第三章數(shù)字程序控制系統(tǒng)

2023/2/41第三章數(shù)字程序控制系統(tǒng)第五講-第七講信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/42第三章數(shù)字程序控制系統(tǒng)3.1數(shù)字控制系統(tǒng)的概述3.2逐點比較插補原理3.3步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)3.4小結(jié)信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)第五講山東科技大學(xué)2023/2/433.1數(shù)字控制系統(tǒng)的概述所謂數(shù)字程序控制(numericalcontrol,NC

)，就是計算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作順序、運動軌跡、運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/44數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程

1948年美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制直升飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓檢驗用樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機(jī)床的設(shè)想。自1952年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺三坐標(biāo)的試驗性數(shù)控機(jī)床以來，數(shù)控系統(tǒng)大致經(jīng)歷了以下四個階段：信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/45①

1952~1969研究開發(fā)階段

典型應(yīng)用：數(shù)控車床、銑床、鉆銑床

工藝方法：簡單工藝

數(shù)控功能：NC控制、3軸以下

驅(qū)動特點：步進(jìn)、液壓電機(jī)②

1970~1985推廣應(yīng)用階段

典型應(yīng)用：加工中心、電加工、鍛壓

工藝方法：多種工藝方法

數(shù)控功能：CNC控制、刀具自動交換、五軸聯(lián)動較好的人-機(jī)界面

驅(qū)動特點：直流伺服電機(jī)信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/46

③

1982系統(tǒng)化階段

典型應(yīng)用：性制造單元（FUC）、柔性制造系統(tǒng)(FUS)

工藝方法：完整的加工過程

數(shù)控功能：多臺車床和輔助設(shè)備協(xié)同。多坐標(biāo)控制，高精度、高速度，友好的人-機(jī)界面

驅(qū)動特點：交流伺服電機(jī)④

1990性能集成化階段

典型應(yīng)用：計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)、無人化工廠

工藝方法：復(fù)合設(shè)計加工

數(shù)控功能：多過程、多任務(wù)調(diào)度、模板化和復(fù)合化

驅(qū)動特點：數(shù)字智能化直線驅(qū)動信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/47隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著下述方向發(fā)展。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)高速、高效、高精度加工技術(shù)與裝備五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床控制智能化、網(wǎng)絡(luò)化、開放化新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范的建立(STEP-NC)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢山東科技大學(xué)2023/2/48數(shù)控系統(tǒng)的分類按照控制方式(運動軌跡)的不同，數(shù)控系統(tǒng)分為三類：①點位控制只控制加工點的準(zhǔn)確定位(刀具行程終點的坐標(biāo)值)。在變換加工點時不做任何加工。多用于數(shù)控鉆床、鏜床、沖床等。②直線切削控制不僅控制加工點的起始坐標(biāo)，而且控制刀具或工作臺沿直線方向的加工行程(直線插補)。如車床、銑床、磨床、加工中心等。③輪廓切削控制能控制刀具沿工件輪廓曲線連續(xù)運動，可加工出曲線、曲面、凸輪和錐面等復(fù)雜形狀的零件(直線和曲線兩種插補)。如車床、銑床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)最典型的應(yīng)用就是數(shù)字控制機(jī)床(簡稱數(shù)控機(jī)床)。山東科技大學(xué)2023/2/49數(shù)字控制機(jī)床簡介數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（ComputerNumericalControlMachineTools）的簡稱，用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)控制按給定的工作程序、運動速度和軌跡進(jìn)行自動加工的機(jī)床。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/410信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點：●加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定；●可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；●加工零件改變時，一般只需更改數(shù)控程序和調(diào)整刀具參數(shù)等，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間；●機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的3~5倍）；●機(jī)床自動化程度高，有利于制造業(yè)技術(shù)向綜合自動化方向發(fā)展；●對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。山東科技大學(xué)

數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系●基本坐標(biāo)系：直線進(jìn)給運動的坐標(biāo)系（X.Y.Z）。坐標(biāo)軸相互關(guān)系：由右手定則決定?！窕剞D(zhuǎn)坐標(biāo)：繞X.Y.Z軸轉(zhuǎn)動的圓進(jìn)給坐標(biāo)軸分別用A.B.C表示，坐標(biāo)軸相互關(guān)系由右手螺旋法則而定。XYZX、Y、Z+A、+B、+CXZY+C+B+A2023/2/411四軸聯(lián)動加工同時控制X、Y、Z三個直線坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動2023/2/4122023/2/4132023/2/414視頻1播放-DMG五軸聯(lián)動視頻2播放-DMG四軸聯(lián)動2023/2/415信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)3.1.1數(shù)字程序控制系統(tǒng)的基本概念3.1.2數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成山東科技大學(xué)2023/2/4163.1.1數(shù)字控制系統(tǒng)的基本概念

數(shù)控系統(tǒng)：輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補器。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)

對圖所示的平面圖形，如何用計算機(jī)在繪圖儀或加工裝置上重現(xiàn)?Step1：將該圖分割成三段：，，，并將a、b、c、d四點坐標(biāo)送計算機(jī)；Step2：插補計算確定各坐標(biāo)之間的中間值；Step3：把插補運算過程中定出的各中間點，以脈沖信號形式去控制x，y方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動畫筆、刀具或線電極運動，從而繪出圖形或加工出符合要求的輪廓來。圖3-1曲線分段山東科技大學(xué)2023/2/417

插補計算：給定曲線基點坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計算方法。

插補計算原則：通過給定的基點坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點，這些中間點的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。

插補計算形式：直線插補(在給定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近)二次曲線插補－圓弧、拋物線、雙曲線

(在給定的兩個基點之間用一條近似曲線來逼近)插補算法：數(shù)字脈沖乘法器、數(shù)字積分法、逐點比較法等。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/418

步長(脈沖當(dāng)量)：刀具對應(yīng)于每個脈沖移動的相對位置，可以用,表示，一般。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)每一個脈沖信號代表步進(jìn)電機(jī)走一步，即畫筆或刀具在x方向或y方向移動一個位置。山東科技大學(xué)2023/2/419信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)x方向步數(shù)：y方向步數(shù)：圖3-2用折線逼近直線段根據(jù)偏離直線(曲線)的情況調(diào)整x,y方向的進(jìn)給插補運算：如何分配x和y方向上的脈沖數(shù)，使實際的中間點軌跡盡可能地逼近理想軌跡。山東科技大學(xué)2023/2/4203.1.2數(shù)字程序控制系統(tǒng)的組成1.閉環(huán)數(shù)字控制

信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)該控制方式主要用于大型精密加工機(jī)床，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于調(diào)整和維護(hù)。

直流電機(jī)碼盤、光柵、感應(yīng)同步器等山東科技大學(xué)2023/2/4212.開環(huán)數(shù)字控制信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)開環(huán)數(shù)字控制結(jié)構(gòu)簡單，并且可靠性高、成本低、易于調(diào)整和維護(hù)等，應(yīng)用最為廣泛。由于采用了步進(jìn)電動機(jī)作為驅(qū)動元件，使得系統(tǒng)的可靠性變得更加靈活，更易于實現(xiàn)各種插補運算和運動軌跡控制。一個脈沖，一個角度，丟掉后不變山東科技大學(xué)2023/2/422第三章數(shù)字程序控制系統(tǒng)3.1數(shù)字控制系統(tǒng)的概述3.2逐點比較插補原理3.3步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)3.4小結(jié)信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/4233.2逐點比較插補原理插補原理：刀具或畫筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較一次，決定下一步的進(jìn)給方向。

“一點一比較，步步來逼近”信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)用階梯折線逼近曲線：走一步比較一次決定下一步的走向逐點比較法的最大誤差：一個脈沖當(dāng)量（步長）四方向插補八方向插補山東科技大學(xué)2023/2/4243.2.1逐點比較直線插補原理1.在第一象限內(nèi)的直線插補信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)直線段OP是期望繪制的線段。OP把第一象限劃分為兩個區(qū)域：A+，A-。任取第一象限內(nèi)一點，定義代表M點的偏差值：山東科技大學(xué)2023/2/425信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)

偏差判別式：當(dāng)

時，表示M點在直線上；當(dāng)時，表示M點在A+區(qū)域內(nèi)；當(dāng)時，表示M點在A-區(qū)域內(nèi)。進(jìn)給方向確定：

當(dāng)時，沿+x軸方向走一步；當(dāng)時，沿+y軸方向走一步；

當(dāng)目前坐標(biāo)與終點坐標(biāo)相等，停止插補。山東科技大學(xué)乘法運算過于復(fù)雜，也會降低程序的執(zhí)行力能否簡化為加法或減法2023/2/426信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)(a)時進(jìn)給(b)時進(jìn)給

時，計算時，計算圖3.6第一象限直線插補的進(jìn)給方向山東科技大學(xué)2023/2/427偏差計算簡化為：

若M為起點0，則；否則：若Fi>=0，

若Fi<0，終點判斷：

(1)雙計數(shù)器法：設(shè)定兩個減法計數(shù)器Tx,Ty，當(dāng)其全為零時終止。

(2)單計數(shù)器法：a.總步數(shù)判斷法。設(shè)定一個減法計數(shù)器Tz。

b.長軸步數(shù)判斷法。設(shè)定一個減法計數(shù)器

Tl。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/428信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)2.直線插補程序的流程圖(1)偏差判別：F≥0還是F＜0？(2)進(jìn)給：根據(jù)偏差和插補所在象限決定在什么方向上進(jìn)給一步；(3)偏差運算：計算進(jìn)給一步后的新偏差值；(4)終點判別：若到達(dá)終點，則停止插補；若未到達(dá)終點，則重復(fù)(1)~(4)的工作。山東科技大學(xué)2023/2/429信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)取終點坐標(biāo)值；確定插補所在象限；預(yù)置終點判別計數(shù)器初值；置偏差為0選取Xe和Ye中較大值作為終點判別計數(shù)器的初值2023/2/4303.其它象限中的偏差判別及進(jìn)給方向信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/431例題1：設(shè)加工第一象限直線OA，起點為O(0,0)，終點為A(6,4)，試進(jìn)行插補計算并作出走步軌跡圖。解：(1)確定總步數(shù)。(2)確定象限、偏差初值及計數(shù)器初值。

(3)根據(jù)偏差判別進(jìn)給方向，列出插補計算過程表。

(4)繪制插補計算的走步軌跡圖。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/432信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計算終點判斷起點F0=0Tx=61F0=0+xF1=F0-ye=-4Tx=52F1<0+yF2=F1+xe=2Tx=53F2>0+xF3=F2-ye=-2Tx=44F3<0+yF4=F3+xe=4Tx=45F4>0+xF5=F4-ye=0Tx=36F5=0+xF6=F5-ye=-4Tx=27F6<0+yF7=F6+xe=2Tx=28F7>0+xF8=F7-ye=-2Tx=19F8<0+yF9=F8+xe=4Tx=110F9>0+xF10=F9-ye=0Tx=0插補計算過程表山東科技大學(xué)2023/2/433信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)直線插補走步軌跡圖山東科技大學(xué)2023/2/434例題2：設(shè)加工第一象限直線AB，起點為A(3,2)，終點為B(9,6)，試進(jìn)行插補計算并作出走步軌跡圖。解：因為直線起點不在坐標(biāo)原點，為算法實現(xiàn)方便，加工前應(yīng)將直線起點平移至坐標(biāo)原點，即：

信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/4353.2.2逐點比較圓弧插補原理圓?。簣A心坐標(biāo)，半徑大小，起始點坐標(biāo)。當(dāng)圓心在笛卡爾坐標(biāo)系的原點時，只需知道圓弧的起點坐標(biāo)()即可算出圓弧的半徑，繼而畫出圓弧至終點坐標(biāo)。由于圓弧繪制的方向不同，為便于表示圓弧所在象限及繪制的方向，用SR1、SR2、SR3、SR4依次表示第一、二、三、四象限中的順圓??；用NR1、NR2、NR3、NR4依次表示第一、二、三、四象限中的逆圓弧。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)第六講山東科技大學(xué)2023/2/4361.第一象限圓弧插補原理信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)要加工的逆圓弧PQ在第一象限，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點，圓弧的起點為P()，終點為Q()，圓弧半徑為R。則：圓弧內(nèi)部的點，其到圓心的距離小于圓弧半徑；圓弧外部的點，其到圓心的距離大于圓弧半徑。故：根據(jù)任一點到圓心的距離與半徑之差作為偏差判別式：山東科技大學(xué)2023/2/437信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)若M點在圓弧上：若M點在圓弧內(nèi)：若M’’點在圓弧外：F=0：圓弧上F>0：圓弧外，A+區(qū)域F<0：圓弧內(nèi)，A-區(qū)域逼近理想逆圓弧-x方向進(jìn)給-x方向進(jìn)給+y方向進(jìn)給山東科技大學(xué)2023/2/438信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)M1在A+區(qū)域時，需要沿-x方向進(jìn)給一步，此時M1’的坐標(biāo)為()，此時新的偏差值為：當(dāng)M1在A-區(qū)域時，需要沿+y方向進(jìn)給一步，此時M1’的坐標(biāo)為()，此時新的偏差值為：第一象限的逆圓弧NR1：山東科技大學(xué)2023/2/439信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)M1在A+區(qū)域時，需要沿-y方向進(jìn)給一步，此時M1’的坐標(biāo)為()，此時新的偏差值為：當(dāng)M1在A-區(qū)域時，需要沿+x方向進(jìn)給一步，此時M1’的坐標(biāo)為()，此時新的偏差值為：第一象限的順圓弧SR1：山東科技大學(xué)2023/2/440終點判斷：信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)

(1)雙計數(shù)器法：設(shè)定兩個減法計數(shù)器Tx,Ty，當(dāng)其全為零時終止。

(2)單計數(shù)器法：a.總步數(shù)判斷法。設(shè)定一個減法計數(shù)器Tz，當(dāng)其為零時終止。

b.長軸步數(shù)判斷法。設(shè)定一個減法計數(shù)器Tl，當(dāng)其為零時終止。山東科技大學(xué)2023/2/4412.其它象限中的偏差判別及進(jìn)給方向信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/442信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/4433.圓弧插補程序的流程圖①利用起點坐標(biāo)值和終點坐標(biāo)值的正負(fù)確定所在象限；利用起點坐標(biāo)值和終點坐標(biāo)值相對大小來確定是順圓弧插補還是逆圓弧插補；②根據(jù)偏差值是F≥0還是F＜0以及圓弧插補的類型來決定實際的進(jìn)給信號；③確定終點判斷計數(shù)器的初值。流程圖見P52圖3.14。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/444例題3：加工第1象限逆圓弧AB，起點為A(4,0)，終點為B(0,4)，試進(jìn)行插補運算并作走步軌跡圖。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/445信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/446信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/447例題4：加工第2象限逆圓弧AB，起點為A(-2,4)，終點為B(-4,2)，試進(jìn)行插補運算并作走步軌跡圖。

(坐標(biāo)取絕對值)信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/448第三章數(shù)字程序控制系統(tǒng)3.1數(shù)字控制系統(tǒng)的概述3.2逐點比較插補原理3.3步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)3.4小結(jié)信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)第七講2023/2/4493.3步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī)：是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)摸（D/A）轉(zhuǎn)換器。

—利用絲杠把角位移變成直線位移；

—利用步進(jìn)電機(jī)帶動螺旋電位器，調(diào)節(jié)電壓和電流

輸入：脈沖輸出：位移

脈沖總數(shù)：決定總位移量脈沖頻率：決定移動的速度步進(jìn)電機(jī)的特點：單極性直流電源供電；快速的起停能力；精度高。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/4503.3.1步進(jìn)電動機(jī)的工作原理信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)實際上是一個數(shù)字/角度轉(zhuǎn)換器，也是一個串行的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)定子：三對磁極，六個齒轉(zhuǎn)子：四個齒：0、1、2、3山東科技大學(xué)2023/2/451工作過程：

A相通電：A相磁極與0、2號齒對齊；

B相通電：由于磁力線作用，B相磁極與1、3號齒對齊；

C相通電：由于磁力線作用，C相磁極與0、2號齒對齊；

A相通電：由于磁力線作用，A相磁極與1、3號齒對齊；結(jié)論：定子按A->B->C->A相輪流通電，則磁場沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動360度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動了一個齒距的位置。齒數(shù)為4，齒距角為90度，即1個齒距轉(zhuǎn)動了90度。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/452信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)定子：三對磁極，每個磁極上五個六個齒轉(zhuǎn)子：四十個矩形齒均勻分布在圓周上，則相鄰兩齒間夾角為9度山東科技大學(xué)2023/2/453工作過程：

A相通電：A相磁極與0號齒對齊；

13號齒靠近B相中心線，相差3度；

B相通電：B相磁極與13號齒對齊；整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動3度；

26號齒靠近C相中心線，相差3度；

C相通電：C相磁極與26號齒對齊，整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動3度；

39號齒靠近A相中心線，相差3度；

A相通電：A相磁極與39號齒對齊，整個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動3度。結(jié)論：定子按A->B->C->A相輪流通電，則磁場沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動360度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動了9度。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/454

步進(jìn)電機(jī)的“相”和“拍”“相”繞組的個數(shù)“拍”繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個周期共有3種通電狀態(tài)，六拍表示一個周期有6種通電狀態(tài)，每個周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一個齒距。

N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)

Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。則：齒距角步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度，即步距角：信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/4553.3.2步進(jìn)電機(jī)的工作方式

步進(jìn)電機(jī)的通電方式

單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。三相步進(jìn)電機(jī)工作方式單相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍。

步進(jìn)電機(jī)的方向控制方法

(1)計算機(jī)輸出接口的每一位控制一相繞組，如用計算機(jī)數(shù)據(jù)線的D0，D1，D2分別接到A，B，C三相；

(2)根據(jù)所選定的步進(jìn)電機(jī)及控制方式寫出相應(yīng)的控制方式的數(shù)學(xué)模型。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/456單三拍的工作方式：

正向旋轉(zhuǎn)，通電順序為A→B→C→A；反向旋轉(zhuǎn)，通電順序為A→C→B→A。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)步序控制位工作狀態(tài)控制模型D2(C相)D1(B相)D0(A相)1001A01H2010B02H3100C04H表3-5單三拍正轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型單三拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形山東科技大學(xué)2023/2/457(2)雙三拍的工作方式：正向旋轉(zhuǎn)，通電順序為AB→BC→CA→AB；反向旋轉(zhuǎn)，通電順序為AB→CA→BC→AB。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)步序控制位工作狀態(tài)控制模型D2(C相)D1(B相)D0(A相)1011AB03H2110BC06H3101CA05H表3-6雙三拍正轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型雙三拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形山東科技大學(xué)2023/2/458(3)三相六拍方式：正向旋轉(zhuǎn)，通電順序為

A→AB→B→BC→C→CA→A；反向旋轉(zhuǎn)，通電順序為

A→CA→C→BC→B→AB→A。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)步序控制位工作狀態(tài)控制模型D2(C相)D1(B相)D0(A相)1001A01H2011AB03H3010B02H4110BC06H5100C04H6101CA05H表3-7三相六拍正轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)模型三相六拍正轉(zhuǎn)工作的電壓波形山東科技大學(xué)2023/2/459所謂步進(jìn)電機(jī)的方向控制，實際上就是按照上述某一種控制方式所規(guī)定的順序向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖序列，即可達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/4603.3.3步進(jìn)電動機(jī)的控制系統(tǒng)典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，如圖所示。

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)控制器、功率放大器及步進(jìn)電機(jī)組成。步進(jìn)電機(jī)控制器由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正、反轉(zhuǎn)控制門等組成。其作用是：把輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)形脈沖以控制步進(jìn)電機(jī)，并能進(jìn)行正反向控制；功率放大器的作用：把環(huán)形脈沖放大以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。缺點：控制器線路復(fù)雜、成本高。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/461

計算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理圖

計算機(jī)的作用：把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)得到一個脈沖便沿著轉(zhuǎn)向控制線信號所確定的方向走一步。只要負(fù)載在步進(jìn)電機(jī)的允許范圍內(nèi)，每個脈沖將使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一個固定的步距角，根據(jù)步距角的大小及實際走的步數(shù)，只需知道初始位置，即可知曉步進(jìn)電機(jī)的最終位置。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/462微機(jī)的運動控制功能改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)；

改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；

改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/463例如：采用8255芯片以三相六拍的控制方式控制

x,y軸步進(jìn)電機(jī)。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/464

8255的PA、PB口分別控制x,y軸步進(jìn)電機(jī)。 輸出數(shù)據(jù)“1”表示通電，“0”表示斷電。信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)2023/2/465信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存： 正轉(zhuǎn)訪問順序：ADX1->ADX2->…->ADX6 ADY1->ADY2->…->ADY6

反轉(zhuǎn)訪問順序：ADX6->ADX5->…->ADX1 ADY6->ADY5->…->ADY1

微機(jī)的運動控制功能

(1)改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)；

(2)改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；

(3)改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2023/2/4663.3.4步進(jìn)電動機(jī)的程序設(shè)計控制程序的主要任務(wù)：判斷旋轉(zhuǎn)方向；按順序傳送控制脈沖；判斷所要求的控制程序是否傳送完畢。信息與電氣工程學(xué)