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1、第4章順序控制與數(shù)字程序控制技術(shù),主要內(nèi)容,4.1,4.2,4.1 順序控制技術(shù),4.2 數(shù)字程序控制,4.1 順序控制技術(shù),4.1.1 順序控制概述,4.1.1,4.1.2,4.1.3,4.1.2 順序控制系統(tǒng)組成,4.1.3 微機(jī) 順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例,4.1.1 順序控制概述,順序控制概念 順序控制是指以預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)作次序，對(duì)控制過程各階段順序地進(jìn)行自動(dòng)化。 順序控制原理：根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)合和工藝要求，劃分各種不同的工步，然后按預(yù)先規(guī)定好的“時(shí)間”或“條件”，按次序完成各工步的動(dòng)作并保證各工步動(dòng)作所需要的持續(xù)時(shí)間。,例4.1 冷加工自動(dòng)線中鉆孔動(dòng)力頭鉆孔過程

2、的順序控制原理圖,鉆孔過程分為以下5步,1)動(dòng)力頭在起始位置(行程開關(guān)SQ1受壓)，按啟動(dòng)開關(guān)按鈕SB1后，電磁閥YAl通電，動(dòng)力頭快進(jìn)； 2)快進(jìn)到位時(shí)壓下行程開關(guān)SQ2，使電磁閥YA2通電(YAl保持通電)，動(dòng)力頭由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)(鉆孔)，即一邊加工一邊進(jìn)給； 3)工進(jìn)到位時(shí)壓下行程開關(guān)SQ3，使YAl、YA2斷電，開始定時(shí)延遲，動(dòng)力頭原地鏇削(精鏜)； 4)延遲時(shí)間到，YA3通電，動(dòng)力頭快退； 5)動(dòng)力頭退回到原位，行程開關(guān)SQ1又受壓，YA3斷電，動(dòng)力頭停止。,例4.2 機(jī)械手,圖4.2機(jī)械手取放動(dòng)作工件示意圖,順序控制系統(tǒng)的類型,按順序執(zhí)行的繼電接觸器控制系統(tǒng) 半導(dǎo)體邏輯順序控制系統(tǒng) 可

3、編程順序控制器系統(tǒng) 微機(jī)順序控制系統(tǒng),順序控制系統(tǒng)的特點(diǎn),順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)以開關(guān)量信號(hào)為主 邏輯關(guān)系復(fù)雜 控制程序客觀 可靠性要求高,圖4.3典型微機(jī)順序控制系統(tǒng)組成框圖,4.1.2 順序控制系統(tǒng)的組成,典型的微機(jī)順序控制系統(tǒng)是由系統(tǒng)控制器、信號(hào)檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及被控對(duì)象等組成,4.1.3微機(jī)順序控制系統(tǒng)應(yīng)用案例,硬件框圖,2.控制程序流程圖,START：MOV A ，P1 ；讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) ANL A ，# 0FCH CJNE A ，#03H ，START ；SQl、SBl1？ STEP1：SETB P1.5 ；是，動(dòng)力頭快進(jìn) MOV A ，P1 ；讀入現(xiàn)

4、場(chǎng)信號(hào) ANL A ，# 04H QNE A ，# 04H，STEPl ；判斷SQ21？ STEP2：SETB A ，P1.6 ；是，轉(zhuǎn)入工進(jìn) MOV A ，Pl ；讀人現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) ANL A ，# 08H CJNE A ，# 08H ，STEP2 ；判斷SQ31？ CAlL DELAY ；是，延時(shí)停留 SETP3：MOV A ，# 80H MOV P1 ，A ；YA3l ，Yal ，YA2 0 MOV A ，P1 ANL A ，# 02H CJNE A ，#02H ，SETP3 ；判斷SQ31？ CLR P1.7

5、 ；是，YA30 AJMP START ；返回，轉(zhuǎn)下次循環(huán),3. 控制程序,4.2 數(shù)字程序控制技術(shù),4.2.1,4.2.2,4.2.3,4.2.1數(shù)字程序控制基礎(chǔ),4.2.2逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法,4.2.3 步進(jìn)電機(jī)的控制,4.2 數(shù)字程序控制技術(shù),數(shù)字程序控制就是能夠根據(jù)數(shù)據(jù)和預(yù)先編制好的程序，控制生產(chǎn)機(jī)械按規(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)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制 數(shù)字程序控制系統(tǒng)一般由輸入裝置、輸出裝置、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置等組成 數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的軌跡控制策略是插補(bǔ)和位置控制,圖4.6 曲線分段,4.2.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),數(shù)字程序控制的基本原理 曲線分割 插

6、補(bǔ)計(jì)算 根據(jù)給定的各曲線段的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)，確定各坐標(biāo)值之間的中間值的數(shù)值計(jì)算方法稱為插值或插補(bǔ)。常用的插補(bǔ)形式有直線插補(bǔ)和二次曲線插補(bǔ)兩種形式。 脈沖分配,按控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡分類:點(diǎn)位控制、直線切削控制和輪廓切削控制,根據(jù)有無檢測(cè)反饋元件分類 :開環(huán)和閉環(huán)數(shù)字程序控制,閉環(huán)數(shù)字程序控制,開環(huán)數(shù)字程序控制, 數(shù)字程序控制方式,4.2.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理,逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理：每當(dāng)畫筆或刀具向某一方向移動(dòng)一步，就進(jìn)行一次偏差計(jì)算和偏差判別，也就是到達(dá)新的點(diǎn)位置和理想線型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的理想位置坐標(biāo)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(dòng)方向，使畫筆或刀具始終緊靠理想線型運(yùn)動(dòng)，起到步步逼近

7、的效果。 由于采用的是“一點(diǎn)一比較，一步步逼近”方法，因此稱為逐點(diǎn)比較法。,逐點(diǎn)比較法特點(diǎn),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(gè)脈沖當(dāng)量 只要把運(yùn)動(dòng)步距取得足夠小，便可精確地跟隨給定軌跡，以達(dá)到精度的要求,1. 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ),第一像限內(nèi)的直線插補(bǔ) 偏差計(jì)算公式,,,當(dāng) ，表明m點(diǎn)在直線段OA下方，為逼近給定曲線，應(yīng)沿+y方向走一步至m+1， 該點(diǎn)的坐標(biāo)值為,該點(diǎn)的偏差為：,進(jìn)給與偏差計(jì)算,當(dāng) ，表明m點(diǎn)在直線段OA上或OA上方 ， 應(yīng)沿 +x 方向走一步至m+1 該點(diǎn)的坐標(biāo)值為,該點(diǎn)的偏差為：,,終點(diǎn)判別方法,每走一步比較一次

8、直至兩者相等為止 取終點(diǎn)坐標(biāo)中的較大者作為終點(diǎn)判別的依據(jù) 用一個(gè)終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器 ，存放兩個(gè)坐標(biāo)的總步數(shù),第一象限直線插補(bǔ)計(jì)算流程,偏差判別，判斷上一步進(jìn)給后的偏差值F0還是F<0； 坐標(biāo)進(jìn)給，根據(jù)偏差判別的結(jié)果和所在象限決定在哪個(gè)方向上進(jìn)給一步； 偏差計(jì)算，計(jì)算出進(jìn)給一步后的新偏差值，作為下一步進(jìn)給的判別依據(jù)。 終點(diǎn)判別，終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器減1，判斷是否到達(dá)終點(diǎn)，,四象限直線插補(bǔ)計(jì)算流程圖,例4.4 設(shè)給定的加工軌跡為第一象限的直線OP，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)A（xe，ye），其值為(5，4)，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。,,,四個(gè)象限的直線插補(bǔ),設(shè)A1、A2、A3、A4分別表示第一、第二、

9、第三、第四象限的四種線型。 它們的加工起點(diǎn)均從坐標(biāo)原點(diǎn)開始。 凡F0時(shí)，向x方向進(jìn)給，在第一、四象限向+x方向進(jìn)給；在第二、三象限，向-x方向進(jìn)給； 凡F<0時(shí)，向y方向進(jìn)給，在第一、二象限向+y方向進(jìn)給；在第三、四象限，向-y方向進(jìn)給。 不管是哪個(gè)象限，都采用與第一象限相同的偏差計(jì)算公式，只是式中的終點(diǎn)坐標(biāo)值均取絕對(duì)值。,表4.2 四象限的進(jìn)給脈沖和偏差計(jì)算,圖4.13 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ),2. 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ),（1）第一象限圓弧插補(bǔ)計(jì)算原理 偏差判別。 偏差值 F = x2 + y2 R2 當(dāng)P點(diǎn)位于圓弧上時(shí)，F(xiàn) = 0 進(jìn)給 P點(diǎn)在圓弧外時(shí)，F(xiàn) 0，向圓外 ( -x方向 ) 進(jìn)給一步

10、。 P點(diǎn)在圓弧內(nèi)時(shí)，F(xiàn) 0處理。,設(shè)P點(diǎn)在圓外，F(xiàn) 0， F = (x1)2 + y2 R2 = x2 2x + l + y2 R2 =（x2 + y2 R2）2x + l = F2x + 1 若P點(diǎn)在圓內(nèi)，F(xiàn) < 0 ， F = 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(jì)數(shù)長(zhǎng)度值，長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器的初值為 Nxy = |xe x0|+ |ye y0| 每個(gè)坐標(biāo)方向設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器 ，,偏差計(jì)算 終點(diǎn)判別,第一象限逆圓插補(bǔ)的流程圖,,圖 4.14,,圖4.15圓弧插補(bǔ)走步軌跡圖,例4.6 假

11、設(shè)加工第一象限逆圓弧AB， 起點(diǎn)A的坐標(biāo)值為x0 = 4，y0 = 3， 終點(diǎn)B的坐標(biāo)值為xe = 0，ye =5。 試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。,第二象限順圓的偏差計(jì)算公式,圖4.16第二象限的順圓,若F0時(shí)，下一步應(yīng)沿+x方向進(jìn)給一步，新的加工點(diǎn)坐標(biāo)將是(x+1，y)，可求出新的偏差為 FF+2x +1 若F<0時(shí)，下一步應(yīng)沿+y方向進(jìn)給一步，新的加工點(diǎn)坐標(biāo)將是(x，y+1)，可求出新的偏差為 FF+2y +1,（2）四象限的圓弧插補(bǔ)原理,在圓弧插補(bǔ)中，沿對(duì)稱軸的進(jìn)給方向相同，沿非對(duì)稱軸的進(jìn)給方向相反，其次，所有對(duì)稱圓弧的偏差計(jì)算公式，只要取起點(diǎn)坐標(biāo)的絕對(duì)值，就與第一象限中NR

12、l或SRl的偏差計(jì)算公式相同,表4.5 八種圓弧插補(bǔ)的計(jì)算公式和進(jìn)給方向,,4.2.3 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù),步進(jìn)電機(jī)是一種能將電脈沖信號(hào)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。 步進(jìn)電機(jī)按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理可分為 反應(yīng)式（variable reluctance，VR）步進(jìn)電機(jī) 永磁式（permanent magnet，PM）步進(jìn)電機(jī) 混合式（hybrid，HB）步進(jìn)電機(jī),反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu),圖4.18三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子和定子兩部分 定子是由硅鋼片疊成的，每相有一對(duì)磁極(N、S極)，每個(gè)磁極的內(nèi)表面都分布著多個(gè)小齒，它們大小相同，間距相同。該定子上

13、共有3對(duì)磁極。每對(duì)磁極都纏有同一繞組，也即形成一相，這樣3對(duì)磁極有3個(gè)繞組，形成三相。可以得出，四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有4對(duì)磁極、4相繞組；五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有5對(duì)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,步進(jìn)電機(jī)的工作原理,反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理,轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z，它的齒距角,步進(jìn)電機(jī)的步距角,步進(jìn)電機(jī)的工作方式,對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)則有單拍（簡(jiǎn)稱單三拍）方式、雙相三拍（簡(jiǎn)稱雙三拍）方式、三相六拍方式。 單三拍工作方式，通電順序?yàn)?A B C A 雙三拍工作方式，通電順序?yàn)?AB BC CA AB 三相六拍工作方式，通電順序?yàn)?A AB B BC C CA A 如果按上述三種通電方式和通電順序進(jìn)行通電，則步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，如果通電方向與上述順序相反，則步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。,步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表,步進(jìn)電機(jī)控制接口,,步進(jìn)電機(jī)輸出字表,步進(jìn)電機(jī)控制程序,三相六拍步進(jìn)電機(jī)走步控制程序,,,