1、信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-231第三章第三章 數(shù)字程序控制系統(tǒng)數(shù)字程序控制系統(tǒng)第五講第五講- -第七講第七講信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-232第三章第三章 數(shù)字程序控制系統(tǒng)數(shù)字程序控制系統(tǒng)3.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的概述數(shù)字控制系統(tǒng)的概述3.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較插補(bǔ)原理3.3 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)3.4 小小 結(jié)結(jié)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第五講第五講山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息

2、與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2333.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的概述數(shù)字控制系統(tǒng)的概述 所謂所謂數(shù)字程序控制數(shù)字程序控制( (numerical control, NC ) )，就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控，就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作制生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控

3、制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-234數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1948年美國(guó)帕森斯公司接受美國(guó)空軍委托，研年美國(guó)帕森斯公司接受美國(guó)空軍委托，研制直升飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓檢驗(yàn)用樣板的加工設(shè)備。制直升飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓檢驗(yàn)用樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機(jī)床的設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機(jī)床的設(shè)想。想。 自自1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)三坐年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)三坐標(biāo)的試驗(yàn)性數(shù)控機(jī)床以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)大致經(jīng)歷了以標(biāo)的試驗(yàn)性數(shù)控機(jī)

4、床以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)大致經(jīng)歷了以下四個(gè)階段：下四個(gè)階段：信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-235 19521969 研究開(kāi)發(fā)階段研究開(kāi)發(fā)階段 典型應(yīng)用：數(shù)控車床、銑床、鉆銑床典型應(yīng)用：數(shù)控車床、銑床、鉆銑床 工藝方法：簡(jiǎn)單工藝工藝方法：簡(jiǎn)單工藝 數(shù)控功能：數(shù)控功能：NC控制、控制、3軸以下軸以下 驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：步進(jìn)、液壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：步進(jìn)、液壓電機(jī) 19701985 推廣應(yīng)用階段推廣應(yīng)用階段 典型應(yīng)用：加工中心、電加工、鍛壓典型應(yīng)用：加工中心、電加工、鍛壓 工藝方法：多種工藝方法工藝

5、方法：多種工藝方法 數(shù)控功能：數(shù)控功能：CNC控制、刀具自動(dòng)交換、五軸聯(lián)動(dòng)較好控制、刀具自動(dòng)交換、五軸聯(lián)動(dòng)較好的人的人-機(jī)界面機(jī)界面 驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：直流伺服電機(jī)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-236 1982 系統(tǒng)化階段系統(tǒng)化階段 典型應(yīng)用：性制造單元（典型應(yīng)用：性制造單元（FUC）、柔性制造系統(tǒng)）、柔性制造系統(tǒng)(FUS) 工藝方法：完整的加工過(guò)程工藝方法：完整的加工過(guò)程 數(shù)控功能：多臺(tái)車床和輔助設(shè)備協(xié)同。多坐標(biāo)控制，數(shù)控功能：多臺(tái)車床和輔助設(shè)備協(xié)同。多坐

6、標(biāo)控制，高精度、高速度，友好的人高精度、高速度，友好的人-機(jī)界面機(jī)界面 驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：交流伺服電機(jī) 1990 性能集成化階段性能集成化階段 典型應(yīng)用：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)典型應(yīng)用：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)、無(wú)人化工廠、無(wú)人化工廠 工藝方法：復(fù)合設(shè)計(jì)加工工藝方法：復(fù)合設(shè)計(jì)加工 數(shù)控功能：多過(guò)程、多任務(wù)調(diào)度、模板化和復(fù)合化數(shù)控功能：多過(guò)程、多任務(wù)調(diào)度、模板化和復(fù)合化 驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：數(shù)字智能化直線驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)：數(shù)字智能化直線驅(qū)動(dòng)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2

7、37 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計(jì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計(jì)算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著下述方向發(fā)展。下述方向發(fā)展。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)l 高速、高效、高精度加工技術(shù)與裝備高速、高效、高精度加工技術(shù)與裝備l 五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床l 控制智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放化控制智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放化l 新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范的建立新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范的建立(STEP-NC)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制

8、系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-238數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控系統(tǒng)的分類 按照按照控制方式控制方式(運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)軌跡)的的不同，數(shù)控系統(tǒng)分為三類：不同，數(shù)控系統(tǒng)分為三類： 點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制只控制加工點(diǎn)的準(zhǔn)確定位只控制加工點(diǎn)的準(zhǔn)確定位(刀具行程終點(diǎn)的坐刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值標(biāo)值)。在變換加工點(diǎn)時(shí)不做任何加工。多用于數(shù)控鉆床、鏜。在變換加工點(diǎn)時(shí)不做任何加工。多用于數(shù)控鉆床、鏜床、沖床等。床、沖床等。 直線切削控制直線切削控制不僅控制加工點(diǎn)的起始坐標(biāo)，而且控制刀不僅控制加工點(diǎn)的起始坐標(biāo)，而且控制刀具或工作臺(tái)沿直線方向的加工行程具或工作臺(tái)沿直線方向的加工行程(直線插補(bǔ)直線插補(bǔ))。如車床、銑。如車床、

9、銑床、磨床、加工中心等。床、磨床、加工中心等。 輪廓切削控制輪廓切削控制能控制刀具沿工件輪廓曲線連續(xù)運(yùn)動(dòng)，可能控制刀具沿工件輪廓曲線連續(xù)運(yùn)動(dòng)，可加工出曲線、曲面、凸輪和錐面等復(fù)雜形狀的零件加工出曲線、曲面、凸輪和錐面等復(fù)雜形狀的零件(直線和曲直線和曲線兩種插補(bǔ)線兩種插補(bǔ))。如車床、銑床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。如車床、銑床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。 信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最典型的應(yīng)用就是數(shù)字控制機(jī)床最典型的應(yīng)用就是數(shù)字控制機(jī)床(簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床)。山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-239數(shù)字控

10、制機(jī)床簡(jiǎn)介數(shù)字控制機(jī)床簡(jiǎn)介 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer Numerical Control Machine Tools）的簡(jiǎn)稱，用數(shù)字代碼形式的信息）的簡(jiǎn)稱，用數(shù)字代碼形式的信息(程程序指令序指令)控制按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加控制按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床。工的機(jī)床。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2310信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下與普通機(jī)床相

11、比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)特點(diǎn)： 加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定；加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定； 可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件； 加工零件改變時(shí)，一般只需更改數(shù)控程序和調(diào)整加工零件改變時(shí)，一般只需更改數(shù)控程序和調(diào)整刀具參數(shù)等，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；刀具參數(shù)等，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間； 機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的35倍）；倍）； 機(jī)床自動(dòng)化程度高，有利于制造業(yè)技術(shù)向綜合自機(jī)床自動(dòng)化程度高，有利于制造業(yè)技術(shù)向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展；動(dòng)化方向發(fā)展；

12、對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。要求更高。 山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系 基本坐標(biāo)系基本坐標(biāo)系：直線進(jìn)給直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系（運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系（X.Y.Z）。）。坐標(biāo)軸相互關(guān)系：由右手坐標(biāo)軸相互關(guān)系：由右手定則決定。定則決定。 回轉(zhuǎn)坐標(biāo)：回轉(zhuǎn)坐標(biāo)：繞繞X.Y.Z軸軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圓進(jìn)給坐標(biāo)軸分別轉(zhuǎn)動(dòng)的圓進(jìn)給坐標(biāo)軸分別用用A.B.C表示，坐標(biāo)軸相互表示，坐標(biāo)軸相互關(guān)系由右手螺旋法則而定。關(guān)系由右手螺旋法則而定。2022-3-2311信息與電氣工程學(xué)

13、院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)同時(shí)控制同時(shí)控制X X、Y Y 、Z Z三三個(gè)直線坐標(biāo)軸與某一個(gè)直線坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)2022-3-2312信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2313信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2314視頻視頻1播放播放-DMG五軸聯(lián)動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)視頻視頻2播放播放-DMG四軸聯(lián)動(dòng)四軸聯(lián)動(dòng)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2315信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)l 3.1

14、.1 數(shù)字程序控制系統(tǒng)的基本概念數(shù)字程序控制系統(tǒng)的基本概念l 3.1.2 數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-23163.1.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的基本概念數(shù)字控制系統(tǒng)的基本概念 數(shù)控系統(tǒng)：輸入裝置、輸出裝置、數(shù)控系統(tǒng)：輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補(bǔ)器控制器和插補(bǔ)器。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 對(duì)圖所示的平面圖形，如何用計(jì)算機(jī)在繪圖儀或?qū)D所示的平面圖形，如何用計(jì)算機(jī)在繪圖儀或加工裝置上重現(xiàn)加工裝置上重現(xiàn)?Step1：將該圖分割成三段：將該圖分割成三段： ， ，

15、 ，并將并將a、b、c、d四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)；四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)；_bc_abcdStep2：插補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算確定各坐標(biāo)之間的中間確定各坐標(biāo)之間的中間值；值；Step3：把插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程中定出的各中間：把插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程中定出的各中間點(diǎn)，以脈沖信號(hào)形式去控制點(diǎn)，以脈沖信號(hào)形式去控制x，y方向上方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)畫筆、刀具或線電極的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)畫筆、刀具或線電極運(yùn)動(dòng)，從而繪出圖形或加工出符合要求運(yùn)動(dòng)，從而繪出圖形或加工出符合要求的輪廓來(lái)。的輪廓來(lái)。圖圖3-1 3-1 曲線分段曲線分段山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2317l

16、 插補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算：給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法。計(jì)算方法。l 插補(bǔ)計(jì)算原則插補(bǔ)計(jì)算原則：通過(guò)給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連通過(guò)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)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一定的精度逼近續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。給定的線段。l 插補(bǔ)計(jì)算形式插補(bǔ)計(jì)算形式： 直線插補(bǔ)直線插補(bǔ) (在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來(lái)逼近在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來(lái)逼近) 二次曲線插補(bǔ)圓弧、拋物線、雙曲線二次曲線插補(bǔ)圓弧、拋物線、雙曲線 (在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來(lái)逼近在給定的兩

17、個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來(lái)逼近)l 插補(bǔ)算法：插補(bǔ)算法：數(shù)字脈沖乘法器、數(shù)字積分法、數(shù)字脈沖乘法器、數(shù)字積分法、逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法等。等。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2318l 步長(zhǎng)步長(zhǎng)(脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量)：刀具對(duì)應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相：刀具對(duì)應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置，可以用對(duì)位置，可以用 , 表示，一般表示，一般 。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)xyyx 每一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步，即畫筆或刀每一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步，即畫筆或刀具在具在

18、x方向或方向或y方向移動(dòng)一個(gè)位置。方向移動(dòng)一個(gè)位置。山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2319信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)x方向步數(shù)：方向步數(shù)：y方向步數(shù)：方向步數(shù)：圖圖3-2 3-2 用折線逼近直線段用折線逼近直線段xxxNex)(0yyyNey)(0根據(jù)偏離直線根據(jù)偏離直線(曲曲線線)的情況調(diào)整的情況調(diào)整x,y方向的進(jìn)給方向的進(jìn)給插補(bǔ)運(yùn)算：如何分配插補(bǔ)運(yùn)算：如何分配x和和y方向上的脈沖數(shù)，使實(shí)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。際的中間點(diǎn)軌跡盡可能地逼近理想軌跡。山東科技大學(xué)山東

19、科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-23203.1.2 數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成1. 1. 閉環(huán)數(shù)字控制閉環(huán)數(shù)字控制 信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 該控制方式主要用于大型精密加工機(jī)床，但其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)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于調(diào)整和維護(hù)。 直流電機(jī)直流電機(jī)碼盤、光柵、碼盤、光柵、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器等等山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-23212. 2. 開(kāi)環(huán)數(shù)字控制開(kāi)環(huán)數(shù)字控制信息與電

20、氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)l 開(kāi)環(huán)數(shù)字控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可靠性高、成本開(kāi)環(huán)數(shù)字控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可靠性高、成本低、易于調(diào)整和維護(hù)等，應(yīng)用最為廣泛。低、易于調(diào)整和維護(hù)等，應(yīng)用最為廣泛。l 由于采用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，使得系由于采用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，使得系統(tǒng)的可靠性變得更加靈活，更易于實(shí)現(xiàn)各種插補(bǔ)統(tǒng)的可靠性變得更加靈活，更易于實(shí)現(xiàn)各種插補(bǔ)運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)軌跡控制。運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)軌跡控制。一個(gè)脈沖，一一個(gè)脈沖，一個(gè)角度，丟掉個(gè)角度，丟掉后不變后不變山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2322第三章第三章 數(shù)字程序

21、控制系統(tǒng)數(shù)字程序控制系統(tǒng)3.1 數(shù)字控制系統(tǒng)的概述數(shù)字控制系統(tǒng)的概述3.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較插補(bǔ)原理3.3 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)3.4 小小 結(jié)結(jié)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-23233.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較插補(bǔ)原理插補(bǔ)原理：插補(bǔ)原理：刀具或畫筆每走一步都要和給定軌跡上刀具或畫筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較一次，決定下一步的進(jìn)給方向。的坐標(biāo)值進(jìn)行比較一次，決定下一步的進(jìn)給方向。 “一點(diǎn)一比較，步步來(lái)逼近一點(diǎn)一比較，步步來(lái)逼近”信息與

22、電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用階梯折線逼近曲線：用階梯折線逼近曲線： 走一步走一步 比較一次比較一次 決定下一步的走向決定下一步的走向 逐點(diǎn)比較法的最大誤差：一個(gè)脈沖當(dāng)量（步長(zhǎng)）逐點(diǎn)比較法的最大誤差：一個(gè)脈沖當(dāng)量（步長(zhǎng)）四方向插補(bǔ)四方向插補(bǔ) 八方向插補(bǔ)八方向插補(bǔ)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-23243.2.1 逐點(diǎn)比較直線插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較直線插補(bǔ)原理1. 在第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)在第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 直線段直線段OP是期望繪制的線段。是期望繪制的線段。OP把第

23、一象限劃分為兩個(gè)區(qū)域：把第一象限劃分為兩個(gè)區(qū)域：A+，A-。任取第一象限內(nèi)一點(diǎn)任取第一象限內(nèi)一點(diǎn) ，定義定義 代表代表M點(diǎn)的偏差值：點(diǎn)的偏差值：( ,)iiM x yiFieieixyyxF山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2325信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 偏差判別式：偏差判別式：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，表示時(shí)，表示M點(diǎn)在直線上；點(diǎn)在直線上；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，表示時(shí)，表示M點(diǎn)在點(diǎn)在A+區(qū)域內(nèi)；區(qū)域內(nèi)；當(dāng)當(dāng) 時(shí)，表示時(shí)，表示M點(diǎn)在點(diǎn)在A-區(qū)域內(nèi)。區(qū)域內(nèi)。ieieixyyxF0iF0iF0iF進(jìn)給方向確定：進(jìn)給方向確定： 當(dāng)

24、當(dāng) 時(shí)，沿時(shí)，沿+x軸方向走一步；軸方向走一步； 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，沿時(shí)，沿+y軸方向走一步；軸方向走一步； 當(dāng)目前坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)相等，停止插補(bǔ)。當(dāng)目前坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)相等，停止插補(bǔ)。0iF0iF山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)乘法運(yùn)算過(guò)于復(fù)雜，乘法運(yùn)算過(guò)于復(fù)雜，也會(huì)降低程序的執(zhí)行力也會(huì)降低程序的執(zhí)行力能否簡(jiǎn)化為加法或減法能否簡(jiǎn)化為加法或減法信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2326信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) (a) 時(shí)進(jìn)給時(shí)進(jìn)給 (b) 時(shí)進(jìn)給時(shí)進(jìn)給 時(shí)，計(jì)算時(shí)，計(jì)算 時(shí)，計(jì)算時(shí)，計(jì)算圖圖3.6 第一象限直線插補(bǔ)的進(jìn)給方向第一象限直線插補(bǔ)的

25、進(jìn)給方向0iF0iF0iFeieieieieieiyFyxyyxxyyxF) 1(1eieieieieieixFxxyyxxyyxF) 1(10iF山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2327偏差計(jì)算簡(jiǎn)化為：偏差計(jì)算簡(jiǎn)化為： 若若M為起點(diǎn)為起點(diǎn)0，則，則 ； 否則否則 ：若：若Fi = 0， 若若Fi 0，終點(diǎn)判斷：終點(diǎn)判斷： (1) 雙計(jì)數(shù)器法：設(shè)定兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器雙計(jì)數(shù)器法：設(shè)定兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器Tx, Ty，當(dāng)其全為零時(shí)，當(dāng)其全為零時(shí) 終止。終止。 (2) 單計(jì)數(shù)器法：?jiǎn)斡?jì)數(shù)器法： a. 總步數(shù)判斷法。設(shè)定一個(gè)減法計(jì)數(shù)器總

26、步數(shù)判斷法。設(shè)定一個(gè)減法計(jì)數(shù)器Tz。 b. 長(zhǎng)軸步數(shù)判斷法。設(shè)定一個(gè)減法計(jì)數(shù)器長(zhǎng)軸步數(shù)判斷法。設(shè)定一個(gè)減法計(jì)數(shù)器 Tl。eiiyFF1信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)eiixFF1001FFi山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2328信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2. 直線插補(bǔ)程序的流程圖直線插補(bǔ)程序的流程圖(1) 偏差判別：偏差判別：F0還是還是F0？(2) 進(jìn)給：根據(jù)偏差和插補(bǔ)所在象限決定在什么方向進(jìn)給：根據(jù)偏差和插補(bǔ)所在象限決定在什么方向上進(jìn)給一步；上進(jìn)給一步；(3) 偏差運(yùn)算：計(jì)算進(jìn)

27、給一步后的新偏差值；偏差運(yùn)算：計(jì)算進(jìn)給一步后的新偏差值；(4) 終點(diǎn)判別：若到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)；若未到達(dá)終點(diǎn)判別：若到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)；若未到達(dá)終點(diǎn)，則重復(fù)終點(diǎn)，則重復(fù)(1)(4)的工作。的工作。山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2329信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 取終點(diǎn)坐標(biāo)值；取終點(diǎn)坐標(biāo)值；確定插補(bǔ)所在象確定插補(bǔ)所在象限；預(yù)置終點(diǎn)判限；預(yù)置終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器初值；別計(jì)數(shù)器初值； 置偏差為置偏差為0選取選取Xe和和Ye中中較大值作為終點(diǎn)較大值作為終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器的初判別計(jì)數(shù)器的初

28、值值信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-23303. 其它象限中的偏差判別及進(jìn)給方向其它象限中的偏差判別及進(jìn)給方向信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2331例題例題1：設(shè)加工第一象限直線：設(shè)加工第一象限直線OA，起點(diǎn)為，起點(diǎn)為O(0,0)，終點(diǎn)為終點(diǎn)為A(6,4)，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。解解：(1) 確定總步數(shù)。確定總步數(shù)。 (2) 確定象限、偏差初值及計(jì)數(shù)器初值。確定象限、偏差初值及

29、計(jì)數(shù)器初值。 (3) 根據(jù)偏差判別進(jìn)給方向，列出插補(bǔ)計(jì)算過(guò)根據(jù)偏差判別進(jìn)給方向，列出插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程表。程表。 (4) 繪制插補(bǔ)計(jì)算的走步軌跡圖。繪制插補(bǔ)計(jì)算的走步軌跡圖。 信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2332信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)步數(shù)步數(shù)偏差判別偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算偏差計(jì)算終點(diǎn)判斷終點(diǎn)判斷起點(diǎn)F0=0Tx=61F0=0+xF1=F0-ye=-4Tx=52F10+xF3=F2-ye=-2Tx=44F30+xF5=F4-ye=0Tx=36F

30、5=0+xF6=F5-ye=-4Tx=27F60+xF8=F7-ye=-2Tx=19F80+xF10=F9-ye=0Tx=0插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程表插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程表山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2333信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)直線插補(bǔ)走步軌跡圖直線插補(bǔ)走步軌跡圖山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2334例題例題2：設(shè)加工第一象限直線：設(shè)加工第一象限直線AB，起點(diǎn)為，起點(diǎn)為A(3,2)，終，終點(diǎn)為點(diǎn)為B(9,6)，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走

31、步軌跡圖。，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。解：因?yàn)橹本€起點(diǎn)不在坐標(biāo)原點(diǎn)，為算法實(shí)現(xiàn)方便，解：因?yàn)橹本€起點(diǎn)不在坐標(biāo)原點(diǎn)，為算法實(shí)現(xiàn)方便，加工前應(yīng)將直線起點(diǎn)平移至坐標(biāo)原點(diǎn)，即：加工前應(yīng)將直線起點(diǎn)平移至坐標(biāo)原點(diǎn)，即： 信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng))4, 6()0, 0(00eeyxByxA山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-23353.2.2 逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)原理圓弧：圓心坐標(biāo)，半徑大小，起始點(diǎn)坐標(biāo)。圓弧：圓心坐標(biāo)，半徑大小，起始點(diǎn)坐標(biāo)。 當(dāng)圓心在當(dāng)圓心在笛卡爾坐標(biāo)系笛卡爾坐標(biāo)系的原點(diǎn)時(shí)，

32、只需知道圓弧的的原點(diǎn)時(shí)，只需知道圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)起點(diǎn)坐標(biāo)( )即可算出圓弧的半徑即可算出圓弧的半徑 ，繼而畫出圓弧至終點(diǎn)坐標(biāo)。繼而畫出圓弧至終點(diǎn)坐標(biāo)。 由于圓弧繪制的方向不同，為便于表示圓弧所在象由于圓弧繪制的方向不同，為便于表示圓弧所在象限及繪制的方向，用限及繪制的方向，用SR1、SR2、SR3、SR4依次表示第一、依次表示第一、二、三、四象限中的順圓弧；用二、三、四象限中的順圓弧；用NR1、NR2、NR3、NR4依次表示第一、二、三、四象限中的逆圓弧。依次表示第一、二、三、四象限中的逆圓弧。)(22ooyxR信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)ooyx ,第六講第六講山東科技大學(xué)山

33、東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-23361. 第一象限圓弧插補(bǔ)原理第一象限圓弧插補(bǔ)原理ooyx ,eeyx ,信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)要加工的設(shè)要加工的逆圓弧逆圓弧PQ在第一象限，在第一象限，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，圓弧的起點(diǎn)為圓弧的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，圓弧的起點(diǎn)為P( )，終點(diǎn)為，終點(diǎn)為Q( )，圓弧半徑為，圓弧半徑為R。則：則： 圓弧內(nèi)部的點(diǎn)，其到圓心的距離圓弧內(nèi)部的點(diǎn)，其到圓心的距離小于圓弧半徑；圓弧外部的點(diǎn)，其到小于圓弧半徑；圓弧外部的點(diǎn)，其到圓心的距離大于圓弧半徑。圓心的距離大于圓弧半徑。 故：根據(jù)任一

34、點(diǎn)到圓心的距離與半故：根據(jù)任一點(diǎn)到圓心的距離與半徑之差作為偏差判別式：徑之差作為偏差判別式：22222eeooyxyxR222RyxFii山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2337信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)222222 ooiiyxRyxOM若若M點(diǎn)在圓弧上：點(diǎn)在圓弧上：20202222yxRyxOMii20202222yxRyxOMii若若M點(diǎn)在圓弧內(nèi)：點(diǎn)在圓弧內(nèi)：若若M點(diǎn)在圓弧外：點(diǎn)在圓弧外：F=0：圓弧上：圓弧上F0：圓弧外，：圓弧外，A+區(qū)域區(qū)域FB-C-A相輪流通電，則磁場(chǎng)沿相輪流通電，則磁

35、場(chǎng)沿A、B、C方向方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)360度角，轉(zhuǎn)子沿度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為齒數(shù)為4，齒距角為，齒距角為90度，即度，即1個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了90度。度。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2352信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)NAABS2424252525252560252525轉(zhuǎn)子定子CCBBCCBAAA步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī) 定子：三對(duì)磁極，每個(gè)磁極定子：三對(duì)磁極，每個(gè)磁極上五個(gè)六個(gè)齒上五個(gè)六個(gè)齒 轉(zhuǎn)子：四十個(gè)

36、矩形齒均勻分轉(zhuǎn)子：四十個(gè)矩形齒均勻分布在圓周上，則相鄰兩齒間夾布在圓周上，則相鄰兩齒間夾角為角為9度度山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2353工作過(guò)程：工作過(guò)程： A相通電：相通電：A相磁極與相磁極與0號(hào)齒對(duì)齊；號(hào)齒對(duì)齊； 13號(hào)齒靠近號(hào)齒靠近B相中心線，相差相中心線，相差3度；度； B相通電：相通電：B相磁極與相磁極與13號(hào)齒對(duì)齊；整個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)號(hào)齒對(duì)齊；整個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)3度；度； 26號(hào)齒靠近號(hào)齒靠近C相中心線，相差相中心線，相差3度；度； C相通電：相通電：C相磁極與相磁極與26號(hào)齒對(duì)齊，整個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)號(hào)齒對(duì)齊，整個(gè)轉(zhuǎn)子

37、轉(zhuǎn)動(dòng)3度；度； 39號(hào)齒靠近號(hào)齒靠近A相中心線，相差相中心線，相差3度；度； A相通電：相通電：A相磁極與相磁極與39號(hào)齒對(duì)齊，整個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)號(hào)齒對(duì)齊，整個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)3度。度。結(jié)論：結(jié)論： 定子按定子按A-B-C-A相輪流通電，則磁場(chǎng)沿相輪流通電，則磁場(chǎng)沿A、B、C方向方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)360度角，轉(zhuǎn)子沿度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了方向轉(zhuǎn)動(dòng)了9度。度。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2354 步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的“相相”和和“拍拍” “相相” 繞組的個(gè)數(shù)繞組的個(gè)數(shù) “拍拍” 繞組的通

38、電狀態(tài)。如：三拍表示一個(gè)周期繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個(gè)周期共有共有3種通電狀態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有種通電狀態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有6種通電狀態(tài)，種通電狀態(tài)，每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。 N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù) Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 則：齒距角則：齒距角 步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度，即步距角：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度，即步距角： 信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)ZZz3602NZNz360山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-23553.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作方

39、式步進(jìn)電機(jī)的工作方式l 步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的通電方式通電方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。 l 三相步進(jìn)電機(jī)三相步進(jìn)電機(jī)工作方式工作方式 單相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍。單相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍。 l 步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的方向控制方法方向控制方法 (1) 計(jì)算機(jī)輸出接口的每一位控制一相繞組，如用計(jì)算機(jī)數(shù)計(jì)算機(jī)輸出接口的每一位控制一相繞組，如用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線的據(jù)線的D0，D1，D2分別接到分別接到A，B，C三相；三相； (2) 根據(jù)所選定的步進(jìn)電機(jī)及控制方式寫出相應(yīng)的控制方式根據(jù)所選定

40、的步進(jìn)電機(jī)及控制方式寫出相應(yīng)的控制方式的數(shù)學(xué)模型。的數(shù)學(xué)模型。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2356(1)單三拍的工作方式：?jiǎn)稳牡墓ぷ鞣绞剑?正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)檎蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)?ABCA； 反向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)榉聪蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)?ACBA。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)步步序序控制位控制位工作工作狀態(tài)狀態(tài)控制控制模型模型D2(C相相) D1(B相相) D0(A相相)1001A01H2010B02H3100C04H表表3-5 單三拍正轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型單三

41、拍正轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型 單三拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形單三拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2357(2) 雙三拍的工作方式：雙三拍的工作方式： 正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)檎蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)?ABBCCAAB； 反向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)榉聪蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)?ABCABCAB。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)步步序序控制位控制位工作工作狀態(tài)狀態(tài)控制控制模型模型D2(C相相) D1(B相相)D0(A相相)1011AB03H2110BC06H3101CA05H表表3-6 雙三拍正轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型雙三拍正轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型 雙三拍

42、正轉(zhuǎn)工作的電壓波形雙三拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2358(3) 三相六拍方式：三相六拍方式： 正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)檎蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)?AABBBCCCAA； 反向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)榉聪蛐D(zhuǎn)，通電順序?yàn)?ACACBCBABA。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)步步序序控制位控制位工作工作狀態(tài)狀態(tài)控制控制模型模型D2(C相相)D1(B相相)D0(A相相)1001A01H2011AB03H3010B02H4110BC06H5100C04H6101CA05H表表3-7 三相六拍正轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型

43、三相六拍正轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型 三相六拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形三相六拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2359 所謂步進(jìn)電機(jī)的方向控制，實(shí)際上就是按照上所謂步進(jìn)電機(jī)的方向控制，實(shí)際上就是按照上述某一種控制方式所規(guī)定的順序向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈述某一種控制方式所規(guī)定的順序向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖序列，即可達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。沖序列，即可達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-236

44、03.3.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng) 典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，如圖所示。典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，如圖所示。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)控制器步進(jìn)電機(jī)控制器、功率放大功率放大器器及及步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)組成。組成。 步進(jìn)電機(jī)控制器由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏步進(jìn)電機(jī)控制器由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正、反轉(zhuǎn)控制門等組成。其作用是：把輸入的脈沖轉(zhuǎn)輯及正、反轉(zhuǎn)控制門等組成。其作用是：把輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)形脈沖以控制步進(jìn)電機(jī)，并能進(jìn)行正反向控制；換成環(huán)形脈沖以控制步進(jìn)電機(jī)，并能進(jìn)行正反向控制； 功率放大器的作用：把環(huán)形脈沖放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)功率放大器

45、的作用：把環(huán)形脈沖放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：控制器線路復(fù)雜、成本高。：控制器線路復(fù)雜、成本高。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2361 計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理圖計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理圖 計(jì)算機(jī)的作用計(jì)算機(jī)的作用：把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實(shí)現(xiàn)方向控制并實(shí)現(xiàn)方向控制。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)得到一個(gè)脈沖便沿著轉(zhuǎn)向。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)得到一個(gè)脈沖便沿著轉(zhuǎn)向控制線信號(hào)所確定的方向走一步。只要負(fù)載在步進(jìn)電機(jī)的控制線

46、信號(hào)所確定的方向走一步。只要負(fù)載在步進(jìn)電機(jī)的允許范圍內(nèi)，每個(gè)脈沖將使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的步距允許范圍內(nèi)，每個(gè)脈沖將使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的步距角，角，根據(jù)步距角的大小及實(shí)際走的步數(shù)，只需知道初始位根據(jù)步距角的大小及實(shí)際走的步數(shù)，只需知道初始位置，即可知曉步進(jìn)電機(jī)的最終位置。置，即可知曉步進(jìn)電機(jī)的最終位置。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2362微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能 改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)；改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)； 改變各相繞組的

47、通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn) 向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)； 改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2363例如：采用例如：采用8255芯片以三相六拍的控制方式控制芯片以三相六拍的控制方式控制 x, y軸步進(jìn)電機(jī)。軸步進(jìn)電機(jī)。信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2364 8255的的PA、PB口分別控制口分別控制x, y軸步進(jìn)電機(jī)。軸步進(jìn)電機(jī)。 輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)“ 1”表示通電，表示通電，“ 0”表示斷電。表示斷電。 信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)2022-3-2365信息與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存：輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存： 正轉(zhuǎn)訪問(wèn)順序：正轉(zhuǎn)訪問(wèn)順序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 反轉(zhuǎn)訪問(wèn)順序：反轉(zhuǎn)訪