4 y 顺序控制与数字程序控制技术

4.1.2
4.1.3
第四章 顺序控制与数字程序控制技术
3
计算机控制技术
4.1.1 顺序控制概述
• ⒈顺序控制概念 顺序控制是指以预先规定好的时间或条件为 依据，按预先规定好的动作次序，对控制过 程各阶段顺序地进行自动化。 顺序控制原理：根据应用的场合和工艺要求， 划分各种不同的工步，然后按预先规定好的 “时间”或“条件”，按次序完成各工步的 动作并保证各工步动作所需要的持续时间。
（1）第一象限圆弧插补计算原理 ①偏差判别。 偏差值
F = x2 + y2 －R2
当P点位于圆弧上时，F = 0
图4.13 逐点比较法圆弧插补
②进给 P点在圆弧外时，F > 0，向圆外 ( -x方向 ) 进给一步。 P点在圆弧内时，F < 0，向圆外 ( +y方向 ) 进给一步。 P点在圆弧上时，F = 0，规定按F > 0处理。
图4.15圆弧插补走步轨迹图
第四章 顺序控制与数字程序控制技术
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（2）四象限的圆弧插补原理
第二象限顺圆的偏差计算公式 若F≥0时，下一步应沿+x 方向进给一步，新的加工 点坐标将是(x+1，y)，可 求出新的偏差为 F＇＝F+2x +1 若F<0时，下一步应沿+y 方向进给一步，新的加工 点坐标将是(x，y+1)，可 求出新的偏差为 F＇＝F+2y +1
第四章 顺序控制与数字程序控制技术
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计算机控制技术
⒊顺序控制系统的特点
顺序控制系统的输入、输出信号以开关 量信号为主 逻辑关系复杂 控制程序客观 可靠性要求高
第四章 顺序控制与数字程序控制技术
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4.1.2 顺序控制系统的组成
典型的微机顺序控制系统是由系统控制器、信号检测、执行机 构及被控对象等组成
操作台
被 控 对 象 信号 检测 输入 电路 输入 接口 控 制 计 算 机
报警
执行 机构
输出 电路
输出 接口
显示
图4.3典型微机顺序控制系统组成框图
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4.1.3微机顺序控制系统应用案例 硬 件 框 图
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4.2 数字程序控制技术
4.2.1 4.2.2 4.2.3
•4.2.1数字程序控制基础 •4.2.2逐点比较插补法 •4.2.3 步进电机的控制
第四章 顺序控制与数字程序控制技术
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4.2 数字程序控制技术
• 数字程序控制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 • 数字程序控制系统一般由输入装置、输 出装置、控制器、伺服驱动装置等组成 • 数字程序控制系统中的轨迹控制策略是 插补和位置控制
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第4章 顺序控制与数字程序控制技术
计算机控制技术
主要内容
4.1 4.2
•4.1 顺序控制技术
•4.2 数字程序控制
第四章 顺序控制与数字程序控制技术
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4.1 顺序控制技术
4.1.1
4.1.1 顺序控制概述 4.1.2 顺序控制系统组成 4.1.3 微机 顺序控制系统应用案例
第四章 顺序控制与数字程序控制技术
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例4.2 机械手
左限位开关 原点 。 。 右限位开关 下限位开关 。。
终点
。 上限位开关
。上限位开关 下限位开关
。 夹紧
。
放松
图4.2机械手取放动作工件示意图
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⒉顺序控制系统的类型
按顺序执行的继电—接触器控制系统 半导体逻辑顺序控制系统 可编程顺序控制器系统 微机顺序控制系统
凡F<0时，向y方向进给，在第一、二象限向+y方向进给； 在第三、四象限，向-y方向进给。 不管是哪个象限，都采用与第一象限相同的偏差计算公 式，只是式中的终点坐标值均取绝对值。
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表4.2 四象限的进给脉冲和偏差计算
偏差判别 A1 进给 A2 A3 A4 偏差计算
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例4.1 冷加工自动线中钻孔动力头钻孔过程 的顺序控制原理图
快进YA1 快退YA3 动力头
工进YA2
SQ1
SQ2
SQ3
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钻孔过程分为以下5步
• 1)动力头在起始位置(行程开关SQ1受压)，按启动 开关按钮SB1后，电磁阀YAl通电，动力头快进； • 2)快进到位时压下行程开关SQ2，使电磁阀YA2通 电(YAl保持通电)，动力头由快进转工进(钻孔)， 即一边加工一边进给； • 3)工进到位时压下行程开关SQ3，使YAl、YA2断 电，开始定时延迟，动力头原地镟削(精镗)； • 4)延迟时间到，YA3通电，动力头快退； • 5)动力头退回到原位，行程开关SQ1又受压，YA3 断电，动力头停止。
第四章 顺序控制与数字程序控制技术
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4.2.2 逐点比较法插补原理
• 逐点比较法插补原理：每当画笔或刀具向某一 方向移动一步，就进行一次偏差计算和偏差判 别，也就是到达新的点位置和理想线型上对应 点的理想位置坐标之间的偏离程度，然后根据 偏差的大小确定下一步的移动方向，使画笔或 刀具始终紧靠理想线型运动，起到步步逼近的 效果。 • 由于采用的是“一点一比较，一步步逼近”方 法，因此称为逐点比较法。
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4.2.1 数字程序控制基础
⒈数字程序控制的基本原理 • ⑴曲线分割 • ⑵插补计算 图4.6 曲线分段 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。常用的插补形式有直线插补和 二次曲线插补两种形式。 • ⑶脉冲分配
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⒉ 数字程序控制方式
⑴按控制对象的运动轨迹分类:点位控制、直线切削控制和轮 廓切削控制 ⑵根据有无检测反馈元件分类 :开环和闭环数字程序控 制 ①闭环数字程序控制
计算机 D/A
伺服电机 驱动电路
伺服电机
工作台
测量元件
②开环数字程序控制
计算机 步进电机 驱动电路 步进电机 工作台
F≥0 +Δ x -Δ x -Δ x +Δ x F´=F-|ye|
F<0 +Δ y +Δ y -Δ y -Δ y F´=F+|xe|
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四 象 限 直 线 插 补 计 算 流 程 图
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2. 逐点比较法圆弧插补
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• ③偏差计算
设P点在圆外，F > 0，
F = (x－1)2 + y2 － R2 = x2 －2x + l + y2 －R2
=（x2 + y2 －R2）－2x + l = F－2x + 1
若P点在圆内，F < 0 ，
F = x2 + (y+ 1)2 －R2 = x2 + y2 +2y + l － R2 = (x2 + y2 －R2) +2y + l = F+2y+l
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⑶第一象限直线插补计算流程
• ①偏差判别，判断上一步进给后的偏差 值F≥0还是F<0； • ②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； • ③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。 • ④终点判别，终点判别计数器减1，判断 是否到达终点，
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⑷四个象限的直线插补
A2 F>0 F>0 A1
F<0
0 A
F<0
F<0
F<0
A3ห้องสมุดไป่ตู้
F>0
B
F>0
A4
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设A1、A2、A3、A4分别表示第一、第二、第三、第四 象限的四种线型。 它们的加工起点均从坐标原点开始。
凡F≥0时，向x方向进给，在第一、四象限向+x方向进给； 在第二、三象限，向-x方向进给；
• ⑴第一像限内的直线插补
①偏差计算公式
Fm ym xe xm ye
根据相似三角形的关系 xm xe y m ye xm ym xe ye 0
偏差计算，用到乘法，为保障 快速、运算精度和动态范围， 工业控制算法中要尽量避免中 间运算过程中的乘法。
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Fm 0, 表明m点在OA直线上 Fm 0, 表明m点在OA直线上方 Fm 0, 表明m点在OA直线下方
• ④终点判别
总步数作为计数长度值，长度计数器的初值为 Nxy = |xe －x0|+ |ye －y0| 每个坐标方向设一个计数器 ，
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开始
第 一 象 限 逆 圆 插 补 的 流 程 图
初始化 xe、ye、xo、yo、F=0
ι=|ye-yo|+|xe-xo|
N
F≥0? Y 沿－x向走一步
沿＋y向走一步
F←F-2x+1 x←x-1,y←y
F←F-2y+1 x←x,y←y+1
ι←ι-1
N
ι=0?
Y 结束
图 3.19 图 4.14
第一象限逆圆插补的流程图
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• 例4.6 假设加工第一象限逆圆 弧AB， • 起点A的坐标值为 x0 = 4 ， y0 = 3 ， • 终点B的坐标值为 xe = 0，ye =5。 • 试进行插补计算并作出 走步轨迹图。
ym 1 ym
ym1 ym 1
Fm1 ym1 xe xm1 ye ( ym 1) xe xm ye Fm xe
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⑵终点判别方法
• 每走一步比较一次直至两者相等为止 • 取终点坐标中的较大者作为终点判别的 依据 • 用一个终点判别计数器 ，存放两个坐标 的总步数
• 2. 控 制 程 序 流 程 图
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3. 控制程序
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START：MOV A ，P1 ；读入现场信号 ANL A ，# 0FCH CJNE A ，#03H ，START ；SQl、SBl＝1？ STEP1：SETB P1.5 ；是，动力头快进 MOV A ，P1 ；读入现场信号 ANL A ，# 04H CJNE A ，# 04H，STEPl ；判断SQ2＝1？ STEP2：SETB A ，P1.6 ；是，转入工进 MOV A ，Pl ；读人现场信号 ANL A ，# 08H CJNE A ，# 08H ，STEP2 ；判断SQ3＝1？ CAlL DELAY ；是，延时停留 SETP3：MOV A ，# 80H MOV P1 ，A ；YA3＝l ，Yal ，YA2 ＝0 MOV A ，P1 ANL A ，# 02H CJNE A ，#02H ，SETP3 ；判断SQ3＝1？ CLR P1.7 ；是，YA3＝0 AJMP START ；返回，转下次循环
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逐点比较法特点
• 是以直线或折线(阶梯状的)来逼近直线或 圆弧等曲线的，它与给定轨迹之间的最 大误差为一个脉冲当量 • 只要把运动步距取得足够小，便可精确 地跟随给定轨迹，以达到精度的要求
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1. 逐点比较法直线插补
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②进给与偏差计算
当 Fm 0 ，表明m点在直线段OA上或OA上方 ， 应沿 +x 方向走一步至m+1 xm 1 xm 1 该点的坐标值为 该点的偏差为： Fm1 ym1 xe xm1 ye ym xe ( xm 1) ye Fm ye 当 Fm 0，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 xm1 xm 该点的偏差为：
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例4.4 设给定的加工轨迹为第一象限的直线OP，起点为 坐标原点，终点坐标A（xe，ye），其值为(5，4)，试进 行插补计算并作出走步轨迹图。
y 4 3 2 1 0 2 1 1 4 3 2 3 4 5 x 6 5 8 7 9 A(xe,ye)
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