運(yùn)動(dòng)控制實(shí)習(xí)報(bào)告

運(yùn)動(dòng)控制實(shí)習(xí)報(bào)告姓名：葛峰銘組員：李浩銘學(xué)院：自動(dòng)化班 級(jí)： 231131專業(yè)：自動(dòng)化指導(dǎo)老師：李勇波2016年8月

一、自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)概述自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的背景和目的在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，伺服電機(jī)及三相異步電機(jī)被廣泛的應(yīng)用在冶金行業(yè)，化工行業(yè)，機(jī)械制造和食品加工等多種行業(yè)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制是控制領(lǐng)域比較經(jīng)典和最常見(jiàn)的控制類型，是控制理論實(shí)踐和擴(kuò)展的基礎(chǔ)，深入了解并學(xué)習(xí)電機(jī)的控制方法和理論是有著深遠(yuǎn)的學(xué)習(xí)意義的。自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)也是綜合應(yīng)用控制理論、單片機(jī)原理及接口技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)、微機(jī)接口技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等課程知識(shí)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的在于通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證和研究控制理論（伺服電機(jī)控制），增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，以促進(jìn)認(rèn)識(shí)的深化，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的分析能力，使學(xué)生掌握一般運(yùn)動(dòng)控制和溫度控制的操作方法和基本技能。自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容伺服電動(dòng)機(jī)的特性參數(shù)與調(diào)速原理（驗(yàn)證性）；伺服電動(dòng)機(jī)的頻率特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證性）；伺服電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)驗(yàn)（綜合性）；伺服電動(dòng)機(jī)的特性及接線實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)性）；伺服電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)性）；單片機(jī)控制系統(tǒng)鍵盤控制及顯示實(shí)驗(yàn)（綜合性）；單片機(jī)控制系統(tǒng)直線插補(bǔ)實(shí)驗(yàn)（綜合性）單片機(jī)控制系統(tǒng)位置檢測(cè)實(shí)驗(yàn)（綜合性）；單片機(jī)控制系統(tǒng)X、丫軸點(diǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)（綜合性）；單片機(jī)控制系統(tǒng)圓弧插補(bǔ)實(shí)驗(yàn)（綜合性）1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)預(yù)期的結(jié)果按照接線圖正確連接機(jī)箱后，能通過(guò)單片機(jī)板子實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)X軸和Y軸上的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，了解直線插補(bǔ)算法的原理并編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能，了解圓弧插補(bǔ)算法的原理并編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)硬件介紹運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)儀運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)儀是一個(gè)平面兩軸驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置，機(jī)械部分采用絲桿螺母的傳動(dòng)方式，如圖2-1所示。它可以由單片機(jī)控制，控制系統(tǒng)用一套伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)電路板。驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)電路板上有單片機(jī)的控制接口，使用十分方便。該運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)儀配備了一只畫(huà)筆，通過(guò)編制相應(yīng)的控制程序，可以在圖板上繪出不同的圖形，使運(yùn)動(dòng)過(guò)程更加明了，便于觀察。運(yùn)動(dòng)控制儀可采用單片機(jī)控制其結(jié)構(gòu)如圖所示，單片機(jī)控制是學(xué)生掌握匯編語(yǔ)言編程。從硬件結(jié)構(gòu)上，單片機(jī)接口電路也與控制電路相連。'Y'/i機(jī).及其

倡口”電路拄望跆'Y'/i機(jī).及其

倡口”電路拄望跆*一^~尊就單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)控制電路分為顯示電路，鍵盤電路、脈沖鎖存和光槽開(kāi)關(guān)信號(hào)讀取電路光隔電路組成。五個(gè)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)地址分別為：0000H,2000H,4000H,6000H,8000H,每個(gè)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)“暗、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”的段選碼值對(duì)應(yīng)為00H,7EH,60H,57H,75H,69H,3DH,3FH,70H,7FH,79H。鍵盤為3X6行列示鍵盤，其中第一個(gè)鍵為復(fù)位鍵，其他鍵可以按設(shè)計(jì)自由編排。伺服電機(jī)分配脈沖對(duì)應(yīng)鎖存器地址為A000H,其中高四位是Y軸信號(hào)，低四位是X軸信號(hào)。信號(hào)從高到低排列依次為：高壓（+24V）信號(hào)（置0關(guān)斷，置1開(kāi)通）、A相信號(hào)（置0關(guān)斷，置1開(kāi)通）、B相信號(hào)（置0關(guān)斷，置1開(kāi)通）、C相信號(hào)（置0關(guān)斷，置1開(kāi)通）。光槽開(kāi)關(guān)信號(hào)緩沖器74LS244讀寫(xiě)地址為E000H2.3機(jī)箱內(nèi)部走線圖限位開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)-TX1EN+2EN-3ICOM4ICW5ICCW6PULS+7PULS-8SIGN+1EN+2EN-3ICOM4ICW5ICCW6PULS+7PULS-8SIGN+藍(lán)色:灰色：接單片機(jī)板子VCC綠色:黑色:一共有三條引出線，紅、藍(lán)、黑，其中紅接+24V藍(lán)接）1黑為信號(hào)線）左側(cè)驅(qū)動(dòng)器（下軸）的信號(hào)線右側(cè)驅(qū)動(dòng)器（上軸）的信號(hào)線限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)線（限位開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)+SUBV-wVuESUH^ESUH^2.3機(jī)箱內(nèi)部走線圖限位開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)-TX1EN+2EN-3ICOM4ICW5ICCW6PULS+7PULS-8SIGN+1EN+2EN-3ICOM4ICW5ICCW6PULS+7PULS-8SIGN+藍(lán)色:灰色：接單片機(jī)板子VCC綠色:黑色:一共有三條引出線，紅、藍(lán)、黑，其中紅接+24V藍(lán)接）1黑為信號(hào)線）左側(cè)驅(qū)動(dòng)器（下軸）的信號(hào)線右側(cè)驅(qū)動(dòng)器（上軸）的信號(hào)線限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)線（限位開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)+SUBV-wVuESUH^ESUH^-esahnDNCDDVEKARDesuh^

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+SUBV黃色：開(kāi)關(guān)電源的紅色：開(kāi)關(guān)電源的4V三、實(shí)驗(yàn)程序及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析鍵盤掃描及液晶顯示模塊首先要定義鍵盤掃描和液晶的地址，然后運(yùn)用文字取模軟件獲得文字在液晶顯示的32位碼，并且定義為char型數(shù)組格式，讀寫(xiě)取液晶文字碼后將程序初始化，清屏，使用液晶程序模塊(與數(shù)碼管不同液晶不用多次掃描顯示)。鍵盤掃描子程序部分，則運(yùn)用flag全局變量判斷運(yùn)行模塊：ucharkeyscan()〃鍵盤輸入程序{COM8255=mode8255;PC8255=0x7f;〃第1列temp=PC8255;temp=temp&0x0f;while(temp!=0x0f){delay0(5);temp=PC8255;temp=temp&0x0f;while(temp!=0x0f){temp=PC8255;switch(temp){case0x7e:{ZX();zhixianchabu1(3000,0);zhixianchabu3(2427,1607);zhixianchabu1(1277,2714);zhixianchabu4(1277,2714);zhixianchabu2(2427,1607);flag=0;PA8255=0xff;break;}逐點(diǎn)比較法的直線插補(bǔ)加工如圖1—1所示的平面斜線AB，以斜線起點(diǎn)A的坐標(biāo)為x0，y0，斜線AB的終點(diǎn)坐標(biāo)為(xe，ye)，則此直線方程為：X—X0_Xe—X0Y-Y0—Ye-Y0取判別函數(shù)F=(Y—Y0)(Xe—Xo)—(X-X0)(Ye—Y0)用逐點(diǎn)比較法加工時(shí)，每一次只在一個(gè)坐標(biāo)方向給出一個(gè)脈沖，使運(yùn)動(dòng)件在該坐標(biāo)方向上進(jìn)給一步，因此刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡是折線，而不是斜線AB。折線拐點(diǎn)M與斜線AB之間的位置關(guān)系有如下三種情況：1)M點(diǎn)在AB線的上方.判別函數(shù)F>0;2)M點(diǎn)在AB線上，F(xiàn)=03)M點(diǎn)在AB線的下方，F(xiàn)<0為控制方便，將F>0和F=0兩種情況作為F>=0一種方式判別。當(dāng)判別函數(shù)F>=0時(shí)，刀具一定處在AB線的上方，或在AB線上。例如圖中的M1(X1,Y1)點(diǎn)，這時(shí)刀具只有沿+X方向進(jìn)給才更接近AB線，因此，根據(jù)這個(gè)判別結(jié)果，計(jì)算機(jī)在x鈾方向輸出一個(gè)脈沖，使刀具在+x方向前進(jìn)一個(gè)脈沖當(dāng)量的距離。到達(dá)M2點(diǎn)。對(duì)刀具相對(duì)工件的移動(dòng)方向的控制可根據(jù)線段所處的象限來(lái)決定。若線段處在第三象限，在x或y方向輸出脈沖時(shí)，使伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)即可。而判別式和脈沖分配方式與第一象限相同；若線段處在第二象限可使X向電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)而y向電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，第四象限使X向電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，Y向電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)定義四象限直線插補(bǔ)程序，以第一象限為例，其他只需改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的方向：voidzhixianchabu1(inta,intb){intX,Y;intxm,ym,Nxy;//xe,ye;signedintFm;xm=0;〃置x,y起點(diǎn)坐標(biāo)ym=0;X=a;Y=b;Nxy=abs(X-0)+abs(Y-0);〃總步數(shù)while(Nxy){Fm=ym*X-xm*Y; 〃直線插補(bǔ)的偏差辨別式if(Fm>=0){Xright();xm++;Fm=ym*X-xm*Y;Nxy--;)else{Yright();ym++;Fm=ym*X-xm*Y;Nxy--; }}}直線插補(bǔ)程序，延時(shí)函數(shù)及方向電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)函數(shù)：voiddelay3(){uintx;for(x=10;x>0;x--);}voidXright(){inti;for(i=0;i<10;i++){PA8255=0x00;delay3();PA8255=0x01;delay3();})

3.3逐點(diǎn)比較法的圓弧插補(bǔ)在圖3-6中AB是被加工圓弧。加工程序中給出的已知條件通常是A點(diǎn)B點(diǎn)的坐標(biāo)值，圓心0’點(diǎn)相對(duì)圓弧起點(diǎn)A的增量坐標(biāo)值。由圖可知：圓心0’點(diǎn)相對(duì)A點(diǎn)的增量坐標(biāo)值為(一Io，—Jo)。改變符號(hào)后就成為A點(diǎn)相對(duì)0’點(diǎn)的增量值Io,Jo。由此可求出圓弧的半徑值R：R2=Io2+Jo2在以圓心0'點(diǎn)為原點(diǎn)的I、J坐標(biāo)系中，圓的方程可表示為：I2+J2=R2設(shè)刀具已位于M1點(diǎn)，則Mi點(diǎn)對(duì)圓弧AB的位置有三種情況：Mi在圓弧外側(cè)，則0'Mi>R,Ii2+Ji2>R2Mi在圓弧上，則0’Mi=R,Ii2+Ji2=R2Mi在圓弧內(nèi)側(cè)，0’Mi<R,Ii2+Ji2<R2上述為在第一象限逆時(shí)針加工圓弧(稱逆圓弧)的情況，而在第一象隕順時(shí)針加工圓弧(順圓弧)和第二、三、四象限加工順圓弧和逆圓弧時(shí)，判別式都不相同。帶符號(hào)運(yùn)算時(shí)，無(wú)論在哪個(gè)象限工作，順圓弧或逆圓弧，歸納起來(lái)有如下四種情+X方向走一步Ii+1=Ii+1Fi+1=Fi+2Ii+1-X方向走一步Ii+1=Ii-1Fi+1=Fi-2Ii+1+Y方向走一步Ji+1=Ji+1Fi+1=Fi+2Ji+1-Y方向走一步Ji+1=Ji-1Fi+1=Fi-2Ji+1圖3-7四個(gè)象限進(jìn)給方向定義四象限圓弧插補(bǔ)程序，以第一象限為例，其他只需改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的方向:voidCirclcl(floa7工n, 口口二jTijfl3itxcjflontyc,ir.tr】 //第一冢限圓弧插斗j=igniii'nttm;fir-Kir-xn+\ii+v7D-r^T:L.xi,.r./c|J匚/LTifn<=J)fnFf