梯狀的)來逼近直線或圓弧等曲線的，它與給定軌跡之間的最大誤差為一個脈沖當量只要把運動步距取得足夠小，便可精確地跟隨給定軌跡，以達到精度的要求19逐點比較法插補原理4.2.2逐點比較法⑴第一像限內(nèi)的直線插補①偏差計算公式

逐點比較法直線插補1②進給與偏差計算

20⑴第一像限內(nèi)的直線插補逐點比較法直線插補1②進給與偏差計算表明m點在直線段OA上或OA上方，應沿+x方向走一步至m+1，該點的坐標值為當

該點的偏差為：表明m點在直線段OA下方，為逼近給定曲線，應沿+y方向走一步至m+1，該點的坐標值為當

21表明m點在直線段OA上或OA上方，應沿+x方向走一步該點的偏差為：⑵終點判別方法每走一步比較一次直至兩者相等為止；取終點坐標中的較大者作為終點判別的依據(jù)；用一個終點判別計數(shù)器，存放兩個坐標的總步數(shù)；22該點的偏差為：⑵終點判別方法22⑶第一象限直線插補計算流程①偏差判別，判斷上一步進給后的偏差值F≥0還是F<0；②坐標進給，根據(jù)偏差判別的結(jié)果和所在象限決定在哪個方向上進給一步；③偏差計算，計算出進給一步后的新偏差值，作為下一步進給的判別依據(jù)。④終點判別，終點判別計數(shù)器減1，判斷是否到達終點23⑶第一象限直線插補計算流程232424例4.4設給定的加工軌跡為第一象限的直線OP，起點為坐標原點，終點坐標A（xe，ye），其值為(5，4)，試進行插補計算并作出走步軌跡圖。25例4.4設給定的加工軌跡為第一象限的直線OP，起點為坐標原⑷四個象限的直線插補26⑷四個象限的直線插補26設A1、A2、A3、A4分別表示第一、第二、第三、第四象限的四種線型。它們的加工起點均從坐標原點開始。凡F≥0時，向x方向進給，在第一、四象限向+x方向進給；在第二、三象限，向-x方向進給；凡F<0時，向y方向進給，在第一、二象限向+y方向進給；在第三、四象限，向-y方向進給。不管是哪個象限，都采用與第一象限相同的偏差計算公式，只是式中的終點坐標值均取絕對值。27設A1、A2、A3、A4分別表示第一、第二、第三、第四象限的偏差判別F≥0F<0進給A1+Δx+ΔyA2-Δx+ΔyA3-Δx-ΔyA4+Δx-Δy偏差計算F′=F-|ye|F′=F+|xe|表4.2四象限的進給脈沖和偏差計算28F≥0F<0進給A1+Δx+ΔyA2-Δx+ΔyA3-Δx-逐點比較法圓弧插補2⑴第一象限圓弧插補計算原理①偏差判別偏差值F=x2+y2－R2當P點位于圓弧上時，F(xiàn)=0②進給P點在圓弧外時，F(xiàn)>0，向圓外(-x方向)進給一步。P點在圓弧內(nèi)時，F(xiàn)<0，向圓外(+y方向)進給一步。P點在圓弧上時，F(xiàn)=0，規(guī)定按F>0處理。圖4.13逐點比較法圓弧插補29逐點比較法圓弧插補2⑴第一象限圓弧插補計算原理圖4.13逐③偏差計算④終點判別設P點在圓外，F(xiàn)>0，

F=(x－1)2+y2－R2=x2－2x+l+y2－R2

=（x2+y2－R2）－2x+l=F－2x+1若P點在圓內(nèi)，F(xiàn)<0，F(xiàn)=x2+(y+1)2－R2=x2+y2+2y+l－R2

=(x2+y2－R2)+2y+l=F+2y+l總步數(shù)作為計數(shù)長度值，長度計數(shù)器的初值為Nxy=|xe－x0|+|ye－y0|每個坐標方向設一個計數(shù)器30③偏差計算④終點判別設P點在圓外，F(xiàn)>0，總步數(shù)作為計3131例4.6假設加工第一象限逆圓弧AB，起點A的坐標值為x0=4，y0=3，終點B的坐標值為xe=0，ye=5。試進行插補計算并作出走步軌跡圖。

圖4.15圓弧插補走步軌跡圖32例4.6圖4.15圓弧插補走步軌跡圖32（2）四象限的圓弧插補原理第二象限順圓的偏差計算公式若F≥0時，下一步應沿+x方向進給一步，新的加工點坐標將是(x+1，y)，可求出新的偏差為F＇＝F+2x+1若F<0時，下一步應沿+y方向進給一步，新的加工點坐標將是(x，y+1)，可求出新的偏差為F＇＝F+2y+1圖4.16第二象限的順圓33（2）四象限的圓弧插補原理圖4.16第二象限的順圓33在圓弧插補中，沿對稱軸的進給方向相同，沿非對稱軸的進給方向相反，其次，所有對稱圓弧的偏差計算公式，只要取起點坐標的絕對值，就與第一象限中NRl或SRl的偏差計算公式相同

圖4.17四個象限中圓弧的對稱性（a）（b）34在圓弧插補中，沿對稱軸的進給方向相同，沿非對稱軸的進給方向相圓弧類型F≥0時的進給F<0時的進給計算公式SR1-Δy+Δx當F≥0時，計算F′＝F－2yi＋1和yi=yi′－1SR2+Δy-ΔxNR3-Δy+Δx當F<0時，計算F′＝F＋2xi＋1和xi′＝xi＋1NR4+Δy-ΔxNR1-Δx+Δy當F≥0時，計算F′＝F－2xi＋1和xi′＝xi－1NR2+Δx-ΔySR3+Δx+Δy當F<0時，計算F′＝F＋2yi＋1和yi=yi′＋1SR4-Δx-Δy表4.5八種圓弧插補的計算公式和進給方向35F≥0時的進給F<0時的進給計算公式SR1-Δy+Δx當F≥步進電機控制技術(shù)4.2.3

步進電機是一種能將電脈沖信號直接轉(zhuǎn)變成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移量的執(zhí)行元件。其速度與脈沖頻率成正比，可通過改變脈沖頻率在較寬范圍內(nèi)調(diào)速。由于其輸入為電脈沖，因而易與微型計算機或其它數(shù)字元器件接口，適用于數(shù)字控制系統(tǒng)。它作為數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，廣泛應用于自動控制和精密儀器等領域。按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理分:反應式、永磁式、混合式三類。

36步進電機控制技術(shù)4.2.3步進電機是一種能將電脈沖步進電機的工作原理1⑴反應式步進電機的結(jié)構(gòu)圖4.18是一個三相反應式步進電動機結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出，它分成轉(zhuǎn)子和定子兩部分。定子是由硅鋼片疊成的，每相有一對磁極(N、S極)，每個磁極的內(nèi)表面都分布著多個小齒，它們大小相同，間距相同。該定子上共有3對磁極。每對磁極都纏有同一繞組，也即形成一相，這樣3對磁極有3個繞組，形成三相?？梢缘贸?，四相步進電動機有4對磁極、4相繞組；五相步進電動機有5對磁極、5相繞組；依此類推。轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，其外表面也均勻分布著小齒，這些小齒與定子磁極上的小齒的齒距相同，形狀相似37步進電機的工作原理1⑴反應式步進電機的結(jié)構(gòu)37圖4.18三相反應式步進電機結(jié)構(gòu)38圖4.18三相反應式步進電機結(jié)構(gòu)38⑵反應式步進電機的工作原理步進電機的工作就是步進轉(zhuǎn)動。在一般的步進電機工作中，其電源都是采用單極性的直流電源。要使步進電機轉(zhuǎn)動，就必須對步進電機定子的各相繞組以適當?shù)臅r序進行通電。步進電機的步進過程可以用圖4.19來說明。圖4.19是一個三相反應式步進電機，其定子的每相都有一對磁極。每個磁極都只有一個齒，即磁極本身，故三相步進電機有三對磁極共6個齒；其轉(zhuǎn)子有4個齒，分別稱為0、l、2、3齒。直流電源U通過開關(guān)A、B、C分別對步進電機的A、B、C相繞組輪流通電。39⑵反應式步進電機的工作原理39圖4.19步進電機的工作原理分析圖40圖4.19步進電機的工作原理分析圖40對于一個步進電機，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z，它的齒距角為而步進電機運行N拍可使轉(zhuǎn)子一個齒距位置。實際上，步進電機每一拍就執(zhí)行一次步進，所以步進電機的步距角其中：N是步進電機工作拍數(shù)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。41對于一個步進電機，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z，它的齒距角為而步進步進電機的工作方式2

步進電機有三相、四相、五相、六相等多種，為了分析方便，我們?nèi)砸匀嗖竭M電機為例進行分析和討論。步進電機可工作于單相通電方式。也可工作于雙相通電方式或單相、雙相交叉通電方式。選用不同的工作方式，可使步進電機具有不同的工作性能，如減小步距，提高定位精度和工作穩(wěn)定性等。42步進電機的工作方式2步進電機有三相、四相、五相、對于三相步進電機則有單拍（簡稱單三拍）方式、雙相三拍（簡稱雙三拍）方式、三相六拍方式。⑴單三拍工作方式，通電順序為A→B→C→A⑵雙三拍工作方式，通電順序為AB→BC→CA→AB⑶三相六拍工作方式，通電順序為A→AB→B→BC→C→CA→A如果按上述三種通電方式和通電順序進行通電，則步進電機正向轉(zhuǎn)動。反之，如果通電方向與上述順序相反，則步進電機反向轉(zhuǎn)動。43對于三相步進電機則有單拍（簡稱單三拍）方式、雙相三拍（簡稱雙步進電機控制接口及輸出字表3

常規(guī)的步進電機控制電路主要由脈沖分配器和驅(qū)動電路組成。采用微機控制，主要取代脈沖分配器，而給步進電機提供驅(qū)動電源的驅(qū)動電路是必不可省的，同時用微機實現(xiàn)對步進電機的走步數(shù)、轉(zhuǎn)向以及速度控制等。⑴步進電機控制接口假定微機同時控制x軸和y袖兩臺三相步進電機?？刂平涌谌鐖D4.20所示。此接口電路可選用可編程并行接口芯片8255，8255PA口的PA0、PA1、PA2控制x軸三相步進電機。8255PB口的PB0、PB1、PB2控制y抽三相步進電機。只要確定了步進電機的工作方式，就可以控制各相繞組的通電順序，實現(xiàn)步進電機正反轉(zhuǎn)。44步進電機控制接口及輸出字表3常規(guī)的步進電機控制電路主要圖4.20兩臺三相步進電機控制接口示意圖45圖4.20兩臺三相步進電機控制接口示意圖45

⑵步進電機輸出字表在圖4.20所示的步進電機控制接口電路中，選定由PA0、PA1、FA2通過驅(qū)動電路來控制x軸步進電機,由PB0、PB1、PB2通過驅(qū)動電路來控制y軸步進電機，并假定數(shù)據(jù)輸出為”1”時，相應的繞組通電；為“0”時，相應的繞組斷電。下面以三相六拍控制方式為列確定步進電機控制的輸出字。當步進電機的相數(shù)和控制方式確定之后，PA0-PA2和PB0-PB2輸出數(shù)據(jù)變化的規(guī)律就確定了，這種輸出數(shù)據(jù)變化規(guī)律可用輸出字來描述。為了便于尋找，輸出字以表的形式放在計算機指定的存儲區(qū)域。表4.6給出了三相六拍控制方式的輸出字表。

46⑵步進電機輸出字表46⑵步進電機輸出字表47⑵步進電機輸出字表47步進電機控制程序4若用ADX和ADY分別表示x軸和y軸步進輸出字表的取數(shù)地址指針，且仍用ZF=1、2、3、4分別表示—X、+X、—y、+y、走步方向，則可用圖4.1表示步進電機走步控制程序流程。若將走步控制程序和插補計算程序結(jié)合起來，并修改程序的初始化和循環(huán)控制判等內(nèi)容，便可很好地實現(xiàn)xoy坐標平面的數(shù)字程序控制，為機床的自動控制提供了有力的手段。48步進電機控制程序4若用ADX和ADY分別表示x軸和y軸步進輸4949第4章順序控制與數(shù)字控制技術(shù)走信息路讀北郵書4.1順序控制技術(shù)4.2數(shù)字程序控制技術(shù)50第4章順序控制與數(shù)字控制技術(shù)走信息路讀北郵書4順序控制技術(shù)4.14.1.2順序控制系統(tǒng)的組成4.1.1順序控制概述4.1.3微機順序控制系統(tǒng)應用案例51順序控制技術(shù)4.14.1.2順序控制系統(tǒng)的組成4.1.1數(shù)字程序控制技術(shù)4.24.2.2逐步比較法插補原理4.2.1

數(shù)字程序控制基礎4.2.3步進電機控制技術(shù)52數(shù)字程序控制技術(shù)4.24.2.2逐步比較法插補原理4.2順序控制概述4.1.1

順序控制是指以預先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預先規(guī)定好的動作次序，對控制過程各階段順序地進行自動化。順序控制原理：根據(jù)應用的場合和工藝要求，劃分各種不同的工步，然后按預先規(guī)定好的“時間”或“條件”，按次序完成各工步的動作并保證各工步動作所需要的持續(xù)時間。順序控制概念153順序控制概述4.1.1順序控制是指以預先規(guī)定好的時間例4.1冷加工自動線中鉆孔動力頭鉆孔過程的順序控制原理圖工進YA2快進YA1快退YA3動力頭54例4.1冷加工自動線中鉆孔動力頭鉆孔過程的順序控制原理圖工1)動力頭在起始位置(行程開關(guān)SQ1受壓)，按啟動開關(guān)按鈕SB1后，電磁閥YAl通電，動力頭快進；2)快進到位時壓下行程開關(guān)SQ2，使電磁閥YA2通電(YAl保持通電)，動力頭由快進轉(zhuǎn)工進(鉆孔)，即一邊加工一邊進給；3)工進到位時壓下行程開關(guān)SQ3，使YAl、YA2斷電，開始定時延遲，動力頭原地鏇削(精鏜)；4)延遲時間到，YA3通電，動力頭快退；5)動力頭退回到原位，行程開關(guān)SQ1又受壓，YA3斷電，動力頭停止。551)動力頭在起始位置(行程開關(guān)SQ1受壓)，按啟動開關(guān)按鈕S例4.2機械手。下限位開關(guān)。。左限位開關(guān)上限位開關(guān)。右限位開關(guān)夾緊放松原點。上限位開關(guān)。終點。下限位開關(guān)。圖4.2機械手取放動作工件示意圖56例4.2機械手。下限位開關(guān)。。左限位開關(guān)上限位開關(guān)。右順序控制系統(tǒng)的分類2按順序執(zhí)行的繼電—接觸器控制系統(tǒng)半導體邏輯順序控制系統(tǒng)可編程順序控制器系統(tǒng)微機順序控制系統(tǒng)57順序控制系統(tǒng)的分類28順序控制系統(tǒng)的特點3，

順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號以開關(guān)量信號為主邏輯關(guān)系復雜控制程序客觀可靠性要求高58順序控制系統(tǒng)的特點3，順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號以開關(guān)量順序控制系統(tǒng)的組成4.1.2

典型的微機順序控制系統(tǒng)是由系統(tǒng)控制器、信號檢測、執(zhí)行機構(gòu)及被控對象等組成

操作臺報警顯示被控對象控制計算機信號檢測輸入電路輸入接口執(zhí)行機構(gòu)輸出電路輸出接口圖4.3典型微機順序控制系統(tǒng)組成框圖59順序控制系統(tǒng)的組成4.1.2典型的微機順序控制系統(tǒng)是微機順序控制系統(tǒng)應用案例4.1.3

以鉆孔動力頭的順序控制為例鉆孔動力頭在一個工作循環(huán)中有快進、工進、工進延時、快退和停止5個工作狀態(tài)。從前一個工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入下一個工作狀態(tài)，是根據(jù)來自現(xiàn)場的輸入信號的邏輯判斷，現(xiàn)場輸入信號有起動按鈕SBl、原位開關(guān)SQl、行程開關(guān)SQ2和SQ3及延時信號，這些電器觸點的通斷，通過輸入電路變換為電平信號送到輸入接口的輸入端，CPU按一定的邏輯順序讀取這些信號，并逐一判斷是否滿足各工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。若滿足，則發(fā)出相應的轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的控制信號。輸出控制信號通過輸出接口經(jīng)過輸出電路驅(qū)動相應的電磁閥吸合或釋放，從而改變液壓油路的狀態(tài)，使動力頭轉(zhuǎn)換為新的工作狀態(tài)。若不滿足，則等待(當cpu只控制一臺動力頭時)或跳過，轉(zhuǎn)向詢問另一臺動力頭(當CPU控制多臺動力頭時)。60微機順序控制系統(tǒng)應用案例4.1.3以鉆孔動力頭的順序硬件框圖161硬件框圖112控制程序流程圖及控制程序262控制程序流程圖及控制程序213START：MOVA，P1；讀入現(xiàn)場信號ANLA，#0FCHCJNEA，#03H，START；SQl、SBl＝1？STEP1：SETBP1.5；是，動力頭快進MOVA，P1；讀入現(xiàn)場信號ANLA，#04HQNEA，#04H，STEPl；判斷SQ2＝1？STEP2：SETBA，P1.6；是，轉(zhuǎn)入工進MOVA，Pl；讀人現(xiàn)場信號ANLA，#08HCJNEA，#08H，STEP2；判斷SQ3＝1？CAlLDELAY；是，延時停留SETP3：MOVA，#80HMOVP1，A；YA3＝l，Yal，YA2＝0MOVA，P1ANLA，#02HCJNEA，#02H，SETP3；判斷SQ3＝1？CLRP1.7；是，YA3＝0AJMPSTART；返回，轉(zhuǎn)下次循環(huán)

63START：MOVA，P1；讀入現(xiàn)場信號14數(shù)字程序控制基礎4.2.1⑴曲線分割⑵插補計算根據(jù)給定的各曲線段的起點、終點坐標，確定各坐標值之間的中間值的數(shù)值計算方法稱為插值或插補。常用的插補形式有直線插補和二次曲線插補兩種形式。⑶脈沖分配數(shù)字程序控制的基本原理1

圖4.6曲線分段64數(shù)字程序控制基礎4.2.1⑴曲線分割數(shù)字程序控制的基本原理數(shù)字程序控制方式2⑴按控制對象的運動軌跡分類:①點位控制②直線切削控制③和輪廓切削控制65數(shù)字程序控制方式2⑴按控制對象的運動軌跡分類:16⑵根據(jù)有無檢測反饋元件分類①閉環(huán)數(shù)字程序控制66⑵根據(jù)有無檢測反饋元件分類17②開環(huán)數(shù)字程序控制

67②開環(huán)數(shù)字程序控制18逐點比較法插補原理4.2.2

逐點比較法插補原理：每當畫筆或刀具向某一方向移動一步，就進行一次偏差計算和偏差判別，也就是到達新的點位置和理想線型上對應點的理想位置坐標之間的偏離程度，然后根據(jù)偏差的大小確定下一步的移動方向，使畫筆或刀具始終緊靠理想線型運動，起到步步逼近的效果。由于采用的是“一點一比較，一步步逼近”方法，因此稱為逐點比較法。是以直線或折線(階梯狀的)來逼近直線或圓弧等曲線的，它與給定軌跡之間的最大誤差為一個脈沖當量只要把運動步距取得足夠小，便可精確地跟隨給定軌跡，以達到精度的要求68逐點比較法插補原理4.2.2逐點比較法⑴第一像限內(nèi)的直線插補①偏差計算公式

逐點比較法直線插補1②進給與偏差計算

69⑴第一像限內(nèi)的直線插補逐點比較法直線插補1②進給與偏差計算表明m點在直線段OA上或OA上方，應沿+x方向走一步至m+1，該點的坐標值為當

該點的偏差為：表明m點在直線段OA下方，為逼近給定曲線，應沿+y方向走一步至m+1，該點的坐標值為當

70表明m點在直線段OA上或OA上方，應沿+x方向走一步該點的偏差為：⑵終點判別方法每走一步比較一次直至兩者相等為止；取終點坐標中的較大者作為終點判別的依據(jù)；用一個終點判別計數(shù)器，存放兩個坐標的總步數(shù)；71該點的偏差為：⑵終點判別方法22⑶第一象限直線插補計算流程①偏差判別，判斷上一步進給后的偏差值F≥0還是F<0；②坐標進給，根據(jù)偏差判別的結(jié)果和所在象限決定在哪個方向上進給一步；③偏差計算，計算出進給一步后的新偏差值，作為下一步進給的判別依據(jù)。④終點判別，終點判別計數(shù)器減1，判斷是否到達終點72⑶第一象限直線插補計算流程237324例4.4設給定的加工軌跡為第一象限的直線OP，起點為坐標原點，終點坐標A（xe，ye），其值為(5，4)，試進行插補計算并作出走步軌跡圖。74例4.4設給定的加工軌跡為第一象限的直線OP，起點為坐標原⑷四個象限的直線插補75⑷四個象限的直線插補26設A1、A2、A3、A4分別表示第一、第二、第三、第四象限的四種線型。它們的加工起點均從坐標原點開始。凡F≥0時，向x方向進給，在第一、四象限向+x方向進給；在第二、三象限，向-x方向進給；凡F<0時，向y方向進給，在第一、二象限向+y方向進給；在第三、四象限，向-y方向進給。不管是哪個象限，都采用與第一象限相同的偏差計算公式，只是式中的終點坐標值均取絕對值。76設A1、A2、A3、A4分別表示第一、第二、第三、第四象限的偏差判別F≥0F<0進給A1+Δx+ΔyA2-Δx+ΔyA3-Δx-ΔyA4+Δx-Δy偏差計算F′=F-|ye|F′=F+|xe|表4.2四象限的進給脈沖和偏差計算77F≥0F<0進給A1+Δx+ΔyA2-Δx+ΔyA3-Δx-逐點比較法圓弧插補2⑴第一象限圓弧插補計算原理①偏差判別偏差值F=x2+y2－R2當P點位于圓弧上時，F(xiàn)=0②進給P點在圓弧外時，F(xiàn)>0，向圓外(-x方向)進給一步。P點在圓弧內(nèi)時，F(xiàn)<0，向圓外(+y方向)進給一步。P點在圓弧上時，F(xiàn)=0，規(guī)定按F>0處理。圖4.13逐點比較法圓弧插補78逐點比較法圓弧插補2⑴第一象限圓弧插補計算原理圖4.13逐③偏差計算④終點判別設P點在圓外，F(xiàn)>0，

F=(x－1)2+y2－R2=x2－2x+l+y2－R2

=（x2+y2－R2）－2x+l=F－2x+1若P點在圓內(nèi)，F(xiàn)<0，F(xiàn)=x2+(y+1)2－R2=x2+y2+2y+l－R2

=(x2+y2－R2)+2y+l=F+2y+l總步數(shù)作為計數(shù)長度值，長度計數(shù)器的初值為Nxy=|xe－x0|+|ye－y0|每個坐標方向設一個計數(shù)器79③偏差計算④終點判別設P點在圓外，F(xiàn)>0，總步數(shù)作為計8031例4.6假設加工第一象限逆圓弧AB，起點A的坐標值為x0=4，y0=3，終點B的坐標值為xe=0，ye=5。試進行插補計算并作出走步軌跡圖。

圖4.15圓弧插補走步軌跡圖81例4.6圖4.15圓弧插補走步軌跡圖32（2）四象限的圓弧插補原理第二象限順圓的偏差計算公式若F≥0時，下一步應沿+x方向進給一步，新的加工點坐標將是(x+1，y)，可求出新的偏差為F＇＝F+2x+1若F<0時，下一步應沿+y方向進給一步，新的加工點坐標將是(x，y+1)，可求出新的偏差為F＇＝F+2y+1圖4.16第二象限的順圓82（2）四象限的圓弧插補原理圖4.16第二象限的順圓33在圓弧插補中，沿對稱軸的進給方向相同，沿非對稱軸的進給方向相反，其次，所有對稱圓弧的偏差計算公式，只要取起點坐標的絕對值，就與第一象限中NRl或SRl的偏差計算公式相同

圖4.17四個象限中圓弧的對稱性（a）（b）83在圓弧插補中，沿對稱軸的進給方向相同，沿非對稱軸的進給方向相圓弧類型F≥0時的進給F<0時的進給計算公式SR1-Δy+Δx當F≥0時，計算F′＝F－2yi＋1和yi=yi′－1SR2+Δy-ΔxNR3-Δy+Δx當F<0時，計算F′＝F＋2xi＋1和xi′＝xi＋1NR4+Δy-ΔxNR1-Δx+Δy當F≥0時，計算F′＝F－2xi＋1和xi′＝xi－1NR2+Δx-ΔySR3+Δx+Δy當F<0時，計算F′＝F＋2yi＋1和yi=yi′＋1SR4-Δx-Δy表4.5八種圓弧插補的計算公式和進給方向84F≥0時的進給F<0時的進給計算公式SR1-Δy+Δx當F≥步進電機控制技術(shù)4.2.3

步進電機是一種能將電脈沖信號直接轉(zhuǎn)變成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移量的執(zhí)行元件。其速度與脈沖頻率成正比，可通過改變脈沖頻率在較寬范圍內(nèi)調(diào)速。由于其輸入為電脈沖，因而易與微型計算機或其它數(shù)字元器件接口，適用于數(shù)字控制系統(tǒng)。它作為數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，廣泛應用于自動控制和精密儀器等領域。按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理分:反應式、永磁式、混合式三類。

85步進電機控制技術(shù)4.2.3步進電機是一種能將電脈沖步進電機的工作原理1⑴反應式步進電機的結(jié)構(gòu)圖4.18是一個三相反應式步進電動機結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出，它分成轉(zhuǎn)子和定子兩部分。定子是由硅鋼片疊成的，每相有一對磁極(N、S極)，每個磁極的內(nèi)表面都分布著多個小齒，它們大小相同，間距相同。該定子上共有3對磁極。每對磁極都纏有同一繞組，也即形成一相，這樣3對磁極有3個繞組，形成三相。可以得出，四相步進電動機有4對磁極、4相繞組；五相步進電動機有5對磁極、5相繞組；依此類推。轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，其外表面也均勻分布著小齒，這些小齒與定子磁極上的小齒的齒距相同，形狀相似86步進電機的工作原理1⑴反應式步進電機的結(jié)構(gòu)37圖4.18三相反應式步進電機結(jié)構(gòu)87圖4.18三相反應式步進電機結(jié)構(gòu)38⑵反應式步進電機的工作原理步進電機的工作就是步進轉(zhuǎn)動。在一般的步進電機工作中，其電源都是采用單極性的直流電源。要使步進電機轉(zhuǎn)動，就必須對步進電機定子的各相繞組以適當?shù)臅r序進行通電。步進電機的步進過程可以用圖4.19來說明。圖4.19是一個三相反應式步進電機，其定子的每相都有一對磁極。每個磁極都只有一個齒，即磁極本身，故三相步進電機有三對磁極共6個齒；其轉(zhuǎn)子有4個齒，分別稱為0、l、2、3齒。直流電源U通過開關(guān)A、B、C分別對步進電機的A、B、C相繞組輪流通電。88⑵反