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1、第三章 数字控制技术,3.1 数字控制基础,数字控制，就是生产机械（如机床）根据计算机输出的指令和数据，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 控制方式。,数控系统由数控装置、驱动装置、可编程控制器和检测装置等组成。,包括控制器、插补器、输入和输出装置,数控机床的组成,加工轨迹控制,AutoCAD的DXF文件等,3.1.2 数字控制原理,1、曲线分段2、插补计算,插补/插值：求得各段曲线中间值的数值计算方法。,3、步进电机控制,两种常用插补形式：直线插补、二次曲线插补,脉冲当量(步长，x=y)：每个脉冲移动的相对位置。,常用插补算法有逐点比较法、数字积分法、数字脉冲
2、乘法器等。,插补算法：就是如何分配 x 和 y 方向上的脉冲数，使实际的中间点轨迹尽可能地逼近理想轨迹。,3.1.3 数字控制方式,点位控制：只要求控制刀具行程终点的坐标值，不需要插补计算。采用这类控制的有钻床、镗床、冲床等。直线控制：要求控制行程的终点坐标值，并要求刀具相对于工件平行某一直角坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工。采用这类控制的有铣床、车床、磨床、加工中心等。轮廓控制：要求控制刀具沿工件轮廓曲线不断地运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状，需要插补计算。采用这类控制的有铣床、车床、磨床、齿轮加工机床等。,3.1.4 数字控制系统,开环数字控制采用步进电机作为驱动元件,
3、闭环数字控制，多采用直流电机作为驱动元件，测量元件采用光电编码器、光栅、感应同步器等。主要用于大型精密加工机床。,图3-4 闭环数字控制,位置控制器,速度控制器,伺服电动机,速度测量,工作台,位置测量,(b)半闭环数字控制,测量元件在伺服电机的轴端可克服工作台机械参数变动对控制系统稳定性能的影响但控制精度不如全闭环数字控制,测量元件在工作台上,脉冲增量插补：逐点比较法、数字积分法。步进电机数据采样插补：伺服电机的闭环控制,3.1.5 数控系统的分类,传统数控系统,开放式数控系统：PC嵌入NC，NC嵌入PC,运动控制卡,PC模板,网络化数控系统,3.2 插补原理,输出单个脉冲等,输出采样周期内坐
4、标方向的增量等,第一象限内的直线插补,3.2.1 逐点比较法直线插补,逐点比较法插补就是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，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线。,若Fm 0，表明点m在OA直线段的上方或上面，应沿+x轴方向走一步；若Fm 0，表明点m在OA直线段的下方，应沿+y轴方向走一步。,偏差计算公式,有两种方法：设置Nx和Ny两个计数器；设置Nxy一个终点计数器。,包括差别判断、坐标进给、偏差计算、终点判断。,插补计算过程,终点判断,四个象限的直线插补,直线插补计算的程序实现,表3.1 直线
5、插补的进给方向及偏差计算公式,(1)数据的输入及存放 XE、YE、NXY、FM、XOY、ZF XOY=1、2、3、4分别代表第一、第二、第三、第四象限。ZF=1、2、3、4分别代表+x、-x、+y、-y走步方向。,(2)程序流程,XOY=1 2 3 4,ZF=1 2 3 4+x-x+y-y,XE、YE、NXY、FM、XOY、ZF,例3.1 设加工第一象限直线，O(0，0)，A(6，4)，,3.2.2 逐点比较法圆弧插补,第一象限内的圆弧插补,偏差计算公式,四个象限的圆弧插补,表3.3 圆弧插补计算公式和进给方向,=1、2、3、4、分别代表、2、3、4、N、N2、N3、N4,(1)数据的输入及存
6、放 X、Y、NXY、FM、X、Y、ZF=1、2、3、4、分别代表、2、3、4、N、N2、N3、N4。ZF=1、2、3、4分别代表+x、-x、+y、-y走步方向。,圆弧插补计算的程序实现,(2)程序流程,例3.2 设加工第一象限圆弧，起点A(4，0)，终点B(0，4)，试进行插补计算并作出走步轨迹图。,3.2.3 数字积分插补,数字积分直线插补,例子：设(xe-x0)=101B,(ye-y0)=10B则加工圆弧AB所需脉冲数n=23=8脉冲1：JRX=0B+101B=101B JRY=0B+010B=010B脉冲2：JRX=101B+101B=1010B JRY=010B+010B=100B脉冲
7、3：JRX=010B+101B=111B JRY=100B+010B=110B脉冲4：JRX=111B+101B=1100B JRY=110B+010B=1000B脉冲5：JRX=100B+101B=1001B JRY=000B+010B=010B脉冲6：JRX=001B+101B=110B JRY=010B+010B=100B脉冲7：JRX=110B+101B=1011B JRY=100B+010B=110B脉冲8：JRX=011B+101B=1000B JRY=110B+010B=1000B,Jx，Jy最大有效位长,数字积分圆弧插补,例子：设A(3,1)，B(1,3),O(1,1)IA=1
8、0B,JA=00B脉冲1：JRX=00B+00B=00B JRY=00B+10B=10B脉冲2：JRX=00B+00B=00B JRY=10B+10B=100B脉冲3：JRX=00B+01B=01B JRY=00B+10B=10B脉冲4：JRX=01B+01B=10B JRY=10B+10B=100B脉冲5：JRX=10B+10B=100B JRY=00B+10B=10B脉冲6：JRX=00B+10B=10B JRY=10B+01B=11B脉冲7：JRX=10B+10B=100B JRY=11B+01B=100B,3.3 多轴步进驱动控制技术,步进电机又称脉冲电机，是一种将脉冲信号转换为角位移
9、的机电式数模转换器。,3.3.1 步进电机的分类,按力矩产生原理,反应式：转子无绕组励磁式：转子有绕组或为永久磁铁,步距小,按输出力矩大小,伺服式功率式,3.3.2 步进电机的工作原理,步进电机的齿距角,步进电机的步距角,转子齿数,步进电机工作拍数,图3.20 三相步进电机的工作原理分析图,A相通电,B相通电,C相通电,A相通电,图3.15 单三拍工作原理,AB相通电,BC相通电,CA相通电,AB相通电,图3.16 双三拍工作原理,A相通电,AB相通电,BC相通电,C相通电,图3.17 三相六拍工作原理,B相通电,CA相通电,A相通电,3.3.3 步进电机的工作方式,3.3.4 步进电机控制接
10、口及输出字表,L298N、SI-7300步进电机集成功率放大器，HB304V三相混合式步进电机驱动器,ISA,L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V。,三相步进电机驱动电路,x轴步进电机输出字表,存储地址标号,低8位输出字,y轴步进电机输出字表,存储地址标号,高8位输出字,ADX1ADX2ADX3ADX4ADX5ADX6,00000001=01H00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05H,ADY1ADY2ADY3ADY4ADY5ADY6,00000001=01H00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05H,表3.5 三相六拍控制方式输出字表,3.3.5 步进电机控制程序,按正序或反序取输出字，可控制步进电机正转或反转；控制延时时间常数，可达到调速的目的,P100 4题，5题，6题，7 题，8题,作业：,附加：直流电机调速系统,永磁无刷直流电动机调速,反向换流器,Aedk计控试验箱直流电机调速系统,光电编码器：一种通过光电转换，将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。,
