第四章顺序控制与数字程序控制.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,计算机控制技术,第,4,章 顺序控制与数字程序控制,第,4,章 顺序控制与数字程序控制,顺序控制与数字程序控制,4.1,顺序控制,4.2,数字程序控制,4.2.1,逐点比较插补法,4.2.2,数字积分器插补法,4.1,顺序控制,顺序控制就是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顺序地完成工作的自动控制。,1,钻孔动力头的顺序控制,4.1,顺序控制,1,钻孔动力头的顺序控制,在一个循环的加工过程中，钻孔动力头经历快进、工进、工进延时、快退和停止,5,个工作状态，各个工作状态的顺序转换根据现场输入信号（按钮、行程开关、定时器的状态）而定。,图,4-1,钻孔动力头顺序加工的各个工作状态,工作步骤：,刀具在原位，行程开关,S0,闭合；,按启动按钮,A,，电磁阀,D1,通电，刀具快进；,刀具接近工件，,S1,闭合，,D2,通电，刀头工进；,工进到位，,S2,闭合，开始定时工进；,定时时间到，,D1,、,D2,断电，,D3,通电，刀具快退；,刀具退回原位，,S0,闭合，,D3,断电，刀具停止。,4.1,顺序控制,2,搬运机械手的顺序控制,图,4-2,搬运机械手的工艺流程图,工作步骤：,按启动按钮,A,，电磁阀,D1,通电，机械手下降，到位时,S1,闭合，,D1,断电停止下降；,D2,通电，机械手夹紧工件，延时；,D3,通电，机械手上升，到位时,S2,闭合，,D3,断电停止上升；,D4,通电，机械手右移，到位时,S3,闭合，,D4,断电停止右移；,D1,通电，机械手下降，到位时,S1,闭合，,D1,断电停止下降；,D2,断电，机械手松开工件，延时；,D3,通电，机械手上升，到位时,S2,闭合，,D3,断电停止上升；,D5,通电，机械手左移，到位时,S4,闭合，,D5,断电停止左移；回到原位。,4.1,顺序控制,顺序控制系统的组成,结构及特点,如下,顺序控制系统的输入和输出信号都是两个状态的开关信号。,顺序控制系统必须有系统控制器，它是系统的核心部分。,顺序控制系统需要增加检测机构。个典型的顺序控制系统由系统控制器、开关量输入接口电路、开关量输出接口电路、执行机构、控制对象、检测机构、显示与报警电路,7,部分组成，其结构框图如图,4-3,所示。,4.1,顺序控制,图,4-3,顺序控制系统组成结构框图,4.1,顺序控制,3,顺序应用控制举例,1,）自动剪板机的工作原理,图,4-4,自动剪板机工作原理图,SSR3,SSR2,SSR1,2,）自动剪板机的控制实现,图,4-5,自动剪板机控制电路原理框图,A,图,4-6,自动剪板机控制系统程序流程图,A,A,A,B,B,4.2,数字程序控制,数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械（如各种机床）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、控制器和插补器,4,部分组成。,4.2.1,逐点比较插补法,逐点比较插补法，就是它每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较,逐点比较法所形成的加工轨迹是阶梯折线,4.2,数字程序控制,1,逐点比较法直线插补,用于平面加工各种边界为直线的工件或者在平面上绘制直线段。,1,）直线插补计算原理,若,F,m,=0,，表明,m,点在,OA,直线上；,若,F,m,0,，表明,m,点在,OA,直线上方；,若,F,m,0,，表明,m,点在,OA,直线下方。,图,4-7,第一象限直线,4.2,数字程序控制当,F,m,0,时，表明,m,点在,OA,上或者在,OA,的上方，应沿,+,x,方向进给一步，则走一步后新的坐标值为,该点的偏差为,4.2,数字程序控制,若,F,m,0,时，表明,m,点在,OA,的下方，应沿,+,y,方向进给一步，走一步后新的坐标值为,该点的偏差为,4.2,数字程序控制,（,2,）确定终点判断方法,（,3,）插补计算的步骤,每走一步，都要进行以下,4,个步骤,偏差判别,坐标进给,偏差计算,终点判断,2,）直线插补计算举例,起点原点,终点,(6,4),如果起点不在原点，先要进行坐标平移,步,数,偏差判别,坐标进给,偏差计算,终点判断,起点,F,0,=0,E,=10,1,F,00,+,x,F,1,=,F,0,y,e,=0,4=,4,E,=10,1=9,2,F,0,0,+,x,F,3,=,F,2,y,e,=,2,E,=7,4,F,0,0,+,x,F,5,=,F,4,y,e,=0,E,=5,6,F,0,=0,+,x,F,6,=,F,5,y,e,=,4,E,=4,7,F,0,0,+,x,F,8,=,F,7,y,e,=,2,E,=2,9,F,0,0,+,x,F,10,=,F,9,y,e,=0,E,=0,4.2,数字程序控制,图,4-8,直线插补走步轨迹图,3,）,4,个象限直线插补计算公式,图,4-9 4,个象限直线插补的偏差符号和进给方向,4.2,数字程序控制,4,）直线插补计算的编程实现,下面以插补第一象限直线为例，介绍实现插补器的程序流程图及程序设计。,F,0,F,0,直线坐标象限,进给方向,偏差计算,直线坐标象限,进给方向,偏差计算,L,1,、,L,4,+,x,F,m,+1,=,F,m,y,e,L,1,、,L,2,+,y,F,m,+1,=,F,m,+,x,e,L,2,、,L,3,x,L,3,、,L,4,y,表,4-2 4,个象限直线的偏差计算公式及进给方向表,图,4-10,第一象限直线插补计算程序流程图,4.2,数字程序控制,2,逐点比较法圆弧插补,1,）圆弧插补计算原理,定义圆弧插补的偏差判别,计算公式如下：,图,4-11,第一象限逆圆弧,4.2,数字程序控制,设当前加工点正处于,m,（,x,m,y,m,）点，其偏差判别式为,若,F,m,0,，应沿,x,轴向进给一步，到,m,+1,点，其坐标值为：,新加工点的偏差为,:,4.2,数字程序控制,若,F,m,0,，应沿,+,y,轴向进给一步，到,m,+1,点，其坐标值为：,新加工点的偏差为,新加工点的偏差总可以根据前一点的偏差数据计算出来。,4.2,数字程序控制,（,2,）终点判断方法,x,、,y,轴走步步数的总和,E,存入一个计数器。每走一步，从,E,中减,1,。当,E,=0,时，说明已经到达终点。,（,3,）插补计算过程,分偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判断,4,个节拍。计算公式为式4-5,）和式（,4-6,），而且还要进行加工点瞬时坐标（动点坐标）值的计算。,2,）圆弧插补计算举例,设加工第一象限逆圆弧,AB,，已知起点,A,的坐标为,x,0,=4,，,y,0,=0,，终点,B,的坐标为,x,e,=0,，,y,e,=4,。试进行插补计算并做出走步轨迹图。,步序,偏差判别,方向,偏差及坐标计算,终点判断,偏差计算,坐标计算,起点,F,0,=0,x,0,=4,，,y,0,=0,E,=4+4=8,1,F,0,=0,x,F,1,=F,0,-2 x,0,+1,=02,4+1=,7,x,1,=3,，,y,1,=0,E,=8,1=7,2,F,1,0,+,y,F,2,=F,1,+2 y,1,+1,=,7+2,0+1=,6,x,2,=3,，,y,2,=1,E,=7,1=6,3,F,2,0,+,y,F,3,=F,2,+2 y,2,+1,=,3,x,3,=3,，,y,3,=2,E,=6,1=5,4,F,3,0,x,F,5,=,F,4,2,x,4,+1=,3,x,5,=2,y,5,=3,E,=4,1=3,6,F,5,0,x,F,7,=,F,6,2,x,6,+1=1,x,7,=1,y,7,=4,E,=2,1=1,8,F,7,0,x,F,8,=,F,7,2,x,7,+1=0,x,8,=0,y,8,=4,E,=1,1=0,图,4-12,圆弧插补走步轨迹图,4.2,数字程序控制,3,）4,个象限的圆弧插补,（,1,）第一象限,顺圆弧,的插补计算,设加工点现处于,m,（,x,m,y,m,）点。在第一象限顺圆弧插补，若偏差,F,m,0,，则沿,y,轴方向进给一步，到,m,+1,点，新加工点坐标将为（,x,m,y,m,1,），可求出新的偏差为,若偏差,F,m,0,，则沿,+,x,轴方向进给一步，到,m,+1,点，新加工点坐标将为（,x,m,+1,y,m,），同样，可求出新的偏差为,4.2,数字程序控制,（,2,）,4,个象限的圆弧插补,分别以符号,SR,1,、,SR,2,、,SR,3,、,SR,4,表示第一象限至第四象限的顺圆弧，以符号,NR,1,、,NR,2,、,NR,3,、NR,4,表示第一象限至第四象限的逆圆弧。,图,4-13 4,个象限圆弧插补的对称关系,偏差符号,F,m,0,偏差符号,F,m,0,圆弧坐标及方向,进给方向,偏差计算,坐标计算,圆弧坐标及方向,进给方向,偏差计算,坐标计算,SR,1,NR,2,y,F,m,+1,=,F,m,2,y,m,+1,x,m1,=,x,m,y,m1,=,y,m,1,SR,1,NR,4,+,x,F,m,+1,=,F,m,+2,x,m,+1,x,m1,=,x,m,+1,y,m1,=,y,m,SR,3,NR,4,+,y,SR,3,NR,2,x,NR,1,SR,4,x,F,m+1,=,F,m,2,x,m,+1,x,m1,=,xm,1,y,m1,=,y,m,NR,1,SR,2,+,y,F,m,1,=,F,m,+2,ym,+1,x,m1,=,x,m,y,m1,=,y,m,+1,NR,3,SR,2,+,x,NR,3,SR,4,y,表,4-4 8,种圆弧插补时的偏差计算公式和坐标进给方向,4,）圆弧插补计算的程序实现,起始数据及存放,X0,Y0,E,FM,RNS,XM,YM,ZF,4.2,数字程序控制,图,4-14,各象限圆弧插补计算程序流程图,4.2,数字程序控制,4.2.2,数字积分器插补法,1,数字积分器的工作原理,求出曲线下面,t,0,t,n,区间的面,积，一般应用如下的积分公式,若将,t,i,取得足够小，曲线下面的面积可以近似地看成是许多小长方形面积之和，即,图,4-15,函数,y,=,f,（,t,）曲线,4.2,数字程序控制,如果将,t,i,取为一个单位时间（如等于一个脉冲周期的时间），则有,图,4-16,数字积分器框图,4.2,数字程序控制,积分器实际上是完成下述运算,式,中，,，,N,为寄存器的位数。,用这种积分器求一个函数的积分值，得到的是其近似值，积分值误差来自以下两个方面：,各矩形面积之和与曲线所包的实际面积是有差别的。,累加器内还可能有余数存在，即小于单位面积的余数被丢掉了。,4.2,数字程序控制,2,数字积分器法直线插补,1,）直线插补原理,设在,x,、,y,平面中有一直线,OA,，其起点为坐标原点,O,，终点,A,的坐标为（,x,e,y,e,），则该直线的方程可以写为,对,x,求微分得,4.2,数字程序控制,根据式（,4-15,），将,x,、,y,化为对时间,t,的参量方程有,式中，,K,为比例系数。,由式（,4-16,）可得,x,、,y,对,t,的参量方程式为,数字积分器法是求式（,4-17,）在,0,A,区间的定积分。,4.2,数字程序控制,由于积分是从坐标原点开始的，故此坐标增量实际上就是终点坐标，即,若将上述积分式用累加求和式来表示，则有,4.2,数字程序控制,取,t,=1,，则式（,4-19,）可写成,比例系数,K,和累加次数,n,之间有如下的关系,K,的数值与累加器的容量有关，它的值应为,式中，,N,为累加器的位数。故累加次数,n=2,N,上述关系表明，若累加器的位数为,N,，则整个插补过程要进行,2,N,次累加才能到达直线的终点。,4.2,数字程序控制,用数字积分器构成平面直线插补器的特点如下：,需要用两套数字积分器构成平面直线插补器。,每个累加器对被积函数累加,2,N,次后，其溢出脉冲的总数等于终点坐标值。,累加器中溢出脉冲的快慢与被积函数大小成正比，而与寄存器位数（,N,）的,2,N,成反比。,如果把符号与数字分开，取数据的绝对值作为被积函数，而符号作为进给方向控制信号处理，便可对所有不同象限的直线进行插补。,4.2,数字程序控制,2,）数字积分器法直线插补计算举例,设要加工一条直线,OA,，起点,O,为坐标原点，终点,A,的坐标为,x,e,=8,，,y,e,=10,，累加器和寄存器的位数都为,4,位（,N,=4,），其最大容量为,2,4,=16,。根据数字积分器法进行插补计算（）,n=16,K=1/16,X,数字积分器,累加次数,X,寄存器,累加器,X,（初值,=0,）,X,累加器溢出脉冲,S,X,1,8,0+8=8,0,2,8,8+8-16=0,1,3,8,0+8=8,0,4,8,8+8-16=0,1,5,8,0+8=8,0,6,8,8+8-16=0,1,7,8,0+8=8,0,8,8,8+8-16=0,1,9,8,0+8=8,0,10,8,8+8-16=0,1,11,8,0+8=8,0,12,8,8+8-16=0,1,Y,数字积分器,累加次数,Y,寄存器,累加器,Y,（初值,=0,）,Y,累加器溢出脉冲,S,Y,1,10,0+10=10,0,2,10,10+10-16=4,1,3,10,4+10=14,0,4,10,14+10-16=8,1,5,10,8+10-16=2,1,6,10,2+10=12,0,7,10,12+10-16=6,1,8,10,6+10-16=0,1,9,10,0+10=10,0,10,10,10+10-16=4,1,11,10,4+10=14,0,12,10,14+10-16=8,1,42,数字程序控制,图,4-17,数字积分器法直线插补脉冲分配及走步轨迹,4.2,数字程序控制,3,数字积分器法圆弧插补,1,）插补原理,圆的方程式为,对两边求导得有,写成参变量方程式，式中，,K,为比例系数。,图,4-19,第一象限逆圆弧,-,4.2,数字程序控制,对式（,4-23,）求积分得,求式（,4-24,）在,A,B,区间的定积分，其积分值应等于由,A,到,B,的坐标增量，即,将上述积分用累加代替来进行近似计算，则有,-,4.2,数字程序控制,圆弧插补积分器与直线插补积分器的区别：,累加溢出时方向进给，,累加溢出时方向进给。,、,寄存器的初值分别存入圆弧的起点,、,，,差补过程中随位置作或修正。,、两个方向可能同时到达终点，需要两个方向进行终点判断。,4.2,数字程序控制,2,）数字积分器法圆弧插补计算举例,设加工第一象限逆圆弧，起点,A,的坐标为,x,0,=6,，,y,0,=0,，终点,B,的坐标为,x,e,=0,，,y,e,=6,，累加器为,3,位，采用数字积分法进行圆弧插补计算,圆弧走向,顺,圆,弧,逆,圆,弧,所在象限,1,2,3,4,1,2,3,4,y,i,修正,减,加,减,加,加,减,加,减,x,i,修正,加,减,加,减,减,加,减,加,y,轴进给方向,y,+,y,+,y,y,+,y,y,y,+,y,x,轴进给方向,+,x,+,x,x,x,x,x,+,x,+,x,表,4-6,各个象限圆弧插补坐标修正及进给方向,X,数字积分器,累加,寄存器,X(,初值,=7),溢出脉冲,S,X,1,0,7+0=7,0,2,1,7+1-8=0,1,3,2,0+2=2,0,4,3,2+3=5,0,5,3,5+3-8=0,1,6,4,0+4=4,0,7,4,4+4-8=0,1,8,5,0+5=5,0,9,5,5+5-8=2,1,10,6,2+6-8=0,1,11,6,0+6=6,0,12,6,6+6-8=4,1,13,6,4+6-8=2,1,Y,数字积分器,寄存器,Y(,初值,=7),溢出脉冲,S,Y,6,7+6-8=5,1,6,5+6-8=3,1,5,3+5-8=0,15,0+5=5,0,5,5+5-8=2,1,4,2+4=6,0,4,6+4-8=2,1,3,2+3=5,0,3,5+3-8=0,1,2,0+2=2,0,1,2+1=3,0,1,3+1=4,0,0,4+0=4,0,X,数字积分器,累加次数,X,寄存器,累加器,X,（初值,=7,）,X,累加器溢出脉冲,S,X,1,0,7+0=7,0,2,1,7+1-8=0,1,3,2,0+2=2,0,4,3,2+3=5,0,5,3,5+3-8=0,1,6,4,0+4=4,0,7,4,4+4-8=0,1,8,5,0+5=5,0,9,5,5+5-8=2,1,10,6,2+6-8=0,1,11,6,0+6=6,0,12,6,6+6-8=4,1,13,6,4+6-8=2,1,Y,数字积分器,累加次数,Y,寄存器,累加器,Y,（初值,=7,）,Y,累加器溢出脉冲,S,Y,1,6,7+6-8=5,1,2,6,5+6-8=3,1,3,5,3+5-8=0,1,4,5,0+5=5,0,5,5,5+5-8=2,1,6,4,2+4=6,0,7,4,6+4-8=2,1,8,3,2+3=5,0,9,3,5+3-8=0,1,10,2,0+2=2,0,11,1,2+1=3,0,12,1,3+1=4,0,13,0,4+0=4,0,4.2,数字程序控制,图,4-20,第一象限逆圆弧插补走步轨迹图,4.2,数字程序控制,3,）数字积分器法圆弧插补计算的程序实现,