步进电机控制技术

0
(x0,y0)
X
定义为坐标增量值 将x和y定义为坐标增量值(即x=y = 1) ,则插补 和 定义为坐标增量值( = 方向上的脉冲数, 运算就是如何分配 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. 轨迹尽可能地逼近理想轨迹. 实际的中间点连接线是一条由x和 的增量组成的折线, 实际的中间点连接线是一条由 和y 的增量组成的折线, 只是由于x和 的值很小,看起来和直线一样. 只是由于 和y 的值很小,看起来和直线一样.
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2,数字程序控制方式
从运动轨迹划分: 从运动轨迹划分: *点位控制 点位控制(Point To Point-PTP) 点位控制 点位控制系统中, 点位控制系统中,只要求控制加工刀具行程的终点坐标值即 .(钻床 冲床等) 钻床, 可.(钻床,冲床等) * 路径控制(Continuous Path-CP) 路径控制( 路径控制系统中,要求在运动过程中将工件加工成某一形状, 路径控制系统中,要求在运动过程中将工件加工成某一形状, 因此不但要控制终点坐标,还要控制其轨迹, 因此不但要控制终点坐标,还要控制其轨迹,保证其插补 值满足精度要求.包括直线切削控制和轮廓切削控制. 值满足精度要求.包括直线切削控制和轮廓切削控制.
计算机 步进电机 驱动电路 步进电机 工作台
工作台由步进电机驱动, 工作台由步进电机驱动,步进电机接受驱动电路发来的指令 步进电机驱动 脉冲作相应的旋转.把刀具移动到与指令脉冲相当的位置. 脉冲作相应的旋转.把刀具移动到与指令脉冲相当的位置. 至于刀具是否到达脉冲所规定的位置,则不受检查. 至于刀具是否到达脉冲所规定的位置,则不受检查. 所以,控制的可靠性和精度由步进电机或传动装置决定. 所以,控制的可靠性和精度由步进电机或传动装置决定.
Y c d a b 0 X
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从控制原理划分: 从控制原理划分: * 闭环数字控制系统,这种控制结构大都采用直流电机作为驱 闭环数字控制系统, 动元件,反馈测量元件采用光电编码器(码盘), ),光栅或 动元件,反馈测量元件采用光电编码器(码盘),光栅或 感应同步器.结构复杂,精度高. 感应同步器.结构复杂,精度高. * 开环数字程序控制系统,这种控制结构没有反馈检测元件, 开环数字程序控制系统,这种控制结构没有反馈检测元件, 工作台由步进电机驱动. 工作台由步进电机驱动.系统结构如下图
三,步进电机控制技术(step motor control technology)
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一,数字程序控制基础
(fundamental of numeric program control) 数字程序控制主要用于机床的自动控制,如加工中心, 数字程序控制主要用于机床的自动控制,如加工中心,线切割 主要用于机床的自动控制 机等的自动控制系统中,采用数字程序控制的机床称为数 机等的自动控制系统中,采用数字程序控制的机床称为数 控机床. 控机床. 所谓数字程序控制,就是计算机根据输入的指令和数据, 所谓数字程序控制,就是计算机根据输入的指令和数据,控制 数字程序控制 机床按规定的工作顺序,运动轨迹, 机床按规定的工作顺序,运动轨迹,运动距离和运动速度 等自动地完成工作地自动控制. 等自动地完成工作地自动控制. 1,数字程序控制原理(principle) ,数字程序控制原理 2,数字程序控制方式(manner) ,数字程序控制方式
xm x = e ym ye
即
y m xe x m y e = 0
定义直线插补的偏差判别式为 定义直线插补的偏差判别式为: Fm = y m xe xm ye 偏差判别式
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Fm = y m xe xm ye
* 若Fm=0,点m在OA上; , 在 上 ym * 若Fm > 0,点m在OA上方, 上方, , 在 上方 即为点 ; 即为点m'; * 若Fm< 0,点m在OA下方, 0 , 在 下方, 下方 即为点 . 即为点m''.
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二,逐点比较法插补原理
所谓逐点比较法插补, 所谓逐点比较法插补,就是绘图笔或刀具每走一步都要和给定 逐点比较法插补 轨迹上的坐标值进行比较,然后再决定下一步怎么走. 轨迹上的坐标值进行比较,然后再决定下一步怎么走. 如果这点在给定轨迹的下方,则下一步就往给定轨迹的上方走; 如果这点在给定轨迹的下方,则下一步就往给定轨迹的上方走; 如果原来在给定轨迹的的外面, 如果原来在给定轨迹的的外面,则下一步就往给定轨迹的里面 走; 如此,走一步,比较一步,决定下一步的走向,以便逼近给定 如此,走一步,比较一步,决定下一步的走向, 轨迹. 轨迹. 逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的; 逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的; 是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的 最大误差就是一个脉冲当量. 最大误差就是一个脉冲当量. 就是一个脉冲当量 (1)逐点比较直线插补 ) (2)逐点比较圆弧插补 )
Y
A(xe,ye) m' m(xm,ym) m''
X
ym
0
xm
xm +1 = xm + 1 y m+1 = y m
= ym xe ( xm + 1) ye
的偏差为: 点(m+1)的偏差为: Fm+1 = y m+1 xe xm+1 ye 的偏差为
= ym xe xm ye ye
Fm +1 = Fm ye
Y
A(xe,ye) m' m(xm,ym) m''
X
xm
第一象限直线逐点比较法插补原理: 第一象限直线逐点比较法插补原理: 从直线的起点(坐标原点)出发, 从直线的起点(坐标原点)出发, * 当Fm ≥0,沿+x方向走一步; 方向走一步; , 方向走一步 * 当Fm < 0,沿+y方向走一步; 方向走一步; , 方向走一步 * 当两方向所走得步数与终点坐标 e , ye )相等时,发出终点 当两方向所走得步数与终点坐标(x 相等时, 相等时 到信号,停止插补. 到信号,停止插补.
Fm +1 = Fm ye Fm +1 = Fm + xe
注意:加工的起点是坐标原点,起点的偏差是已知的, 注意:加工的起点是坐标原点,起点的偏差是已知的, 即: F0=0
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Y
设加工点正处于m点 设加工点正处于 点, 点在OA ym ②当Fm < 0,标明 点在 ,标明m点在 的下方,应沿+ 方向走一步 的下方,应沿+y方向走一步 至(m+1)点, 点
0
A(xe,ye) m' m(xm,ym) m''
X
所以, 的坐标值: 所以,点(m+1)的坐标值: 的坐标值
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1,逐点比较直线插补
偏差计算公式
ym
Y
A(xe,ye) m' m(xm,ym) m''
X
假设在第一象限加工直线段OA, 假设在第一象限加工直线段 , 起点是坐标原点,终点 起点是坐标原点,终点A (xe , ye )
0
xm
是加工点, 在直线段OA上 则有: 点m (xm , ym )是加工点,若点m在直线段 上,则有: 是加工点 在直线段
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图示是一段用折线逼近直线的直线插补线段, 图示是一段用折线逼近直线的直线插补线段,记 x 方向和 y 方向移动的总步数为N 方向移动的总步数为 x和Ny . 则x 方向移动的总步数
Y
(xe,ye)
x e x0 Nx = x
则y 方向移动的总步数 ye y0 Ny = y
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1,数字程序控制原理(P64) 数字程序控制原理(P64)
Y
基点 基点
c d
基点
图中abcd为绘图仪绘图曲线或零 为绘图仪绘图曲线或零 图中 件的加工曲线. 件的加工曲线. 将图中的曲线分成若干段: 将图中的曲线分成若干段:
a b 0
基点
X
ab , bc , cd
当给定a, , , 各点的 各点的x和 坐标 坐标, 当给定 ,b,c,d各点的 和y坐标,如何确定 各坐标值之间的中间值? 各坐标值之间的中间值? 求得这些中间值的数值计算方法称为插补或插值. 求得这些中间值的数值计算方法称为插补或插值. 插补计算就是通过给定的基点坐标, 插补计算就是通过给定的基点坐标,以一定的 就是通过给定的基点坐标 速度连续定出一系列中间点, 速度连续定出一系列中间点,而这些中间点的坐标 值是以一定的精度逼近给定的线段. 值是以一定的精度逼近给定的线段.
xm
xm +1 = xm ym +1 = ym + 1
的偏差为: 点(m+1)的偏差为: Fm+1 = y m+1 xe xm+1 ye 的偏差为
= ( ym + 1) xe xm ye
= ym xe + xe xm ye
Fm +1 = Fm + xe
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简化的偏差计算公式: 简化的偏差计算公式: 新的加工点的偏差F 新的加工点的偏差 m+1 都可以由前一点的偏差 Fm 和终点坐 标相加减得到. 标相加减得到. 方向走一步, 当Fm≥0,沿+x方向走一步, , 方向走一步 方向走一步, 当Fm < 0,沿+y方向走一步, , 方向走一步
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为了编程方便, 为了编程方便,进一步推导 简化的偏差计算公式. 简化的偏差计算公式. 设加工点正处于m点 设加工点正处于 点, 点在OA ① 当 Fm≥0, 标明 点在 , 标明m点在 上或OA的上方,应沿+x 的上方, 上或 的上方 应沿+ 方向走一步至(m+1)点, 方向走一步至 点 所以, 的坐标值: 所以,点(m+1)的坐标值: 的坐标值
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理论上来讲, 理论上来讲,插补的形式 可以是任意函数, 可以是任意函数,但常用的是 直线插补和二次曲线插补. 直线插补和二次曲线插补. 直线插补(beeline) 直线插补 二次曲线(conic) 二次曲线
0
Y c d a b X
所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近, 所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近,也就是 直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近 由此方法定出的中间点连接起来的若干折线近似于一条直线, 若干折线近似于一条直线 由此方法定出的中间点连接起来的若干折线近似于一条直线,而并不 是一条真正的直线. 是一条真正的直线. 所谓二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近, 所谓二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近,也 二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近 就是实际的中间点连线是一条近似于曲线的折线弧. 就是实际的中间点连线是一条近似于曲线的折线弧. 折线弧 常用的二次曲线有圆弧(arc),抛物线 和双曲线(hyperbola)等 常用的二次曲线有圆弧 二次曲线有圆弧 ,抛物线(parabola)和双曲线 和双曲线 等
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最后,把插补运算过程中定出的各中间点, 脉冲形式去控制 最后,把插补运算过程中定出的各中间点,以脉冲形式去控制 x,y方向上的步进电机(绘图笔,或加工刀具),从而绘 方向上的步进电机( ),从而绘 , 方向上的步进电机 绘图笔,或加工刀具), 出图形或加工出所要求的轮廓. 出图形或加工出所要求的轮廓. 每一个脉冲信号步进电机走一步, 每一个脉冲信号步进电机走一步,即绘图笔或刀具在 x 或 y 方 向移动一步. 向移动一步. 把对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量,又称为步长. 把对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量,又称为步长. 脉冲当量 常用x, 来表示 且取x= . 来表示, 常用 ,y来表示,且取 =y.
第三章 步进电机控制技术
(step motor control technology)
一,数字程序控制基础(fundamental of numeric program control) 二,逐点比较法插补原理(interpolation principle of comparison point
by point)