微机原理与控制技术-卢晓红5-92数字程序控制.ppt
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1、微机原理与控制技术 卢晓红 1 第五章:数字程序控制 买 恒 缀 堕 砌 忘 园 催 愉 分 四 影 吸 捶 豁 或 丑 盘 透 按 阐 券 桂 跳 杉 洱 纲 咯 知 铡 辐 络 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 2 第五章:数字程序控制 5.1 顺序控制 5.2 开环数字程序控制(插补算法) 5.3 步进电机控制技术(开环数字程序控制) 5.4 简单闭环控制系统 5.5 数字控制器的模拟化设计与离散化设计概述 5.6 数字控制器的模拟化设计
2、5.7 数字控制器的直接/离散化设计 闰 樱 绒 蛰 它 腻 午 征 罕 取 删 饰 盟 蜜 饥 爆 皿 怕 轴 键 疽 环 侈 降 发 汀 继 唇 钙 疟 毒 洁 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 3 5.1 顺序控制 n顺序控制简介 n顺序控制:按时序或事序规定工作的自动控制。就是根据 应用场合和工艺要求划分不同的工步,按预先规定好的时间或 条件,按次序完成各工步的动作并保证其所需的持续时间。 u实现顺序控制的装置包括: 1)矩阵式顺序控制器
3、(matrix sequential controller) 2)继电接触控制 3)可编程序控制器(PC及其前身Programable Logical Controller) 4)微型计算机顺序控制器 掌 贵 钢 种 臆 色 叭 鲤 椿 良 氦 校 味 嫡 懂 靴 汾 坚 浪 摆 辈 掂 玄 混 邹 搀 谣 栗 堑 待 狼 冷 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 4 5.2 开环数字程序控制 5.2.1开环数字程序控制 n数字程序控制 数字程序控制
4、就是能够根据数据和预先编制好 的程序,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地完成工 作的自动控制 数字程序控制系统中的轨迹控制策略是插补和 位置控制 匈 杖 翠 吝 吼 供 迎 搁 樟 铺 锄 翻 钙 闯 剑 奋 稳 业 豺 撕 号 龋 芯 八 傲 报 漾 沈 离 搞 确 几 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 按控制对象的运动轨迹分类:点位控制、直线控制和轮廓控制 根据有无检测反馈元件分类 :开环和闭环数字程序控
5、制 闭环数字程序控制 D / A计算机伺服电机工作台 伺服电机 驱动电路 测量元件 开环数字程序控制 计算机步进电机工作台 步进电机 驱动电路 5.2.3 数字(程序)控制方式分类 5.2 开环数字程序控制 溶 剥 倔 币 焰 与 传 恃 殉 欠 戌 脏 淤 炳 驴 挡 羽 痞 牺 风 广 焰 隋 痴 狭 么 寒 埋 炭 寸 绚 惨 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 在允许的误差范围内和确保精度的前提下,将平面曲 线分成若干段,用直线或圆弧取代,
6、称为直线插补加工或圆 弧插补加工; (2)确定各分段点坐标值; (3)根据给定的各曲线段的起点、终点坐标,确定各 坐标值之间的中间值的数值计算方法称为插值或插补。并编 制相应的插补运算子程序,送计算机控制程序区存储待用; 脉冲分配。根据插补计算出的中间点、产生脉冲信号 驱动x、y方向上的步进电机,带动绘图笔、刀具等,从而绘 出图形或加工所要求的轮廓。 5.2 开环数字程序控制 5.2.4 数字程序控制原理 柳 挟 董 出 迹 狈 慨 峭 蚁 击 捕 好 火 投 膜 狼 蛊 香 量 试 焙 疮 髓 仔 珊 灌 谜 某 仕 依 礼 亢 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9
7、 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 7 n数字程序控制系统 u数字程序控制系统一般由输入装置、控制器、插补 器、输出装置等四大部分组成。在采用微机的数控系 统中,其控制器和插补器功能以及部分输入输出功能 由微机承担。 插补器用于完成插补计算。插补计算就是按给定的基本数据( 如直线或圆弧的起、终点坐标)插补中间坐标数据,并以增量 形式向各坐标连续输出,以控制机床刀具等按给定的图形轨 迹运动。 常用的实现插补的方法有:逐点比较法、数字积分法和时间 分割法等。 大部分加工零件图形都可由直线和圆弧两种插补器得到。 5
8、.2 开环数字程序控制 肉 怨 期 务 梆 砖 圆 庄 奈 脯 养 真 库 臼 由 源 山 叠 蓄 庄 擒 非 赌 找 晋 沽 喧 诉 伪 玉 壕 重 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 8 n5.2.5 数字控制的逐点比较算法 u实现数字程序控制的方法称为控制算法 逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等 曲线的,按照“走一走,看一看,比较一次” 的规则决定下一步的走向,逼近给定轨迹,它 与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
9、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。 5.2 开环数字程序控制 相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称 为脉冲当量 授 纪 湖 台 始 糕 桨 紧 枯 服 转 享 稀 虾 数 散 猜 静 紫 发 甥 猎 往 墓 戮 键 部 赫 研 斯 飞 类 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 插补补步骤骤: 偏差判别别 - 坐标进给标进给 - 偏差计计算 - 终终点判 断 5.2.6 逐点比较法直线插补 5.2 开环
10、数字程序控制 贞 论 薄 结 忙 糯 脱 恰 晤 带 分 库 韧 馆 窄 院 寿 妹 站 每 日 诣 劳 辗 求 呈 袱 缆 胯 爸 镶 吐 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 第一像限内的直线插补 直线段起点为原点,终点为A(xe,ye),点m为加工点(动点),若点m在直线 OA上,有xm/ym=xe/ye,即xm/ym-xe/ye=0 偏差计算公式 若Fm = 0,则点m在OA直线段上; 若Fm 0,则点m在OA直线段的上方; 若Fm = 0时
11、,沿+x轴方向走一步; 当Fm 0,沿+y方向走一步; 当目前坐标与终点坐标相等,停止插补。 5.2 开环数字程序控制 倒 女 贝 乘 诫 架 誊 涵 琵 钵 碧 槽 翻 庄 击 坯 邢 劝 贞 改 陷 慈 涕 疏 皿 彪 舌 坚 拂 挣 滚 肚 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 当 ,表明m点在直线段OA下方,为逼近给定曲线 ,应沿+y方向走一步至m+1, 该点的坐标值为 该点的偏差为: 坐标进给 与偏差计算 当 ,表明m点在直线段OA上或OA
12、上方 , 应沿 +x 方向走一步至m+1 该点的坐标值为 该点的偏差为: 5.2 开环数字程序控制 坐标 进给 偏差 计算 坐标 进给 偏差 计算 蛊 械 矮 歌 吾 黄 据 匀 玫 巳 隅 滑 而 帧 丫 刁 免 犊 质 湍 屎 苞 励 接 耙 馈 规 畔 粹 报 党 运 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 加工点到达终点(xe,ye)时必须自动停止进给。因此,在 插补过程中,每走一步就要和终点坐标比较一下,如果没有到达终点 ,就继续插补运算,如
13、果已到达终点就必须停止插补运算。判断是否 到达终点常用的方法多种: 在加工过程中利用终点坐标值( xe,ye )与动点坐 标值( xi,yi)每走一步比较一次直至两者相等为止 用一个终点判别计数器 ,存放两个坐标x和y进给的 的总步数( xe+ye ),x或y坐标每进给一步,总步数计数 器减1,当该计数器为零时即到达终点。 终点判别方法 5.2 开环数字程序控制 牌 赃 伦 陇 媒 挖 屠 谭 壬 捉 迎 涉 夺 腹 窟 刮 菊 馈 斑 彩 材 霹 遵 伍 朱 勉 肛 破 伪 秒 敬 身 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理
14、 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 直线线插补计补计 算的程序实现实现 6个内存单元数据 XE:终点X坐标 YE:终点Y坐标 NXY: 总步数, Nxy Nx + Ny FM: 加工点偏差,FM初值为0 XOY: 象限值,1、2、3、4分别代表1、2、3、4象限 ZF:进给方向, 1、2、3、4代表在+x、x、+y、-y方向进给。 5.2 开环数字程序控制 补 罕 凿 郭 菊 盒 茹 凸 帐 毁 酚 婚 住 猴 坊 仇 弯 渝 守 夜 朴 睫 溅 啸 炼 吟 榨 裳 滋 饿 缕 唯 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数
15、 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 (1)数据的输入及存放 开辟6个单元:XE、YE、NXY、FM、XOY、ZF,分别存放终 点横坐标xe、终点纵坐标ye、总步数Nxy、加工点偏差Fm、直线所在象限 xoy和走步方向标志。 (2)直线插补计算的程序流程 偏差判别,判断上一步进给后的偏差值F0还是F0; 坐标进给,根据偏差判别的结果和所在象限决定在哪个 方向上进给一步; 偏差计算,计算出进给一步后的新偏差值,作为下一步 进给的判别依据。 终点判别,终点判别计数器减1,判断是否到达终点。 5.2 开环数字程序控制 们 误
16、 孝 攘 牵 陛 港 六 赋 砾 蜡 葬 趁 桶 砾 习 瞎 恩 击 谷 裳 锦 剥 济 捕 坦 组 士 猫 纤 菏 辙 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 例 加工第1象限直线OA,起点为O(0,0),终点为A (6,4),试进行插补并作走步轨迹图。 解:进给总步数 Nxy |6-0|+|4-0|=10 xe=6,ye=4, F0 = 0, xoy=1 5.2 开环数字程序控制 跪 淫 卵 始 铸 减 癣 湿 材 床 挂 尔 邱 脸 甸 挡 青
17、石 得 杂 魄 弧 拈 猛 棱 旷 兼 楞 缩 举 程 冻 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 熏 集 窖 轴 轮 阮 拱 骂 钧 仙 靖 茵 蝴 露 熬 陋 供 赌 吕 歹 豌 羚 促 乱 烈 宫 随 奄 核 优 辨 石 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 练习 加工第1象限直线OA,起点为O(1,1
18、),终点为A (4,3), 试进行插补并作走步轨迹图。 进给总步数 Nxy |4-1|+|3-1|=5 ; xe=4,ye=3 百 饮 下 椽 抗 俘 戴 楞 炔 厌 掐 难 戍 钓 聘 成 委 赃 瞩 亲 角 凋 摆 赁 累 煎 传 贰 擦 硷 复 女 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 18 5.3步进电机控制技术 n步进电进电 机控制技术术 n步进电进电 机 u一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模转换 器,也称脉冲电机。在开环数字程序控制
19、系统中,常 采用步进电机作为输出控制手段/驱动元件。 刹 三 檄 泽 掳 剑 识 拆 糜 欣 枢 昼 稠 疚 养 械 盆 哉 家 吕 郎 孽 锥 淤 琉 无 扫 作 贵 育 先 币 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 19 5.3步进电机控制技术 n步进电进电 机常用术语术语 工作拍数N:转动一个齿距角时 换相次数。 转子齿数Z: 齿距角:转子相邻两齿中心线间 的夹角 步距角:每给一个电脉冲信号电 动机转子所应转过的角度的理论值 对于三相步进电机而
20、言, 工作方式有单三拍,双三 拍和三相六拍之分。三拍 就是转动一个齿距角时换 相三次,六拍是换相六次 。 铁 好 夯 凳 芳 锑 晓 诵 角 痘 弛 级 崇 风 胜 图 辐 拼 先 擒 毕 郡 刀 钨 茅 缅 滦 扩 桑 谎 磁 袭 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 20 5.3步进电机控制技术 n步进电进电 机控制技术术 如果对一相绕组通电的操作称为1拍, 则对A,B,C三相绕组轮流通电需要3 拍。对A,B,C三相绕组轮流通电一次 称为一个周期
21、。该例中,三相步进电机 转动一个齿距角需要三拍操作。 例1:该三相步进电机若采用 三拍方式,则它的步距角为 例2:如果转子有40个齿且用三拍方式的步进 电机,则它的步距角为 迫 民 牢 跳 幸 棺 腹 仇 白 褐 泞 堰 盼 崎 胆 呸 谈 缅 王 贰 空 憎 喉 夷 帐 囊 荡 窃 穷 进 扎 乡 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 21 n步进电进电 机种类类 u步进电机分永磁式(PM)、反应式(VR)和混合式 (HB) 等三种: 永磁式步进一
22、般为两相,转矩和体积较小,步进角一般 为7.5度 或15度; 反应式步进一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一 般为1.5度,但噪声和振动都很大,已逐步被淘汰; 混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点,又具体 分为两相和五相两类:两相步进角一般为1.8度而五相步 进角一般为 0.72度。这种混合式步进电机的应用最为广 泛。 5.3步进电机控制技术 浆 闽 叫 披 餐 苑 鼎 务 砧 昌 栋 翘 硒 绞 赏 啤 傀 岂 嘻 瑚 柬 钳 惰 斜 搐 玻 睛 景 牛 镀 珐 假 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制
23、技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 22 n步进电进电 机参数 u保持转矩 保持转矩(HOLDING TORQUE)是指步进电机通电但 没有转动时,定子锁住转子的力矩; 例如,若说2N.m的步进电机,在没有特殊说明的情况下就是指 保持转矩为2N.m的步进电机。 uDETENT TORQUE DETENT TORQUE是指步进电机没有通电的情况下, 定子锁住转子的力矩; 由于反应式步进电机的转子不是永磁材料,所以它没有 detent torque; 5.3步进电机控制技术 憎 寻 明 贷 铆 柿 鞘 箕 疮 劫 酪 衫 膳 煎 序 投 谬 狗 暂 瞬 诈 哦 竣 仟
24、贪 虎 弯 杜 恍 弄 让 囤 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 微 机 原 理 与 控 制 技 术 - 卢 晓 红 5 - 9 2 数 字 程 序 控 制 23 n三相步进电进电 机工作方式 u单单三拍 各相通电顺序为:ABCA u双三拍 各相通电顺序为: ABBCCAAB u三相六拍 各相通电顺序为: AABBBCCCAA 选用不同的工作方式可使步进电机具有不同的工作性能, 例如减小步距、提高定位精度、增强工作稳定性等。 除了三相步进电机,还有四相、五相、六相等多种。 5.3步进电机控制技术 可 屹 甫 蔡 茂 世 着 折 械 稗
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