第3章數(shù)字控制技術(shù)3.1數(shù)字控制基礎(chǔ)3.2運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)原理3.3進(jìn)給速度與加減速控制3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制與位置伺服系統(tǒng)3.5多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

數(shù)字控制（NumericalControl，NC）是近代發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制技術(shù)，利用數(shù)字化信號對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行自動(dòng)控制，如銑床、車床、加工中心、線切割機(jī)以及焊接機(jī)、氣割機(jī)等自動(dòng)控制系統(tǒng)中。

裝有數(shù)字程序控制系統(tǒng)的機(jī)床叫做數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床具有能加工形狀復(fù)雜的零件、加工精度高、生產(chǎn)效率高、便于改變加工零件品種等許多特點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化的重要發(fā)展方向。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)柔性制造（FlexibleManufacturing，F(xiàn)M）和計(jì)算機(jī)集成制造（ComputerIntegratedManufacturing，CIM）的最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一。數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。直接影響到一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國力，關(guān)系到一個(gè)國家的戰(zhàn)略地位。數(shù)控機(jī)床由機(jī)床本體和數(shù)控伺服系統(tǒng)構(gòu)成。伺服系統(tǒng)是以機(jī)械位移為直接控制目標(biāo)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)床的性能。跟蹤速度，定位精度等重要的指標(biāo)都取決于伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能指標(biāo)。3.1.1數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況

數(shù)字控制（NumericalControl-NC）所謂數(shù)字控制，就是生產(chǎn)機(jī)械(如各種加工機(jī)床)根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號，按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)速度(加速度)等規(guī)律,自動(dòng)完成工作的控制方式。

3.1.1數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況

世界上第一臺數(shù)控機(jī)床是1952年美國麻省理工學(xué)院(MIT)伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出來的，當(dāng)時(shí)的主要?jiǎng)訖C(jī)是為了滿足高精度和高效率加工復(fù)雜零件的需要。數(shù)控機(jī)床則很容易地實(shí)現(xiàn)二維和三維輪廓零件的加工。早期的數(shù)控(NumericalControl-NC)是以數(shù)字電路技術(shù)為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)的，70年代初期在數(shù)控系統(tǒng)中用計(jì)算機(jī)代替控制裝置，從而誕生了計(jì)算機(jī)數(shù)控(ComputerNumericalControl，CNC)。3.1.1數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況

特征階段年代典型應(yīng)用工藝方法數(shù)控功能驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)研究開發(fā)1952～l969數(shù)控車床、銑床鉆、銑床簡單工藝NC控制3軸以下步進(jìn)、液壓電機(jī)推廣應(yīng)用l970～l985加工中心、電加工、鍛壓多種工藝方法CNC控制、刀具自動(dòng)交換、五軸聯(lián)動(dòng)、較好的人機(jī)界面直流伺服電機(jī)系統(tǒng)化l982柔性制造單元(FMU)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)復(fù)合設(shè)計(jì)加工友好的人機(jī)界面交流伺服電機(jī)高性能集成化l990至今計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)、無人化工廠復(fù)合設(shè)計(jì)加工多過程、多任務(wù)調(diào)度、模板化和復(fù)合化、智能化直線驅(qū)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)一般由數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、可編程控制器和檢測裝置等。各部分的作用如下：數(shù)控裝置：能接收零件圖紙加工要求的信息，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)時(shí)地向各坐標(biāo)軸發(fā)出速度控制指令。（數(shù)控裝置包括輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補(bǔ)器等四大部分組成，這些功能都由計(jì)算機(jī)來完成）驅(qū)動(dòng)裝置：能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能提供足夠的功率和扭矩。調(diào)節(jié)控制：是數(shù)控裝置發(fā)出運(yùn)動(dòng)的指令信號，驅(qū)動(dòng)裝置快速響應(yīng)跟蹤指令信號。檢測裝置：將坐標(biāo)的實(shí)際值檢測出來，反饋給數(shù)控裝置的調(diào)節(jié)電路中的比較器，有差值就發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制信號，從而實(shí)現(xiàn)偏差控制。3.1.1數(shù)控技術(shù)發(fā)展概況

以計(jì)算機(jī)繪圖為例，來說明數(shù)字程序控制的基本原理。如圖所示，構(gòu)建了x，y坐標(biāo)系。3.1.2數(shù)字控制原理(1)將圖3-1所示的曲線分割成若干段，可以是直線段，也可以是曲線段，圖中分割成了三段，即

然后把a(bǔ)、b、c、d四點(diǎn)坐標(biāo)記下來并送給計(jì)算局。圖形分割的原則應(yīng)保證線段所連的曲線(或折線)與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi)。由圖可見，顯然采用

要比采用

要精確的多。xyabcd當(dāng)給定a、b、c、d各點(diǎn)坐標(biāo)x和y值之后，如何確定各坐標(biāo)值之間的中間值?3.1.2數(shù)字控制原理（2）求得這些中間值的數(shù)值計(jì)算方法稱為插值或插補(bǔ)。插補(bǔ)計(jì)算的宗旨是通過給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，而這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值是以一定的精度逼近給定的線段。從理論上講，插補(bǔ)的形式可用任意函數(shù)形式，但為了簡化插補(bǔ)運(yùn)算過程和加快插補(bǔ)速度，常用的是直線插補(bǔ)和二次曲線插補(bǔ)兩種形式。所謂直線插補(bǔ)是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來逼近，也就是由此定出中間點(diǎn)連接起來的折線近似于一條直線，并不是真正的直線。所謂二次曲線插補(bǔ)是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來逼近，也就是實(shí)際的中間點(diǎn)連線是一條近似于曲線的折線弧。常用的二次曲線有圓弧、拋物線和雙曲線等。（3）把插補(bǔ)運(yùn)算過程中定出的各中間點(diǎn)，以脈沖信號形式去控制x、y方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形或加工出所要求的輪廓來。這里的每一個(gè)脈沖信號代表步進(jìn)電機(jī)走一步，即繪圖筆或刀具在x或y方向移動(dòng)一個(gè)位置。我們把對應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對位置稱為脈沖當(dāng)量，又稱為步長，常用Δx和Δy來表示，并且總是取Δx＝Δy。x方向和y方向應(yīng)移動(dòng)的總步數(shù)3.1.2數(shù)字控制原理

插補(bǔ)運(yùn)算就是如何分配x和y方向上的脈沖數(shù)，使實(shí)際的中間點(diǎn)軌跡盡可能地逼近理想軌跡。實(shí)際的中間點(diǎn)連接線是一條由Δx和Δy的增量值組成的折線，只是由于實(shí)際的Δx和Δy的值很小，眼睛分辨不出來，看起來似乎和直線一樣而已。實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)和二次曲線插補(bǔ)的方法有很多，常見的有逐點(diǎn)比較法(又稱富士通法或醉步法)、數(shù)字積分法(又稱數(shù)字微分分析器-DDA法)、數(shù)字脈沖乘法器(又稱MIT法，由麻省理工學(xué)院首先使用)等，其中又以逐點(diǎn)比較法使用最廣。3.1.3數(shù)字控制方式1.點(diǎn)位控制只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，但是路徑、移動(dòng)的速度、方向趨近都無規(guī)定，在移動(dòng)過程中不做任何加工。這類控制用于孔加工機(jī)床，如鉆床、鏜床、沖床等。

2.直線控制主要是控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，不過還要求刀具相對于工件平行某一直角坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行切削加工。這類控制用于銑床、車床、磨床、加工中心等。3.輪廓控制能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不斷地運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過程中將工件加工成某一形狀。這類控制用于銑床、車床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。

點(diǎn)位控制最簡單，因?yàn)樗倪\(yùn)動(dòng)軌跡沒有特殊要求，運(yùn)動(dòng)時(shí)又不加工，所以它的控制電路只要具有記憶(記下刀具應(yīng)走的移動(dòng)量和已走過的移動(dòng)量)和比較(將所記憶的兩個(gè)移動(dòng)量進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)數(shù)值的差為零時(shí)，刀具立即停止)的功能即可，根本不需要插補(bǔ)計(jì)算。與點(diǎn)位控制相比，由于直線切削控制進(jìn)行直線加工，其控制電路要復(fù)雜一些。輪廓切削控制要控制刀具準(zhǔn)確地完成復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，所以控制電路復(fù)雜，且需要進(jìn)行一系列的插補(bǔ)計(jì)算和判斷。三種方式比較：3.1.4數(shù)字控制系統(tǒng)1.開環(huán)數(shù)字控制2.閉環(huán)數(shù)字控制1.開環(huán)數(shù)字控制沒有反饋檢測元件，工作臺由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)接收步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)來的指令脈沖作相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，把刀具移動(dòng)到與指令脈沖相當(dāng)?shù)奈恢茫劣诘毒呤欠竦竭_(dá)了指令脈沖規(guī)定的位置，那是不受任何檢查的，因此這種控制的可靠性和精度基本上由步進(jìn)電機(jī)和傳動(dòng)裝置來決定。1.開環(huán)數(shù)字控制開環(huán)數(shù)字控制結(jié)構(gòu)簡單，因此可靠性高、成本低、易于調(diào)整和維護(hù)等，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。由于采用了步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，使得系統(tǒng)的可控性變得更加靈活，更易于實(shí)現(xiàn)各種插補(bǔ)運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)軌跡控制。本章主要是討論開環(huán)數(shù)字程序控制技術(shù)。2.閉環(huán)數(shù)字控制

執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用直流電機(jī)（小慣量伺服電機(jī)和寬調(diào)速力矩電機(jī)）作為驅(qū)動(dòng)元件，反饋測量元件采用光電編碼器（碼盤）、光柵、感應(yīng)同步器等，該控制方式主要用于大型精密加工機(jī)床，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于調(diào)整和維護(hù)，一些常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)很少采用。2.閉環(huán)數(shù)字控制將測量元件從工作臺移動(dòng)到伺服電機(jī)的軸端，這就構(gòu)成了半閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖3-4(b)所示。這樣構(gòu)成的系統(tǒng)，工作臺不在控制環(huán)內(nèi)，克服了由于工作臺的某些機(jī)械環(huán)節(jié)的特性引起的參數(shù)變動(dòng)，容易獲得穩(wěn)定的控制特性，廣泛應(yīng)用于連續(xù)控制的數(shù)控機(jī)床上。3.1.5數(shù)控系統(tǒng)的分類1.傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)又稱為硬件式數(shù)控，零件程序的輸入、運(yùn)算、插補(bǔ)及控制功能均由專用硬件來完成，這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)，其功能簡單、柔性通用性差、設(shè)計(jì)研發(fā)周期長。3.1.5數(shù)控系統(tǒng)的分類2.開放式數(shù)控系統(tǒng)（1）“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)

這是一類基于傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的半開放式數(shù)控系統(tǒng)。這一類數(shù)控系統(tǒng)是在不改變原系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在傳統(tǒng)的非開放式的NC上插入一塊專門開發(fā)的個(gè)人計(jì)算機(jī)模板，使得傳統(tǒng)的NC帶有計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。

該系統(tǒng)借助了PC機(jī)豐富的軟、硬件資源和多媒體部件，把PC和NC聯(lián)系在一起，它既具有原數(shù)控系統(tǒng)工作可靠的特點(diǎn)，同時(shí)它的界面又比原來的數(shù)控系統(tǒng)開放，大大提高了人機(jī)界面的功能，使數(shù)控系統(tǒng)的功能得以完美體現(xiàn)，而且使用更加方便。3.1.5數(shù)控系統(tǒng)的分類（2）NC嵌入PC結(jié)構(gòu)式數(shù)控系統(tǒng)

這種數(shù)控系統(tǒng)以PC機(jī)作為系統(tǒng)的核心，由PC機(jī)和開放式的運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)成。

所謂的開放式運(yùn)動(dòng)控制卡，就是一個(gè)可以單獨(dú)使用的數(shù)控系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制能力，它還具有開放的函數(shù)庫可供用戶進(jìn)行自主開發(fā)，以構(gòu)造自己所需要的數(shù)控系統(tǒng)。

這類數(shù)控系統(tǒng)具有可靠性高、功能強(qiáng)、性能好，操作簡單方便，開發(fā)周期短，成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且適合各種類型數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)，因而這種數(shù)控系統(tǒng)目前被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制各個(gè)領(lǐng)域。3.1.5數(shù)控系統(tǒng)的分類（3）SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)

這是一種最新開放體系的數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶最大的選擇和靈活性。它的CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。用戶可以在Windows平臺上，利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需要的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)。SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比，因而更具有生命力。3.1.5數(shù)控系統(tǒng)的分類3.網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年數(shù)控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新亮點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已成為必然的趨勢，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間也只是個(gè)時(shí)間的問題了。對于現(xiàn)代制造工廠來說，一是要提高數(shù)控機(jī)床的擁有率，二是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間的通訊。數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的RS-232接口外，還備有以太網(wǎng)接口，為數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。目前數(shù)控的網(wǎng)絡(luò)化主要采用以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線的方式，隨著無線技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在不久的將來可能會(huì)無處不在。3.2運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)原理在CNC數(shù)控機(jī)床上，各種曲線輪廓加工都是通過插補(bǔ)計(jì)算實(shí)現(xiàn)的，插補(bǔ)計(jì)算的任務(wù)就是對輪廓線的起點(diǎn)到終點(diǎn)之間再密集的計(jì)算出有限個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，刀具沿著這些坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)，用折線逼近所要加工的曲線。進(jìn)而獲得理論輪廓。而確定刀具或繪圖筆坐標(biāo)的過程就稱為插補(bǔ)。插補(bǔ)方法可以分為兩大類：脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。脈沖增量插補(bǔ)是控制單個(gè)脈沖輸出規(guī)律的插補(bǔ)方法，每輸出一個(gè)脈沖，移動(dòng)部件都要相應(yīng)的移動(dòng)一定距離，這個(gè)距離就是脈沖當(dāng)量，因此，脈沖增量插補(bǔ)也叫做行程標(biāo)量插補(bǔ)。如逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法。該插補(bǔ)方法通常用于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。3.2運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)原理

數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)，也成為數(shù)字增量插補(bǔ)，是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算出個(gè)坐標(biāo)方向的增量值、刀具所在的坐標(biāo)位置及其他一些需要的值。

這些數(shù)據(jù)嚴(yán)格的限制在一個(gè)插補(bǔ)時(shí)間內(nèi)計(jì)算完畢，送給伺服系統(tǒng)，再由伺服系統(tǒng)控制移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)部件也必須在下一個(gè)插補(bǔ)時(shí)間內(nèi)走完插補(bǔ)計(jì)算給出的行程，因此數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)也稱作時(shí)間標(biāo)量插補(bǔ)。

數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)采用數(shù)值量控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)，機(jī)床各坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)速度與插補(bǔ)運(yùn)算給出的數(shù)值量和插補(bǔ)時(shí)間有關(guān)。

該插補(bǔ)方法是用于直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)。3.2.1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)

屬于脈沖增量插補(bǔ)方法。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ):每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，看這點(diǎn)在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進(jìn)給方向。比較一次，決定下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點(diǎn)比較插補(bǔ)。加工精度:逐點(diǎn)比較法規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個(gè)脈沖當(dāng)量，因此只要把脈沖當(dāng)量（每走一步的距離即步長）取得足夠小，就可達(dá)到加工精度的要求。3.2.1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)1．第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)（1）偏差計(jì)算公式直線段OA，起點(diǎn)坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)(xe，ye)。點(diǎn)m(xm,ym)為動(dòng)點(diǎn).若點(diǎn)m在直線段OA上，則有:xm/ym＝xe/ye即ymxe-xmye＝0定義偏差判別式為:Fm＝y(tǒng)mxe-xmye

若Fm＝0，點(diǎn)m在直線段上；若Fm＞0，點(diǎn)m在直線段的上方，即點(diǎn)mˊ處；若Fm＜0，點(diǎn)m在直線段的下方，即點(diǎn)m＂處。第一象限直線逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的原理是：從直線的起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)Fm≥0時(shí)，沿＋x軸方向走一步；當(dāng)Fm＜0時(shí)，沿＋y方向走一步；當(dāng)兩方向所走的步數(shù)與終點(diǎn)坐標(biāo)(xe,ye)相等時(shí)，發(fā)出終點(diǎn)到信號，停止插補(bǔ)。推導(dǎo)簡化的偏差計(jì)算公式：①設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn)，當(dāng)Fm≥0時(shí)，表明m點(diǎn)在OA上或OA上方，應(yīng)沿＋x方向進(jìn)一步至(m＋1)點(diǎn)，該點(diǎn)的坐標(biāo)值為:xm+1=xm+1、ym+1=ym；該點(diǎn)的偏差為:Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=ymxe-(xm+1)ye=Fm-ye②設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn)，當(dāng)Fm＜0時(shí)，表明m點(diǎn)在OA下方，應(yīng)向＋y方向進(jìn)給一步至(m+1)點(diǎn)，該點(diǎn)的坐標(biāo)值為xm+1=xm、ym+1=ym+1;該點(diǎn)的偏差為:Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=(ym+1)xe-xmye=Fm+xe

簡化后偏差計(jì)算公式中只有一次加法或減法運(yùn)算，新的加工點(diǎn)的偏差Fm+1都可以由前一點(diǎn)偏差Fm和終點(diǎn)坐標(biāo)相加或相減得到特別要注意，起點(diǎn)的偏差是已知的，即F0＝0。(2)終點(diǎn)判斷方法①設(shè)置Nx和Ny兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器，在加工開始前，在Nx和Ny計(jì)數(shù)器中分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)值xe和ye，在x坐標(biāo)（或y坐標(biāo)）進(jìn)給一步時(shí)，就在Nx計(jì)數(shù)器（或Ny計(jì)數(shù)器）中減去1，直到這兩個(gè)計(jì)數(shù)器中的數(shù)都減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)。②用一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，寄存x和y兩個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)Nxy，x或y坐標(biāo)進(jìn)給一步，Nxy就減1，若Nxy＝0，則就達(dá)到終點(diǎn)。(3)插補(bǔ)計(jì)算過程四個(gè)步驟的插補(bǔ)計(jì)算過程，即①偏差判別②坐標(biāo)進(jìn)給③偏差計(jì)算④終點(diǎn)判斷2.四個(gè)象限的直線插補(bǔ)

偏差

1象限

2象限

3象限

4象限

偏差公式

Fm≥0

+x

-x

-x

+xFm=Fm-ye

Fm<0

+y

+y

-y

-y

Fm=Fm+xe圖3-6偏差符號與進(jìn)給方向的關(guān)系xy0A1(xe,ye)A2(-xe,ye)A3(-xe,-ye)A4(xe,-ye)F≥0F<0-x-yF<0F≥0F≥0F≥0F<0F<03.直線插補(bǔ)運(yùn)算的程序?qū)崿F(xiàn)(1)數(shù)據(jù)的輸入及存放開辟六個(gè)單元XE、YE、NXY、FM、XOY和ZF，分別存放終點(diǎn)橫坐標(biāo)xe、終點(diǎn)縱坐標(biāo)ye、總步數(shù)Nxy、加工點(diǎn)偏差Fm、直線所在象限值xoy和走步方向標(biāo)志。其中：Nxy=Nx+Ny,xoy等于1、2、3、4分別代表第一、第二、第三、第四象限，F(xiàn)m的初值為F0＝0，ZF＝1、2、3、4分別代表+x、-x、+y、-y走步方向。

(2)直線插補(bǔ)計(jì)算的程序流程〔例3.1〕設(shè)加工第一象限直線OA，起點(diǎn)為O(0，0)，終點(diǎn)坐標(biāo)為A(6，4)，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖?！步狻匙鴺?biāo)進(jìn)給的總步數(shù)Nxy=|6-0|+|4-0|=10,xe=6,ye=4,F0=0,xoy=1.步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判斷起點(diǎn)F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=-4Nxy=92F1<0+yF2=F1+xe=2Nxy=83F2>0+xF3=F2-ye=-2Nxy=74F3<0+yF4=F3+xe=4Nxy=65F4>0+xF5=F4-ye=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=-4Nxy=47F6<0+yF7=F6+xe=2Nxy=38F7>0+xF8=F7-ye=-2Nxy=29F8<0+yF9=F8+xe=4Nxy=110F9>0+xF10=F9-ye=0Nxy=0軌跡如圖：3.2.2逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)1．第一象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ)第一象限逆圓弧逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的原理：從圓弧的起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)Fm≥0，為了逼近圓弧，下一步向-x方向進(jìn)給一步，并計(jì)算新的偏差；若Fm＜0，為了逼近圓弧，下一步向+y方向進(jìn)給一步，并計(jì)算新的偏差。如此一步步計(jì)算和一步步進(jìn)給，并在到達(dá)終點(diǎn)后停止計(jì)算，就可插補(bǔ)出圖所示的第一象限逆圓弧AB。3.2.2逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)1．第一象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ)（1）偏差計(jì)算公式

逆圓弧AB，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，圓弧的起點(diǎn)為A(x0,y0)，終點(diǎn)B(xe,ye)，圓弧半徑為R?？傻茫?/p>

Rm２=xm2+ym2R2=x02+y02

可定義偏差判別式為

Fm＝Rm２-R2=xm２+ym2-R2

若Fm=0，表明加工點(diǎn)m在圓弧上；Fm＞0，表明加工點(diǎn)在圓弧外；Fm＜0，表明加工點(diǎn)在圓弧內(nèi)。推導(dǎo)簡化的偏差計(jì)算的遞推公式：①設(shè)加工點(diǎn)正處于m(xm,ym)點(diǎn)，當(dāng)Fm≥0時(shí)，應(yīng)沿-x方向進(jìn)給一步至(m+1)點(diǎn)，其坐標(biāo)值為:

xm+1=xm-1、ym+1=ym。新的加工點(diǎn)的偏差為：Fm+1=xm+12+ym+12-R2=(xm-1)2+ym2-R2=Fm-2xm+1②設(shè)加工點(diǎn)正處于m(xm,ym)點(diǎn)，當(dāng)Fm＜0時(shí)，應(yīng)沿+y方向進(jìn)給一步至(m+1)點(diǎn)，其坐標(biāo)值為：xm+1=xm、ym+1=ym+1。

新的加工點(diǎn)偏差為：Fm+1=xm+12+ym+12-R2=xm２+(ym+1)2-R2=Fm＋2ym+1

可知，只要知道前一點(diǎn)的偏差和坐標(biāo)值，就可求出新的一點(diǎn)的偏差。因?yàn)榧庸c(diǎn)是從圓弧的起點(diǎn)開始，故起點(diǎn)的偏差F0＝0。（2）終點(diǎn)判斷方法圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判斷方法和直線插補(bǔ)相同?？蓪方向的走步步數(shù)Nx=|xe-x0|和y方向的走步步數(shù)Ny=|ye-y0|的總和Nxy作為一個(gè)計(jì)數(shù)器，每走一步，從Nxy中減1，當(dāng)Nxy=0時(shí)發(fā)出終點(diǎn)到信號。（3）插補(bǔ)計(jì)算過程圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程比直線插補(bǔ)計(jì)算過程多一個(gè)環(huán)節(jié)，即要計(jì)算加工點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)（動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)）值。圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程分為五個(gè)步驟即偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、坐標(biāo)計(jì)算、終點(diǎn)判斷。2.四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)(1)第一象限順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算順圓弧CD，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，起點(diǎn)C(x0,y0)，終點(diǎn)D(xe,ye),如圖所示。設(shè)加工點(diǎn)現(xiàn)處于m(xm,ym)點(diǎn)，若Fm≥0,則沿-y方向進(jìn)給一步，到(m+1)點(diǎn)，新加工點(diǎn)坐標(biāo)將是(xm,ym-1)，可求出新的偏差為:Fm+1=Fm-2ym+1;若Fm＜0，則沿+x方向進(jìn)給一步至(m+1)點(diǎn)，新加工點(diǎn)的坐標(biāo)將是(xm+1,ym)，同樣可求出新的偏差為:

Fm+1=Fm+2xm+1。（2）四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)

其它象限的圓弧插補(bǔ)可與第一象限的情況相比較而得出，因?yàn)槠渌笙薜乃袌A弧總是與第一象限中的逆圓弧或順圓弧互為對稱。

對于圓弧插補(bǔ)，我們要首先清楚第一步的走步方向。給出相應(yīng)偏差計(jì)算公式:

當(dāng)Fm>=0,Fm+1=Fm-2ym+1（第一、三象限）

Fm+1=Fm-2xm+1（第二、四象限）

當(dāng)Fm<0,Fm+1=Fm+2xm+1（第一、三象限）

Fm+1=Fm+2ym+1（第二、四象限）

3．圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)(1)數(shù)據(jù)的輸入及存放

開辟八個(gè)單元XO、YO、NXY、FM、RNS、XM、YM和ZF，分別存放起點(diǎn)的橫坐標(biāo)x0、起點(diǎn)的縱坐標(biāo)y0、總步數(shù)Nxy、加工點(diǎn)偏差Fm、圓弧種類值RNS、xm、ym和走步方向標(biāo)志。這里Nxy=|xe-x0|+|ye-y0|；RNS等于1、2、3、4和5、6、7、8分別代表SR1、SR2、SR3、SR4和NR1、NR2、NR3、NR4，RNS的值可由起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)的正、負(fù)符號來確定；Fm的初值為F0＝０，xm和ym的初值為x0和y0；ZF=1、2、3、4分別表示+x、-x、+y、-y走步方向。（2）圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序流程y軸指明RNS，可以選擇同樣的偏差計(jì)算公式判斷Fm的值判斷Fm的值x軸

舉例：設(shè)加工第一象限逆圓弧AB，已知起點(diǎn)的坐標(biāo)為A(4，0)，終點(diǎn)的坐標(biāo)為B(0，4)，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。

步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判斷起點(diǎn)F0=0x0=4,y0=0Nxy=81F0=0-xF1=F0-2x0+1=-7x1=x0-1=3,y1=0Nxy=72F1<0+yF2=F1+2y1+1=-6x2=3,y2=y1+1=1Nxy=63F2<0+yF3=F2+2y2+1=-3x3=3,y3=y2+1=2Nxy=54F3<0+yF4=F3+2y3+1=2x4=3,y4=y3+1=3Nxy=45F4>0-xF5=F4-2x4+1=-3x5=x4-1=2,y5=3Nxy=36F5<0+yF6=F5+2y5+1=4x6=2,y6=y5+1=4Nxy=27F6>0-xF7=F6-2x6+1=1x7=x6-1=1,y7=4Nxy=18F7>0-xF8=7-2x7+1=0x8=x7-1=0,y8=4Nxy=0

3.2.3數(shù)字積分插補(bǔ)時(shí)鐘頻率為fCy方向溢出脈沖頻率為fyx方向溢出脈沖頻率為fxJRX累加器Jx寄存器Jy寄存器JRY累加器J∑圖3-14數(shù)字積分直線插補(bǔ)框圖xOyB(xe,ye)A(x0,y0)圖3-15直線插補(bǔ)1.數(shù)字積分法的直線插補(bǔ)3.2.3數(shù)字積分插補(bǔ)1.數(shù)字積分法的直線插補(bǔ)數(shù)字積分器必須滿足下述要求才能正確工作：1）輸入的

個(gè)時(shí)鐘脈沖必須使JRX端溢出

個(gè)脈沖，JRY溢出

個(gè)脈沖。2）JRX端溢出脈沖的速度與JRY溢出脈沖的速度之比，必須等于

才能保證加工軌跡與AB線吻合。3.2.3數(shù)字積分插補(bǔ)圖3-17數(shù)字積分圓弧插補(bǔ)JiIiJAxOyB(xB,yB)A(xA,yA)IAO’(x0,y0)Pi(xi,yi)VxVY時(shí)鐘頻率為fCy方向溢出脈沖x方向溢出脈沖JRX累加器Jx寄存器Jy寄存器JRY累加器圖3-18圓弧插補(bǔ)器原理簡圖2.數(shù)字積分法的圓弧插補(bǔ)3.3進(jìn)給速度與加減速控制3.3.1進(jìn)給速度控制1.脈沖增量插補(bǔ)算法的進(jìn)給速度控制2.數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)算法的進(jìn)給速度控制3.3進(jìn)給速度與加減速控制3.3.2加減速控制插補(bǔ)器后加減速前加減速指令速度F坐標(biāo)位置X，YΔX′后加減速精插補(bǔ)ΔY′ΔYΔXF′圖3-20前后加減速示意圖3.4電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制與位置伺服系統(tǒng)3.4.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制3.4.2位置伺服系統(tǒng)脈沖比較伺服系統(tǒng)相位比較伺服系統(tǒng)幅值比較伺服系統(tǒng)3.4.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方式1.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制（1）步進(jìn)電機(jī)的工作原理數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)元件常常是步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是電機(jī)類中比較特殊的一種，它是靠脈沖來驅(qū)動(dòng)的?？坎竭M(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)的工作站或刀具總移動(dòng)步數(shù)決定于指令脈沖的總數(shù)，而刀具移動(dòng)的速度則取決于指令脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)不是連續(xù)的變化，而是跳躍的，離散的。步進(jìn)電機(jī)：脈沖電機(jī)，給一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一下。它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)模（D／A）轉(zhuǎn)換器。(1)步進(jìn)電機(jī)的工作原理1)步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)：一句話，內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成。定子：定子上有繞組，教材上這個(gè)電機(jī)是三相電機(jī)，有3對磁極，實(shí)際上步進(jìn)電機(jī)不僅有三相，還有四相、五相等等。三對磁極分別為A、B、C，通過開關(guān)輪流通電。轉(zhuǎn)子：上面帶齒。為了說明問題，這里只畫了4個(gè)齒。（其實(shí)一般有幾十個(gè)齒）2)工作原理：對于三相步進(jìn)電機(jī)的A、B、C這三個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)閉合，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，現(xiàn)在我們一塊看一下工作過程。①初始狀態(tài)時(shí)，開關(guān)A接通，則A相磁極和轉(zhuǎn)子的0、2號齒對齊，同時(shí)轉(zhuǎn)子的1、3號齒和B、C相磁極形成錯(cuò)齒狀態(tài)。這就相當(dāng)于初始化。②當(dāng)開關(guān)A斷開，B接通，由于B相繞組和轉(zhuǎn)子的1、3號齒之間的磁力線作用，產(chǎn)生一個(gè)扭矩，使得轉(zhuǎn)子的1、3號齒和B相磁極對齊，則轉(zhuǎn)子的0、2號齒就和A、C相繞組磁極形成錯(cuò)齒狀態(tài)。③開關(guān)B斷開，C接通，由于C相繞組和轉(zhuǎn)子0、2號之間的磁力線的作用，使得轉(zhuǎn)子0、2號齒和C相磁極對齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子的1、3號齒和A、B相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。④當(dāng)開關(guān)C斷開，A接通后，由于A相繞組磁極和轉(zhuǎn)子1、3號齒之間的磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子1、3號齒和A相繞組磁極對齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子的0、2號齒和B、C相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。很明顯，這時(shí)轉(zhuǎn)子移動(dòng)了一個(gè)齒距角。

如果對一相繞組通電的操作稱為一拍，那對A、B、C三相繞組輪流通電需要三拍。對A、B、C三相輪組輪流通電一次稱為一個(gè)周期。從上面分析看出，該三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距，需要三拍操作。由于按A→B→C→A相輪流通電，則磁場沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動(dòng)了360°空間角，而這時(shí)轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。在圖中，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為4，故齒距角90°，轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距也即轉(zhuǎn)動(dòng)了90°。同樣的，如果轉(zhuǎn)自由40個(gè)齒，則轉(zhuǎn)完一個(gè)周期是9°。齒踞角和步踞角：

對于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z，它的齒距角θZ為

θZ=2π／Z=360°/Z

而步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行N拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距位置。

步進(jìn)電機(jī)的步距角θ可以表示如下

θ=θZ／N=360°/(NZ)其中：N是步進(jìn)電機(jī)工作拍數(shù)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。

對于三相步進(jìn)電機(jī)，若采用三拍方式，則它的步距角是

θ=360°/(3×4)=30°

對于轉(zhuǎn)子有40個(gè)齒且采用三拍方式的步進(jìn)電機(jī)而言，其步距角是

θ=360°/(3×40)=3°步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)距：指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N-m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N-m的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的精度：步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。空載啟動(dòng)頻率：即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。步距角：就是發(fā)送一個(gè)脈沖，電機(jī)對應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。定位轉(zhuǎn)距：定位轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)不通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。運(yùn)行頻率：步進(jìn)電機(jī)能不失步運(yùn)行的最高頻率。步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)及特性解讀1.步距誤差是指空載時(shí)實(shí)測的步距角與理論的步距角之差。它反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)角位移的精度。國產(chǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距誤差一般在±10′～±30′范圍內(nèi)，精度較高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可達(dá)±2′～±5′。2.最大靜轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在某相始終通電而處于靜止不動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所能承受的最大外加轉(zhuǎn)矩，亦即所能輸出的最大電磁轉(zhuǎn)矩。它反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能力和低速步進(jìn)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載能力。3.啟動(dòng)矩頻特性是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在有外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，不失步地正常啟動(dòng)所能接受的最大階躍輸入脈沖頻率（又稱啟動(dòng)頻率）與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的對應(yīng)關(guān)系。4.啟動(dòng)慣頻特性是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)純慣性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。5.運(yùn)行矩頻特性是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入脈沖頻率的關(guān)系。選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)使實(shí)際應(yīng)用的運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的運(yùn)行工作點(diǎn)位于運(yùn)行矩頻特性之下，才能保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不失步地正常運(yùn)行。6.步進(jìn)運(yùn)行和低頻振蕩當(dāng)輸入脈沖頻率很低時(shí)，脈沖周期如大于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的過渡過程時(shí)間，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就會(huì)處于一步一停的運(yùn)行狀態(tài)，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為步進(jìn)運(yùn)行。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都有一較低的固有頻率，當(dāng)步進(jìn)運(yùn)行頻率或低速運(yùn)行頻率與該固有頻率相等或接近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)振蕩不前，這種現(xiàn)象稱為低頻振蕩。避免低頻振蕩的現(xiàn)象發(fā)生采用的方法：一種是使運(yùn)行頻率避開固有頻率，二是前一方法不允許時(shí)，可通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上的阻尼器來改變固有頻率。7.最大相電壓和最大相電流分別是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每相繞組所允許施加的最大電源電壓和流過的最大電流。(2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法

脈沖分配有兩種方式：一種是硬件脈沖分配(或稱為脈沖分配器)；另一種是軟件脈沖分配，是由計(jì)算機(jī)的軟件完成的。1）硬件脈沖分配脈沖分配器可以用門電路及邏輯電路構(gòu)成，提供符合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制指令所需的順序脈沖。市場上提供的國產(chǎn)TTL脈沖分配器有三相(YBO13)、四相(YBO14)、五相(YBO15)和六相(YBO16)等，均為18個(gè)管腳的直插式封裝。CMOS集成脈沖分配器也有不同型號，例如CH250型用來驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，封裝形式為16腳直插式這兩種脈沖分配器的工作方法基本相同，當(dāng)各個(gè)引腳連接好之后，主要通過一個(gè)脈沖輸入端控制步進(jìn)的速度，一個(gè)輸入端控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，并由與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)同數(shù)目的輸出端分別控制電動(dòng)機(jī)的各相。(2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方法脈沖分配有兩種方式：一種是硬件脈沖分配(或稱為脈沖分配器)；另一種是軟件脈沖分配，是由計(jì)算機(jī)的軟件完成的。2)軟件脈沖分配在計(jì)算機(jī)控制的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，可以采用軟件的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形脈沖分配。軟件環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)方法很多，如查表法、比較法、移位寄存器法等，它們各有特點(diǎn)。其中常用的是查表法。步進(jìn)電機(jī)可工作于單相通電方式，也可工作于雙相通電方式和單相、雙相交叉通電方式。選用不同的工作方式，可使步進(jìn)電機(jī)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。對于三相步進(jìn)電機(jī)則有單相三拍(簡稱單三拍)方式、雙相三拍(簡稱雙三拍)方式、三相六拍工作方式。(3)步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表步進(jìn)電機(jī)的控制中，要關(guān)心下列問題：①步進(jìn)電機(jī)的精度問題：步進(jìn)電機(jī)的工作精度問題；②速度調(diào)節(jié)問題：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的快慢的調(diào)節(jié)；③計(jì)算機(jī)接口問題：和計(jì)算機(jī)接口應(yīng)該注意的問題。1)步進(jìn)電機(jī)控制接口2)步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表1）步進(jìn)電機(jī)控制接口2）步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表x軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲(chǔ)地址標(biāo)號低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號高八位輸出字ADX100000001=01HADY100000001=01HADX200000011=03HADY200000011=03HADX300000010=02HADY300000010=02HADX400000110=06HADY400000110=06HADX500000100=04HADY500000100=04HADX600000101=05HADY600000101=05H(4)步進(jìn)電機(jī)控制程序1.步進(jìn)電機(jī)走步控制程序2.步進(jìn)電機(jī)速度控制程序①硬件電路；②電機(jī)類型（三相、四相等）、步踞角、最高通電頻率、最低通電頻率等等。頻率對應(yīng)的是速度。③選擇工作方式；④電機(jī)控制的調(diào)速問題。1.步進(jìn)電機(jī)走步控制程序

什么是走步程序？

用ADX和ADY分別表示x軸和y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表的取數(shù)地址指針。且用ZF=1、2、3、4分別表示+x、-x、+y、-y走步方向。

在流程圖的第一個(gè)判斷中，ZF通過對Fm的判斷來賦值。因此，這個(gè)程序還要和插補(bǔ)計(jì)算程序結(jié)合起來看。2．步進(jìn)電機(jī)速度控制程序注意兩點(diǎn)：①速度往往和輸出字的輸送的頻率有關(guān)；②調(diào)速過程總是有加速問題。內(nèi)容：①按正序或反序取輸出字可控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，輸出字更換得越快，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高；②控制延時(shí)的時(shí)間常數(shù)，即可達(dá)到調(diào)速的目的；Ti為相鄰兩次走步的時(shí)間間隔，Vi為進(jìn)給一步后速度，a為加速度。3.4.2直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制1.PWM控制原理2.單極性可逆調(diào)速系統(tǒng)3.雙極性可逆調(diào)速系統(tǒng)3.4.3交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制交流伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)理都是由定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)。不同點(diǎn)是交流永磁式伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和外加電源頻率之間存在嚴(yán)格的關(guān)系，所以電源頻率不變時(shí)，它的轉(zhuǎn)速是不變的；交流感應(yīng)式伺服電動(dòng)機(jī)由于需要轉(zhuǎn)速差才能在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)磁場，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比其同步轉(zhuǎn)速小，外加負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速差越大。旋轉(zhuǎn)磁場的同步速度由交流電的頻率來決定：頻率低，轉(zhuǎn)速低；頻率高，轉(zhuǎn)速高。因此，這兩類交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法主要是通過改變供電頻率來實(shí)現(xiàn)的

3.4.4位置伺服系統(tǒng)傳感器θmniR(t)位置、速度、電流（轉(zhuǎn)矩）控制電力電子功率變換器伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作機(jī)械本體電流傳感器速度傳感器位置傳感器C(t)控制器功率放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象圖3-32位置伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

伺服廣義上是指用來控制被控對象的某種狀態(tài)或某個(gè)過程，使其輸出量能自動(dòng)地、連續(xù)地、精確地復(fù)現(xiàn)或跟蹤輸入量的變化規(guī)律。其控制行為的主要特征表現(xiàn)為輸出“服從”輸入，輸出“跟隨”輸入，因此，伺服系統(tǒng)也叫做隨動(dòng)系統(tǒng)。圖3-32所示的伺服系統(tǒng)由以下5大部分組成：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)械、伺服電機(jī)、功率放大器、控制器和傳感器。3.5多軸運(yùn)動(dòng)控制

在現(xiàn)代機(jī)械制造中，多軸運(yùn)動(dòng)控制已經(jīng)越來越普遍，用電子方式來實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)軸之間協(xié)調(diào)同步，取代了傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪和齒輪，給機(jī)械設(shè)計(jì)制造帶來了巨大的靈活性。以往只有通過復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)和加工才能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)過程，現(xiàn)在可以通過軟件編程輕松實(shí)現(xiàn)。而且，使用電子運(yùn)動(dòng)控制，精度更高，動(dòng)態(tài)性能更好，沒有機(jī)械損耗，使維護(hù)變得方便而簡單。用戶可以實(shí)現(xiàn)更加靈活的，模塊化的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

在幾乎所有的機(jī)械制造領(lǐng)域中，特別如紡織機(jī)械，印刷機(jī)械，包裝機(jī)械，塑料機(jī)械，食品機(jī)械等，多軸運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，成為高性能，高品質(zhì)機(jī)械制造的重要標(biāo)志。典型的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通常包含上位計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、反饋裝置、被控對象等幾個(gè)部分，如圖3-39所示。上位計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、人機(jī)交互和任務(wù)協(xié)調(diào)等上層功能。運(yùn)動(dòng)控制器則根據(jù)工作要求和傳感器返回的信號進(jìn)行必要的邏輯/數(shù)學(xué)運(yùn)算，將計(jì)算結(jié)果以數(shù)字脈沖信號或者模擬信號的形式輸送到各個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)器中。3.5.1多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.5.2多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于ISA/PCI/PCI-E總線的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通常是PC機(jī)結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制器/卡的上下位機(jī)控制結(jié)構(gòu)。采用PC+運(yùn)動(dòng)控制器的體系結(jié)構(gòu)，既可以充分利用計(jì)算機(jī)資源，又能保證控制的實(shí)時(shí)性