數(shù)控機床機電匹配性能測試平臺軟件設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書樣本

1前言數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)由伺服電路、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件構(gòu)成。它作用是：接受由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出進給位移和速度指令信號，由伺服驅(qū)動電路作一定轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置(直流、交流伺服電機、直流電機、功率步進電機、電液伺服閥—液壓馬達等)相機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床工作臺、主軸頭架等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給和迅速運動。數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)與普通機床進給系統(tǒng)有本質(zhì)上差別，它能依照指令信號精準地控制執(zhí)行部件運動速度與位置，以及幾種執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成運動軌跡。發(fā)展高性能數(shù)控進給伺服系統(tǒng)，在很大限度上決定了機床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。數(shù)控進給伺服系統(tǒng)性能取決于構(gòu)成它伺服驅(qū)動系統(tǒng)與機械傳動機構(gòu)中各環(huán)節(jié)特性，也取決于系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)性能參數(shù)合理匹配。以伺服驅(qū)動裝置與控制調(diào)節(jié)器為中心伺服驅(qū)動系統(tǒng)已有較成熟理論分析、實驗研究和設(shè)計辦法。圖1.1數(shù)控進給系統(tǒng)在CNKI中所受關(guān)注度（來源于CNKI學術(shù)趨勢）由圖1.1可以看出，數(shù)控進給系統(tǒng)研究，近年來也逐漸受到諸多學者注重，她們也進行了不少工作，并獲得了一定得進步。這些進步均有效地增進了進給伺服系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，進給系統(tǒng)功能也隨之得到了巨大提高。但是，若只有單軸進給系統(tǒng)精度等各方面性能優(yōu)越是不夠，在雙軸或多軸系統(tǒng)中，它們各自不一定可以完全發(fā)揮各自優(yōu)越性，這樣就會導致嚴重資源揮霍，不利于實際生產(chǎn)。只有在各個進給系統(tǒng)之間參數(shù)密切配合才可以將每個進給系統(tǒng)性能發(fā)揮到極致，這樣就有效地提高了資源運用率，對實際生產(chǎn)才有益。因而，進一步研究數(shù)控機床中伺服系統(tǒng)特性以及探尋測試數(shù)控機床機電匹配辦法、途徑，并探討數(shù)控機床機電匹配作用、地位，并定性、定量地分析系統(tǒng)增益匹配對運動（加工）軌跡精度影響就顯得尤為重要。只有對的結(jié)識進給系統(tǒng)特性以及進給系統(tǒng)增益對輪廓加工精度影響，才可以采用有效辦法提高整個數(shù)控系統(tǒng)整體性能，服務于整個數(shù)控行業(yè)。1.1數(shù)控進給伺服系統(tǒng)特點數(shù)控機床進給系統(tǒng)與普通機床不同。數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出進給指令，經(jīng)進給電動機和驅(qū)動機構(gòu)，使執(zhí)行部件如刀架、工作臺、主軸箱等按程序規(guī)定運動。數(shù)控機床進給系統(tǒng)，按其控制方式，可分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三類。開環(huán)系統(tǒng)構(gòu)造簡樸，但是當載荷突然發(fā)生激烈變化時，也許導致執(zhí)行部件運動誤差。閉環(huán)系統(tǒng)可以檢查指令執(zhí)行狀況并及時反饋誤差信息，因此精度較高。半閉環(huán)由于反饋裝置裝在伺服電機或絲杠上，不能糾正絲杠誤差以及受載后絲杠、軸承等變形，因此精度比全閉環(huán)低。在大多數(shù)精度規(guī)定較高機床上都采用全閉環(huán)控制。但執(zhí)行部件是一種質(zhì)量元件，傳動機構(gòu)是一種彈性元件，因而執(zhí)行機構(gòu)和傳動機構(gòu)構(gòu)成一種振蕩環(huán)節(jié)。全閉環(huán)系統(tǒng)如果參數(shù)選得不適當，則有也許產(chǎn)生進給振蕩。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出進給位移和速度指令，通過轉(zhuǎn)換和功率放大后，作為伺服驅(qū)動裝置輸入信號，并控制其作某一速度和距離角位移和直線位移，從而驅(qū)動執(zhí)行部件實現(xiàn)給定速度和位移量。伺服驅(qū)動裝置性能，在很大限度上影響機床進給系統(tǒng)品質(zhì)，因而，伺服驅(qū)動裝置應滿足如下規(guī)定。=1\*GB3①調(diào)速范疇寬:調(diào)速范疇是指最高進給速度與最低進給速度之比。在整個調(diào)速范疇內(nèi)，輸出運動要有良好穩(wěn)定性。普通調(diào)速范疇應不不大于1：10000，并且低速應當可以達到0.1r／min如下。對于普通數(shù)控機床，其進給速度都在1mm/min～24000mm/min范疇之內(nèi)，即調(diào)速范疇為：1：24000。在這一調(diào)速范疇內(nèi)，規(guī)定速度均勻、穩(wěn)定、低速時無爬行，還規(guī)定當速度為0mm/min時，伺服電機處在電磁鎖住狀態(tài)，以保持定定位精度不變。=2\*GB3②位移精度高：即輸出位移有較高精度，也就是實際位移與指令位移量之差要小。當代數(shù)控機床位移精度普通為0.01～0.001mm,甚至可以高至0.1μm。=3\*GB3③穩(wěn)定性好：即負載特性要硬，當負載發(fā)生變化或承受外界干擾時，輸出速度應基本不變，并且保持平穩(wěn)均勻。當?shù)退龠\動相加工時，應有足夠負載能力和過載能力。=4\*GB3④動態(tài)響應快：即有高敏捷度，達到最大穩(wěn)態(tài)速度時間要短，普通規(guī)定在200-100ms以內(nèi),有時甚至規(guī)定不大于幾十毫秒。動態(tài)響應快慢，反映了系統(tǒng)跟蹤精度高低，直接影響了輪廓精度高低和加工表面質(zhì)量好壞。出此之外，還規(guī)定靜態(tài)、動態(tài)誤差小，反向死區(qū)小，能頻繁啟、停和正反運動。1.2設(shè)計任務本次畢業(yè)設(shè)計，筆者將完畢如下設(shè)計任務：①建立數(shù)控機床進給系統(tǒng)數(shù)學模型，分析數(shù)控進給伺服系統(tǒng)特性；②以數(shù)控直線加工狀況為基本，定性分析數(shù)控機床中進給增益匹配作用；③定量分析數(shù)控機床中進給系統(tǒng)增益匹配對運動（加工）軌跡精度影響；④開發(fā)出基于PC分析測試軟件，規(guī)定該軟件具備數(shù)據(jù)采集、誤差分析、數(shù)據(jù)瀏覽、圖形顯示、成果分析等功能；⑤撰寫符合有關(guān)規(guī)定軟件設(shè)計闡明書、使用闡明書和測試分析報告；⑥撰寫畢業(yè)設(shè)計闡明書。1.3總體方案本次設(shè)計總體方案由理論分析某些和軟件測試某些構(gòu)成，總體方案圖如下圖1.1所示：圖1.2總設(shè)計方案圖如圖1.2所示，由理論分析某些和軟件設(shè)計某些構(gòu)成，筆者將在2章簡介理論某些，在3、4、5章將對軟件某些進行簡介。總方案實現(xiàn)思路如下：理論某些系統(tǒng)建模是特性分析基本，筆者將選用慣用進給系統(tǒng)構(gòu)造進行建模，然后對其進行傳遞函數(shù)推動，從而進行特性分析，最后通過定性和定量兩個方面就進給系統(tǒng)參數(shù)匹配對輪廓加工精度影響進行分析。鑒于理論分析成果，為了提高其實際使用價值，并充分運用于實際生產(chǎn)過程中，筆者將在WindowsXP系統(tǒng)下基于VC++開發(fā)環(huán)境設(shè)計一套系統(tǒng)進給增益匹配測試軟件，最后運用PC機接口電路采集位移數(shù)據(jù)對該軟件進行檢測，從而見證測試軟件實用性?？偡桨冈敿殞崿F(xiàn)細節(jié)請參看有關(guān)章節(jié)。

2數(shù)控進給伺服系統(tǒng)2.1數(shù)控進給伺服系統(tǒng)構(gòu)造原理2.1.1數(shù)控進給伺服系統(tǒng)構(gòu)造圖2.1為采用全閉環(huán)控制數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)構(gòu)造圖，當前大某些高速機床都采用與此類似控制構(gòu)造。感應同步器感應同步器位置檢測單元測速發(fā)電機交流伺服電機位置控制單元速度控制單元圖2.1數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)構(gòu)造圖此種閉環(huán)進給系統(tǒng)采用感應同步器作為位置檢測裝置，涉及位置控制單元、位置檢測單元和速度控制單元等某些。位置檢測單元測得執(zhí)行部件實際位置，位置控制單元將位置指令與差值乘以增益常數(shù)，經(jīng)變換后，得到速度指令電壓。將與測速發(fā)電機反饋電壓差值通過速度控制器乘以增益常數(shù)，得到伺服電機電樞電壓，它控制電機旋轉(zhuǎn)速度。指令位置與實際位置相等時，也就是位置偏差值為0時，與均為0，系統(tǒng)停止工作，執(zhí)行部件到達指令所規(guī)定位置。因此整個系統(tǒng)在偏差不為0時，始終處在不斷凋整階段，因而，增益系數(shù)在整個進給過程中,對系統(tǒng)迅速到達指定位置起著至關(guān)重要作用。本文將會針對進給系統(tǒng)增益系數(shù)匹配對加工精度影響做進一步進一步分析，那么，一方面讓咱們理解一下位置誤差物理概念以及位置誤差是如何產(chǎn)生。2.1.2位置誤差深刻理解位置誤差物理概念對數(shù)控進給系統(tǒng)性能分析至關(guān)重要，不妨假設(shè)系統(tǒng)獲得一種恒速指令信號，下面就針對恒速進給時位置誤差進行分析。如圖2.2(a)所示，當進給系統(tǒng)獲得恒速F進給位置指令時，執(zhí)行部件實際速度并不能及時達到指令速度值F，而是從零逐漸上升到F值，后來就穩(wěn)定在此速度值上運營。在時，位置指令到達指令值，指令速度下降至零，但是執(zhí)行部件實際速度只能逐漸下降到零。將指令位移量，按脈沖當置換算成數(shù)字量，則以恒速F進給指令位置數(shù)字量值將按如圖2.2(b)所示指令位置直線（直線OP）變化，由零時刻零位置到達時刻位置。由于實際速度是逐漸上升至F值，因此按同一脈沖當量換算成數(shù)字量實際位置值將按另一條曲線變化，實際位置總是滯后于指令位置。時刻瞬時位置指令值與瞬時實際位置值之間差值，稱為該時刻位置偏差。它由執(zhí)行部件升速啟動時零值逐漸增大到某一穩(wěn)態(tài)值，這一穩(wěn)態(tài)值就是所謂速度誤差或隨動誤差，當執(zhí)行部件減速并停止時，它由穩(wěn)態(tài)值逐漸減小到零。(b)(a)結(jié)束圖2.2位置誤差運用再乘上，并加上位置誤差補償，可得速度指令值，再變換為速度指令電壓?？梢娫酱?，則就越大，伺服電機速度就越高。并且控制啟動與停止時位置指令值大小，從而控制變化大小，就可以控制升降速快慢，即升降速時間長短。普通而言，按照等差數(shù)列或指數(shù)曲線規(guī)律變化，可獲得直線或指數(shù)規(guī)律升降速。2.2進給伺服系統(tǒng)數(shù)學模型數(shù)控進給伺服系統(tǒng)，總是接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出位置與速度指令。驅(qū)動執(zhí)行部件在一定切削參數(shù)下進行加工。從控制系統(tǒng)角度來看，位置指令是系統(tǒng)一種輸入；與切削或使用條件關(guān)于負載可以說是系統(tǒng)干擾輸入。執(zhí)行機構(gòu)位置(角位移或直線位移)是系統(tǒng)輸出。進給系統(tǒng)特性重要是系統(tǒng)靜態(tài)特性，以及在指令與負載作用下動態(tài)特件。然而，咱們在設(shè)計與分析進給系統(tǒng)特性時，重要分析它動態(tài)特性。從加工精度和加工能力方面來考慮，動態(tài)特性重要有兩個方面：與輸入指令關(guān)于特性，即執(zhí)行部件跟隨位置指令特性，這就是執(zhí)行部件定位精度或直線與輪廓進給精度；此外，執(zhí)行部件由于切削力等因素將產(chǎn)生靜態(tài)或動態(tài)變位，因而減少了加工精度甚至產(chǎn)生系統(tǒng)震蕩。除此以外，還規(guī)定系統(tǒng)必要是穩(wěn)定。從指令信號、給定裝置到伺服驅(qū)動裝置，為構(gòu)成進給系統(tǒng)重要構(gòu)成某些，稱之為伺服驅(qū)動系統(tǒng)。另一某些是伺服驅(qū)動裝置后來機械傳動機構(gòu)。進給系統(tǒng)可以概括成如圖2.3所示構(gòu)造。在設(shè)計和分析進給系統(tǒng)時，既要設(shè)計這兩個某些并分析各自特性，還規(guī)定這兩某些合理匹配，從整體上綜合系統(tǒng)特性。輸出輸出伺服驅(qū)動系統(tǒng)機械傳動機構(gòu)輸入檢測裝置圖2.3進給系統(tǒng)構(gòu)造圖下面將以圖2.3中所示閉環(huán)系統(tǒng)為例，簡要論述動態(tài)特性方面問題。2.2.1伺服驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)學模型圖2.1所示為采用直流伺服電機驅(qū)動全閉環(huán)控制進給伺服系統(tǒng)構(gòu)造圖。伺服驅(qū)動系統(tǒng)由位置控制器與速度控制器構(gòu)成。位置指令與實際位置反饋值之差＝-，經(jīng)數(shù)模變換與放大后，變?yōu)樗俣戎噶铍妷海恢每刂茊卧饔檬且环N比例放大環(huán)節(jié)，它傳遞函數(shù)為常數(shù)，因而有(2.1)速度指令電壓與測速發(fā)電機速度反饋信號之差值為速度誤差信號，經(jīng)速度控制單元變換放大后，獲得直流伺服電機電樞控制電壓，速度控制單元同樣是一種比例放大環(huán)節(jié)，比例系數(shù)即為傳遞函數(shù)，它們關(guān)系式為：(2.2)式中:——直流伺服電機角位移；——速度反饋環(huán)增益系數(shù)。此處，位置控制器與速度控制器都是采用比例控制，這是現(xiàn)今實際使用大多數(shù)進給伺服系統(tǒng)所采用控制方略。在這兩個控制器中，可以采用PI控制器、PID控制器，甚至其她控制方案，固然其傳遞函數(shù)也要發(fā)生變化。2.2.2機械傳動機構(gòu)數(shù)學模型以伺服電機角位移作為機械傳動機構(gòu)輸入，以執(zhí)行部件運動作為輸出，所設(shè)計機械傳動機構(gòu)是各種各樣。但是采用大慣量直流伺服電機時，可以將電機通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠直接相連，如圖2.4(a)所示。如果由于構(gòu)造因素，或者規(guī)定放大力矩時，可以通過一對降速齒輪或齒鏈傳動將電機與滾珠絲杠連接起來，如圖(b)所示。含齒輪構(gòu)造x含齒輪構(gòu)造xoFcFcrmJ2，Z2M，J，θM

θMJ1，Z1JS=2\*ROMANII=1\*ROMANI不含齒輪構(gòu)造xoFcFcrmJc，JsM，J，θM

θM圖2.4進給機械傳動機構(gòu)圖由于機械傳動機構(gòu)某些不是本文討論重點，因此筆者略去對于機械傳動機構(gòu)中各種參數(shù)（如轉(zhuǎn)動慣量、剛度等）等效折算。有了機械傳動機構(gòu)等效動力學模型,便可推導出系統(tǒng)動特性方程和傳遞函數(shù)。對于圖2.4(a)所示動力學模型，其轉(zhuǎn)矩平衡方程為:彈性變形方程為：對以上兩式進行拉氏變換得整頓后可得如果覺得系統(tǒng)輸出，為輸入，為擾動輸入，則=0情況下，與之間傳遞函數(shù)為：令固有頻率,阻尼比,則上式可以變成原則形式如下：由上式可以看出，機械傳動系統(tǒng)是一種固有頻率為，阻尼比為二階系統(tǒng)，其構(gòu)造框圖如圖2.5所示。圖2.5進給機械傳動構(gòu)造圖依照圖2.5和原則形式傳遞函數(shù)可以看出，此機械傳動系統(tǒng)為二階振蕩環(huán)節(jié)。在推導機械傳動部件傳遞函數(shù)過程中，不但要得出等效慣量和等效阻尼，并且要考慮等效剛度，這是由于慣性和剛度直接決定機械部件固有頻率，該固有頻率關(guān)系到整個伺服機構(gòu)剛性和工作穩(wěn)定性。阻尼特性則和系統(tǒng)定位精度、工作穩(wěn)定性關(guān)于。若將機械傳動機構(gòu)簡化為如圖2.4(b)所示構(gòu)造，得到傳遞函數(shù)將會是是如何呢？筆者推導其傳遞函數(shù)如下：由圖2.1可知，電機軸上負載有二：其一是慣性負載(2.3)式中，,即電機軸與絲桿之間連接件與傳動件折算轉(zhuǎn)動慣量與絲桿折算轉(zhuǎn)動慣量之和。其二是傳動彈簧變形力折算到電機軸上等效轉(zhuǎn)矩。(2.4)式中，——執(zhí)行部件直線位移（輸出量）；——電機對執(zhí)行部件輸入位移。系統(tǒng)動力平衡方程為(2.5)式中，——執(zhí)行部件質(zhì)量；——導軌副上粘性阻尼性系數(shù)；——外載荷，且。彈性變形力就是執(zhí)行部件驅(qū)動力(2.6)對以上兩式進行拉氏變換，并整頓后得(2.7)以為系統(tǒng)輸出，為系統(tǒng)輸入，不考慮外力時，機械系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：(2.8)可見，是一種二階系統(tǒng)，固有頻率為：阻尼比為：其構(gòu)造框圖如圖2.6所示。圖2.6進給機械傳動構(gòu)造框圖綜上所述，無論選取圖2.4所示兩種構(gòu)造中任意一種,通過推導均可得一種二階系統(tǒng)，雖然固有頻率和阻尼比會有一定差別，但是構(gòu)造框圖完全相識。2.2.3數(shù)控進給伺服系統(tǒng)數(shù)學模型前面已經(jīng)對位置控制、速度控制以及機械傳動機構(gòu)等環(huán)節(jié)數(shù)學模型進行了分析。如果分析機械傳動機構(gòu)時，采用2.4（b）所示模型，這樣將幾某些綜合起來，就可以得到整個進給系統(tǒng)數(shù)學模型以及傳遞函數(shù)。下面對如圖2.1所示閉環(huán)進給系統(tǒng)進行分析。系統(tǒng)采用直流伺服電機作為驅(qū)動電機，電機轉(zhuǎn)動慣量為J，電磁轉(zhuǎn)矩為M，電機力矩平衡方程式應為：(2.9)式中：——電樞阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；——電機負載轉(zhuǎn)矩,且。電機電磁轉(zhuǎn)矩，故有由電壓平衡方程及可以求得：在上式子中，可以略去及兩項，并去拉氏變換后得：上式子中不考慮電機負載轉(zhuǎn)矩，則覺得輸入，為輸出時，電機傳遞函數(shù)為：(2.10)上式也可以改寫為如下形式：(2.11)式中：——電機增益系數(shù)，；——電機機械時間常數(shù)，；——電機電氣時間常數(shù)，。綜合前面推導式(2.1)、式（2.2）、式（2.4）、式（2.6）、式（2.11）以及機械某些傳遞函數(shù)式（2.7），再結(jié)合到,可以繪制出整個進給系統(tǒng)構(gòu)造框圖，如圖2.7所示圖2.7進給伺服系統(tǒng)構(gòu)造框圖圖2.7中，是機械傳動系統(tǒng)外載荷，與作為負載力矩與慣性負載力矩反饋作用在電樞輸入端。對于閉環(huán)系統(tǒng)，位置控制環(huán)位置反饋信號就是執(zhí)行部件位置輸出信號；對于半閉環(huán)系統(tǒng)，位置反饋信號取自電機角位移信號。以構(gòu)成負反饋回路形成速度控制環(huán)．反饋信號從即取出，這就是速度負反饋。由圖2.7，可以求出系統(tǒng)對于干擾力閉環(huán)傳遞函數(shù)，以及對于位置指令閉外傳遞函數(shù)。系統(tǒng)輸出是位置指令響應和干擾負載響應之和。在所述系統(tǒng)中，外界負載有兩某些，一某些是切削力；另一某些是摩擦力。又分為兩某些：第一某些與速度成比例，即阻尼系數(shù)為粘性摩擦阻尼力，該阻尼力在執(zhí)行部件力平衡方程式(2.5)中考慮，第二某些是導軌之間固體摩擦力及傳動件彼此之間固體摩擦扭矩（它可以換算為執(zhí)行部上軸向力為），即綜上所述，如圖2.7所示閉環(huán)進給系統(tǒng)，在位置指令和干擾負載作用下，全閉環(huán)位置輸出為：在半閉環(huán)時，位置輸出為：式中，上兩式系數(shù)為：2.2.4進給伺服系統(tǒng)構(gòu)造簡化從圖2.7中還可以看出，所建立數(shù)控伺服系統(tǒng)是一種高階系統(tǒng)，在將產(chǎn)品和系統(tǒng)調(diào)定參數(shù)代入后，可得到一種高階傳遞函數(shù)。對高階系統(tǒng)分析和設(shè)計是比較復雜，為便于分析，咱們需要對高階系統(tǒng)進行解決，普通采用直接降階解決。如果忽視高階模型中對特性影響很小系數(shù)，直接降階得到一種二階系統(tǒng)，這樣本來高階系統(tǒng)就被簡化為一種二階系統(tǒng)。為了使得簡化過程更加嚴密，筆者引用了參照文獻[1]有關(guān)結(jié)論圖2.8降階先后X軸進給系統(tǒng)BODE圖文章中，作者對X—Y雙軸數(shù)控工作臺系統(tǒng)進行分析，對各某些進行了建模，并依照數(shù)控工作臺系統(tǒng)數(shù)學模型，對該系統(tǒng)動態(tài)特性和伺服精度進行了數(shù)學分析。通過直接降階解決后，分別得到X、Y軸進給系統(tǒng)表達式為：(2.12)(2.13)降階先后X軸方向進給系統(tǒng)BODE圖對照如圖2.8所示。從圖2.8可以看出在所研究頻率范疇內(nèi)降階先后系統(tǒng)幅頻特性和相頻特性幾乎是相似。這表白兩者輸入輸出特性是一致，因而咱們所得到式(2.12)和式(2.13)降階數(shù)學模型是可以信賴，所選用降階辦法也是適當。圖2.9進給伺服系統(tǒng)簡化構(gòu)造如圖2.7所示閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)，依照上述分析，在伺服驅(qū)動某些，當高次項系數(shù)與一次項系數(shù)和常數(shù)項相比小得多時，可以將高次項忽視，將其從高階簡化為一階慣性環(huán)節(jié)進行分析，而在成果上主線就不會受到多大影響。同樣地，在機械傳動某些，S2和S系數(shù)相對常數(shù)項而言都非常小，因而也可將其近似化簡為比例環(huán)節(jié)進行分析。同樣對其進行恰當簡化，本質(zhì)上可以把它當作一種一階慣性系統(tǒng)，如圖2.9所示，系統(tǒng)可以更進一步簡化成如圖2.10所示構(gòu)造。圖2.10進給伺服系統(tǒng)簡化構(gòu)造2.3進給伺服系統(tǒng)特性分析在圖2.7中所示系統(tǒng)中，可得該系統(tǒng)增益為：(2.14)依照圖2.10所示，則系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：而系統(tǒng)閉環(huán)函數(shù)為：(2.15)由于，故跟隨誤差對輸入傳遞函數(shù)為：(2.16)則(2.17)如果系統(tǒng)執(zhí)行一種速度為F恒速位置指令，即(2.18)運用終值定理有：(2.19)則(2.20)由上式可知，當數(shù)控機床中進給速度F為恒速運動時，跟隨誤差。由此可以看出，當速度F一定期，系統(tǒng)增益越大，則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)位置誤差越小，即系統(tǒng)隨動誤差小，也就是說跟隨精度高。但是，過大會使得系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，在一定系統(tǒng)中，運動速度越大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越大。綜上所述，對系統(tǒng)敏捷度、系統(tǒng)增益和系統(tǒng)跟隨精度這三個因素，在擬定其數(shù)值時，需要進行多方面綜合考慮。2.4進給伺服系統(tǒng)特性對加工精度影響數(shù)控經(jīng)給伺服系統(tǒng)特性直接影響工件加工精度，因而，分析進給伺服系統(tǒng)特性與加工精度之間關(guān)系就顯得尤為重要。在數(shù)控機床上兩軸聯(lián)動加工直線、圓弧輪廓工件，或加工工件拐角部位時，數(shù)控進給系統(tǒng)速度誤差特性和加速度誤差特性所引起加工誤差，可以作如下分析。在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中，絲杠和螺母將電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成為執(zhí)行部件位移，這相稱于一種積分環(huán)節(jié)。依照前面分析，系統(tǒng)別的某些可以簡化成為一種增益是比例環(huán)節(jié)，因而，進給系統(tǒng)可以簡化成圖2.10所示構(gòu)造。從控制系統(tǒng)分類角度來分析，這是一種I型系統(tǒng)。I型系統(tǒng)特點是它對于階躍位置指令輸入響應不存在穩(wěn)態(tài)誤差；對于階躍速度指令輸入，即斜坡位置指令輸入，其響應穩(wěn)態(tài)位置偏差為，也稱之為速度誤差，這是為了建立速度F所必須指令位置與實際位置之間誤差。由于在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中，輸入不是階躍位置指令，而是斜坡位置指令，即為階躍速度位置指令，依照式(2.20)可知，系統(tǒng)必然存在位置偏差。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運動速度與階躍指令速度相似，而實際位置總是滯后于指令位置，即有穩(wěn)態(tài)位置偏差，它是維持系統(tǒng)恒速運動必不可少。2.4.1速度誤差對單坐標直線加工影響如圖2.2所示，當指令位置已達到值即P點時，實際位置還滯后于指令位置，這時位置偏差，在數(shù)值上等于指令速度下穩(wěn)態(tài)位置偏差。系統(tǒng)此時運營速度還是穩(wěn)態(tài)速度，即執(zhí)行部件速度還是穩(wěn)態(tài)速度。隨著執(zhí)行部件運動，實際位置在變化，因而，位置偏差不斷減小，保持對位置控制單元一種不斷減小正誤差信號，使執(zhí)行部件減速后平穩(wěn)地進入定位點，直到實際位置與指令位置相等，位置偏差等于零為止。由此可知，速度誤差并不影響定位運動或直線加工時停止位置精確性，只是在時間上實際位置較指令位置有所滯后而已。2.4.2定性分析系統(tǒng)增益匹配對加工直線輪廓影響數(shù)控機床在加工過程中往往規(guī)定精準地、實時地同步控制各種進給伺服系統(tǒng)位置與速度，但由于進給伺服系統(tǒng)都不可避免地存在著跟隨誤差△D，該誤差將也許對多坐標軸運動合成軌跡精準性產(chǎn)生影響。如圖2.11所示，假設(shè)被加工直線輪廓，其方程式為：(2.21)直線與X軸夾角為，有。如果沿直線加工速度為，則插補運算時，保持X、Y軸速度分別為圖2.11直線輪廓加工設(shè)X、Y軸進給系統(tǒng)增益為、，則兩軸速度誤差分別為：由上式可得對不同和討論如下：=1\*GB2⑴當兩軸增益匹配，即=1時，則,即(2.22)刀具指令位置A點坐標為（x,y），實際位置A＇點坐標為(，)，將式(2.21)與式(2.22)相應項相減有：(2.23)由上式可知，刀具實際位置仍在直線輪廓上，只是較指令位置有一定滯后。在兩軸指令速度等于輪廓加工速度分量，并且兩軸進給系統(tǒng)增益相等條件下，直線輪廓加工時，速度誤差不會引起加工誤差。=2\*GB2⑵當兩軸增益不匹配，即時，此時速度誤差,因而，當指令位置在OA上O點時，時間位置并不在直線OA上，而在離OA距離為另一點A＇。下面就點A＇在直線OA兩邊分別進行討論：圖2.12直線輪廓加工=1\*GB3①當點A＇在直線OA下面時，如圖2.12所示。由圖2.12，在兩個直角三角形中，依照幾何關(guān)系可得：=2\*GB3②當A＇在直線OA此外一邊時，同理可得：綜上所述，誤差為：將兩軸速度誤差代入上式可得：(2.24)由式（2.24）可以看出，當時，誤差，這與前面所述兩軸增益相等狀況完全吻合。當兩軸增益不相等，即時，此時誤差為:此外，誤差不但與兩軸增益、關(guān)于，同步還與輪廓直線傾角關(guān)于，可得結(jié)論如下：=1\*romani.當速度一定期，時，傾角越大，輪廓誤差越大；時，傾角越大，輪廓誤差越小。=2\*romanii.當或時，即工作臺沿X或Y作單軸坐標運動時，輪廓誤差；=3\*romaniii．當時，最大，且最大值為：。由此可見，當速度和加工輪廓直線傾角都一定期，兩軸增益、就直接影響了加工精度。因而，兩軸增益、良好匹配就可以保障被加工工件精度和質(zhì)量。既然進給系統(tǒng)增益匹配對保障輪廓加工精度如此重要，則有必要進一步分析增益匹配對加工精度影響深度，筆者下面將定量地分析系統(tǒng)增益匹配對運動（加工）軌跡精度影響。2.4.3定量分析系統(tǒng)增益匹配對加工直線輪廓影響為了使得對輪廓誤差分析更加貼近實際工程分析，并以便讀者加深對輪廓誤差理解，筆者將式(2.24)變換為：(2.25)式中，平均系統(tǒng)增益為：；兩軸增益差為：；為系統(tǒng)增益失配量。在其他條件不變狀況下：

①輪廓誤差與兩軸增益差成正比，與平均系統(tǒng)增益平方成反比與進給速度成F正比。

②當加工45°直線時，輪廓誤差最大，。

③當加工0°或90°直線時，這就相稱于單軸加工，輪廓誤差與增益無關(guān)。

為了更加進一步分析該問題，筆者引入下面實際加工問題進行定量分析分析系統(tǒng)增益匹配對運動（加工）軌跡精度影響。若在X-Y平面上銑削工件一種平面，該面與X軸成45°角，即，進給速度為：F=300mm/min，為10±2%（1/s），可以計算出最大輪廓誤差。

依照公式（2.25）計算出最大輪廓誤差為：針對、不同狀況進行分析如下：由上述理論分析有：于是，式中，為X軸方向?qū)嶋H穩(wěn)態(tài)速度，為Y軸方向?qū)嶋H穩(wěn)態(tài)速度。①當兩軸增益、互相匹配，即==時，則==10，則兩軸增益差=0，于是有并且，于是，可以得到兩軸位移變化圖如圖2.13所示。YY軸X軸圖2.13X、Y軸位移變化圖此刻，圖2.13所相應直線輪廓加工直線如圖2.14所示。圖2.14直線輪廓加工由圖2.13可以看出，X、Y軸位移變化圖中兩軸位移直線斜率相等，這與計算出兩軸實際穩(wěn)定速度相符。由圖2.14可以看出，當兩軸增益、匹配時，△KS=0，ε=0，這闡明當兩軸系統(tǒng)增益相等時，跟隨誤差、對輪廓精度無影響。刀具實際位置仍在直線輪廓上，只是較指令位置有一定滯后。在兩軸指令速度等于輪廓加工速度分量，且兩軸進給系統(tǒng)增益相等條件下，直線輪廓加工時，速度誤差不會引起加工誤差。②當兩軸進給系統(tǒng)增益匹配，即時，可以分相對于偏大和相對于偏小兩種狀況進行分析，不妨假設(shè)、均為常數(shù)。當增益相對于增益偏大時，依照題意，不妨設(shè)，，則兩軸增益差為：于是有并且，于是，可以得到兩軸位移變化圖如圖2.15所示。XX軸Y軸圖2.15X、Y軸位移變化圖此刻，圖2.15所相應直線輪廓加工直線如圖2.16所示。圖2.16直線輪廓加工由圖2.15可以看出，X、Y軸位移變化圖中X軸位移直線斜率比Y軸位移直線斜率大，這與計算出兩軸實際穩(wěn)定速度大小相符。由圖2.16可以看出，當增益相對于增益偏大時，若增大，實際運動軌跡就越偏離理論軌跡，將會產(chǎn)生輪廓誤差，當時，則，實際運動軌跡就越接近理論軌跡。若不考慮兩軸加速、減速階段，實際軌跡直線平行于理論軌跡直線，兩直線距離為輪廓誤差。③當增益相對于增益偏小時，且、均為常數(shù)時，依照題意，不妨設(shè)，，則兩軸增益之差為：于是有并且，于是，可以得到兩軸位移變化圖如圖2.17所示。XX軸Y軸圖2.17X、Y軸位移變化圖此刻，圖2.17所相應直線輪廓加工直線如圖2.18所示。圖2.18直線輪廓加工由圖2.17可以看出，X、Y軸位移變化圖中X軸位移直線斜率比Y軸位移直線斜率小，這與計算出兩軸實際穩(wěn)定速度大小相符。由圖2.18可以看出，當增益相對于增益偏小時，若增大，實際運動軌跡就越偏離理論軌跡，將會產(chǎn)生輪廓誤差，當時，則，實際運動軌跡就越接近理論軌跡。若不考慮兩軸加速、減速階段，實際軌跡直線平行于理論軌跡直線，兩直線距離為輪廓誤差。綜上所述，通過對工作臺雙軸伺服系統(tǒng)在直線插補運動時輪廓誤差分析，可知雙軸聯(lián)動作直線進給時，輪廓誤差產(chǎn)生源于雙軸系統(tǒng)開環(huán)增益不匹配性，單軸坐標直線進給時，沒有位置誤差，但運動存在滯后現(xiàn)象。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，零件輪廓形狀精度不但受機床定位精度、微量位移精度影響，并且更為重要是受機床進給伺服系統(tǒng)輪廓跟隨精度所影響。在輪廓加工過程中，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性會對輪廓誤差產(chǎn)生比較大影響。在直線加工時，若=，直線輪廓誤差為零，若增大，實際運動軌跡偏離理論軌跡，將會產(chǎn)生輪廓誤差。因而，在數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中，各聯(lián)動坐標軸系統(tǒng)增益普通均取相似數(shù)值，只有這樣才干保證零件輪廓加工精度。通過上述理論分析，為了提高理論分析成果實用性，并充分運用于實際生產(chǎn)過程之中，筆者下面將在WindowsXP系統(tǒng)下基于VC開發(fā)環(huán)境設(shè)計一套測試數(shù)控機床增益匹配軟件。

3軟件設(shè)計3.1軟件功能簡介數(shù)控機床參數(shù)匹配測試平臺軟件應當具備重要功能如下：采集8253芯片數(shù)據(jù)并寫入文獻；讀取文獻內(nèi)容并繪制數(shù)據(jù)坐標點；最小二乘法擬合直線；設(shè)定并繪制理論直線；數(shù)據(jù)瀏覽、誤差顯示；成果分析；軟件使用協(xié)助。3.2操作系統(tǒng)選取方案1：DOS操作系統(tǒng)特點：單顧客單任務操作系統(tǒng)方案2：WINDOWS操作系統(tǒng)特點：單顧客多任務操作系統(tǒng)和諧圖形顧客界面、易學易用，并能支持多任務。方案3：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)特點：多顧客多任務操作系統(tǒng)UNIX、NETWARE、WINDOWSNTLINUX等。結(jié)論：雖然網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)功能較為強大，但WINDOWS深為廣大顧客愛慕，由于它操作比較簡樸，并且考慮與語言程序匹配兼容性，咱們選取使用WINDOWS操作系統(tǒng)。3.3編程語言方案選取方案1：VisualBasicVB淺顯易懂，很容易上手，具備如下某些特點：

①面向?qū)ο?/p>

VB采用了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想。它基本思路是把復雜程序設(shè)計問題分解為一種個可以完畢獨立功能相對簡樸對象集合，所謂“對象”就是一種可操作實體，如窗體、窗體中命令按鈕、標簽、文本框等。②事件驅(qū)動

在Windows環(huán)境下，程序是以事件驅(qū)動方式運營，每個對象都能響應各種不同事件，每個事件都能驅(qū)動一段代碼——事件過程，該代碼決定了對象功能，普通稱這種機制為事件驅(qū)動。③軟件集成式開發(fā)

VB為編程提供了一種集成開發(fā)環(huán)境。在這個環(huán)境中，編程者可設(shè)計界面、編寫代碼、調(diào)試程序，直至把應用程序編譯成可在Windows中運營可執(zhí)行文獻，并為它生成安裝程序。

④構(gòu)造化程序設(shè)計語言

VB具備豐富數(shù)據(jù)類型，是一種符合構(gòu)造化程序設(shè)計思想語言，并且簡樸易學。此外作為一種程序設(shè)計語言，VB尚有許多獨到之處。

方案2：Delphi語言編譯速度快，比C++、C?？於嗔?。運營速度快,VC體系比較好,使用以便,適合做數(shù)據(jù)庫,適合做共享軟件，組件資源豐富，難度不大于C++。使用Pascal語言，語言流行限度不如C/C++，不是完全面向?qū)ο?，使用不是很靈活。方案3：VisualC++Visual

Basic之因此受到廣大編程興趣者及專業(yè)編程人員青睞，是由于VisualC++具備如下重要特點：①程序構(gòu)造簡樸、書寫格式自由。②語句簡潔、語法構(gòu)造清晰、緊湊，使用以便、靈活。③數(shù)據(jù)類型豐富、齊全。④運算符豐富、齊全，運算能力強。⑤語法限制不太嚴格，程序自由度大。⑥具備直接硬件解決能力⑦C++編譯系統(tǒng)生成目的代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。⑧程序可移植性強。C++包括了整個C，因而也繼承了C所有特性和長處，同步添加了對OOP完全支持。綜上所述，本設(shè)計涉及從PC機ISA接口讀取數(shù)據(jù)，綜合各方面考慮，最后選取VisualC++作為編程語言。

3.4VC開發(fā)平臺簡介VC++是VisualC++簡稱，它涉及編輯、編譯、連接、運營幾種環(huán)節(jié)。VisualC++6.0是當今世界是上最流行語言之一，它是在20世紀80年代初由貝爾實驗室開發(fā)。當時C語言已經(jīng)非常流行，隨著問題復雜度提高和面向?qū)ο筠k法提出，C語言越來越顯得力不從心，C++是由C語言擴張而成，它繼承了C語言長處，又擴張了C語言功能。它非常合用于開發(fā)中檔和大型計算機應用項目。軟件可重用性、可擴充性以及可靠性均顯示出了它優(yōu)越性。VisualC++編程界面如圖3.1所示。圖3.1工程界面在圖3.1中，工具欄中慣用按鈕重要功能簡介如下：編譯按鈕，當程序編輯好后，點擊此按鈕看程序與否出錯，以便修改。組建按鈕，當所有文獻編輯好后，點擊此按鈕看程序與否出錯，以便修改。運營按鈕，當程序編譯無誤后點擊這個按鈕會自動彈出運營界面，這樣你就可以檢查你程序和你思想與否一致。單步運營按鈕，便于檢查程序執(zhí)行狀況，看與否按自己思路運營，可以單步查看運營成果；插入或刪除中斷點按鈕；停止組建按鈕；協(xié)助按鈕；保存按鈕，將編輯當前程序存盤；所有保存按鈕，將所有文獻存盤。3.5軟件功能實現(xiàn)數(shù)控機床參數(shù)匹配測試平臺框架構(gòu)造圖如圖3.2所示:最小二乘法擬合最小二乘法擬合寫入文獻讀取數(shù)據(jù)點繪制理論直線誤差分析成果分析采集外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)瀏覽3.2數(shù)控機床參數(shù)匹配測試平臺框架構(gòu)造圖每個環(huán)節(jié)之間存在著一定得邏輯關(guān)系，詳細流程闡述如下：①平臺通過計算機ISA接口將8253計數(shù)芯片上數(shù)據(jù)采集進入平臺之中，然后通過一定數(shù)學解決將其轉(zhuǎn)換為坐標點數(shù)據(jù)，并寫入PC機硬盤中備用；②將PC機中數(shù)據(jù)文獻讀出，并將其繪制到坐標系中；③將PC機中數(shù)據(jù)文獻讀出，應用最小二乘法對其進行擬合，將擬合直線與坐標點繪制到相似坐標系中，并顯示擬合直線方程；④對最小二乘法數(shù)據(jù)擬合以及系統(tǒng)位置誤差進行分析；⑤設(shè)立理論直線方程，將其與擬合直線和坐標點繪制到同一坐標系；⑥通過對所繪制圖形分析，給出有關(guān)結(jié)論和解決問題建議。下面將針對每個功能模塊某些實現(xiàn)狀況進行闡述，功能模塊之間都是基于VC++消息機制，每個功能模塊中將簡介編程思想、簡樸編程流程圖、重要子程序以及其她核心編程信息。3.5.1采集數(shù)據(jù)信息平臺通過計算機ISA總線接口將8253計數(shù)芯片上數(shù)據(jù)采集進入平臺之中，然后通過一定數(shù)學解決將其轉(zhuǎn)換為坐標點數(shù)據(jù)，并寫入PC機硬盤中備用。那么，有必要對8253芯片和ISA總線做簡樸簡介。1、8253芯片簡介：8253芯片是INTEL公司生產(chǎn)微型機通用外因芯片之一。采用24引腳雙列直插式封裝，其重要特性有：●采用單一+5V電源供電；●計數(shù)頻率為0～5MHz；●兩種計數(shù)方式：即二進制或BCD方式計數(shù)；●片內(nèi)有3個獨立16位減法計數(shù)器(或計數(shù)通道)，每個計數(shù)器又可以分為2個8位計數(shù)器；●六種工作方式，既可對系統(tǒng)時鐘脈沖計數(shù)實現(xiàn)定期．又可對外部事件進行計數(shù)，可由軟件或硬件控制開始計數(shù)或停止計數(shù)。由于篇幅有限，下面就只簡介一下8253芯片6種工作方式，依照本設(shè)計需要選取一種適合工作方式。工作方式選?、俜绞?—計數(shù)結(jié)束時產(chǎn)生中斷方式當寫入方式0控制字后，計數(shù)器輸出及時變?yōu)榈碗娖?，當賦初值后，計數(shù)器立即開始工作，且輸出始終保持低電平，計數(shù)結(jié)束時變?yōu)楦唠娖?，并始終保持到再次裝入初值或復位為止。若初值為雙字節(jié)，則只有當輸入高字節(jié)后計數(shù)器才開始工作。如果對正在進行計數(shù)計數(shù)器裝入一種新初值，則計數(shù)器立即重新開始計數(shù)。GATE門控端可禁止或容許計數(shù)，當GATE=0時，禁止計數(shù)，GATE=1時，容許計數(shù)。②方式1—可編程單次脈沖方式當裝入計數(shù)初值后，要等GATE信號由低變高，并保持高時開始計數(shù)，此時OUT信號為低電平，計數(shù)結(jié)束時，輸出變高電平，輸出單次脈沖，單次脈沖寬度由計數(shù)初值N決定。當再有GATE上跳沿信號時，將再次以N為初值開始計數(shù)，若在GATE信號之前賦入新初值，則等到再有觸發(fā)信號時將以此新值開始計數(shù)。③方式2—頻率發(fā)生器方式當裝入計數(shù)初值后，及時開始計數(shù)，輸出端不斷輸出負脈沖，其寬度等于一種時鐘周期，兩脈沖之間時鐘個數(shù)等于裝入初始值。該方式需在GATE信號控制下工作，當GATE為0時，及時逼迫輸出為高電平，當GATE為1時啟動一次新計數(shù)周期。④方式3—方波頻率發(fā)生器方式該發(fā)生GATE信號作用與方式2相似，在GATE信號上升沿啟動計數(shù)，前半計數(shù)輸出始終保持高電平，后一半計數(shù)輸出又變?yōu)榈碗娖健Ｈ粞b入初值N為奇數(shù)，則在(N+1)/2個計數(shù)期間輸出保持低電平。⑤方式4—軟件觸發(fā)選通方式該方式被設(shè)立后輸出即變?yōu)楦唠娖?，當GATE=1時，一旦計數(shù)器裝入初值便立即開始計數(shù)，計數(shù)結(jié)束后立即輸出一種寬度等于一種時鐘周期負脈沖。GATE=0時，禁止計數(shù)。⑥方式5—硬件觸發(fā)選通方式該方式由GATE信號上升沿啟動計數(shù)器，輸出始終保持高電平，當計數(shù)結(jié)束時，輸出一種寬度等于時鐘周期負脈沖。此方式下，GATE電平高低對計數(shù)器工作無作用。但計數(shù)操作可用GATE信號上升沿重新觸發(fā)，當正在計數(shù)期間計數(shù)器一旦重新觸發(fā)，便又從本來初值重新開始計數(shù)，計數(shù)期間，輸出始終保持高電平。綜上所述，結(jié)合本次設(shè)計需要，選取8253芯片工作方式2比較適當。8253-5編程寫入方式控制字8253工作方式控制字格式如圖3.3所示。使用任意計數(shù)器通道，一方面要向該通道寫入方式控制字，以擬定該通道工作方式。注意，雖然三個通道用控制字端口地址是相似，但三個控制字寫入后卻存入相應通道控制寄存器中。寫入計數(shù)初始值某個計數(shù)器在寫入了方式控制字后，任何時候都可以按RL1RL0規(guī)定寫入計數(shù)初始值，對某一計數(shù)器寫入順序是必要嚴格遵守，但是在符合順序狀況下，容許在中間穿插著對別計數(shù)器讀寫操作。當RL1RL0=01時，只寫入低8位，則高位自動置0；當RL1RL0=10時，只寫入高8位，則低位自動置0；當RL1RL0=11時，共寫入16位，先寫低8位，后寫高8位。D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD方式控制字方式控制字SC1、SC1、SC0計數(shù)器選取RL1、RL0CPU讀/寫操作SC1SC0計數(shù)器00計數(shù)器001計數(shù)器110計數(shù)器211無效RL1RL0操作方式00計數(shù)值鎖存（供CPU讀出）01讀/寫計數(shù)器低8位10讀/寫計數(shù)器高8位1M2M2M1M0工作方式選取先讀/寫低8位，后讀/寫高8位M2M1M0工作方式000方式0001方式1×10方式2×11方式3100方式4101方式5BCDBCD計數(shù)方式選取0二進制計數(shù)1十進制（BCD碼）計數(shù)圖3.38253工作方式控制字讀計數(shù)值在計數(shù)進行過程中，讀出當前計數(shù)值有時是有用。在動態(tài)讀計數(shù)值時可以有兩種辦法。本次采用鎖存計數(shù)器當前計數(shù)值。采用一種方式控制字，其中SC1SC0=01指定要讀計數(shù)器通道號，RL1RL0=00，使這個方式控制字成為一種軟件命令，方式字別的各位內(nèi)容可以不考慮。這個命令一旦寫入后，就及時把當前計數(shù)值鎖存到鎖存寄存器，而計數(shù)器可以繼續(xù)工作。此后，CPU通過先用方式控制字所規(guī)定讀取方式，然后再讀計數(shù)值，但由于這是從鎖存寄存器中讀取，因此是一種穩(wěn)定值。這種辦法唯一限定也是必要讀完規(guī)定字節(jié)數(shù)。2、ISA總線簡介：ISA插槽是基于ISA總線（IndustrialStandardArchitecture，工業(yè)原則構(gòu)造總線）擴展插槽，其顏色普通為黑色，比PCI接口插槽要長些，位于主板最下端。其工作頻率為8MHz左右，為16位插槽，最大傳播率16MB/sec，可插接顯卡，聲卡，網(wǎng)卡已及所謂多功能接口卡等擴展插卡。ISA總線擴展插槽由兩某些構(gòu)成，一某些有62引腳，重要由地址線，數(shù)據(jù)線，控制線，狀態(tài)線，輔助線，電源線等62根引腳構(gòu)成,其信號分布及名稱與PC/XT總線擴展槽基本相似，僅有很小差別。ISA總線端口編址方式有兩種方式：統(tǒng)一方式：存儲器中一某些地址分派給I/O；獨立方式：存儲器和I/O分別編址，有獨立指令，PC采用此方式。計算機端口地址如下表3.1所示。表3.1計算機端口地址I/O接口名稱端口地址硬驅(qū)控制卡1F0H～FFH游戲控制卡200H～20FH并行口控制卡1370H～37FH并行口控制卡2270H～27FH串行口控制卡13F8H～3FFH串行口控制卡22F0H～2FFH原型插件板（顧客可用）300H～31FH同步通訊卡13A0H～3AFH同步通訊卡2380H～38FH單顯DMA3B0H～3BFH彩顯CGA3D0H～3DFH彩顯EGA/VGA3C0H～3CFH軟驅(qū)控制卡3F0H～3F7H從表3.1可以看出，顧客可用地址區(qū)域為：300H～31FH,即表3.1中所加黑某些。因而，運用VC++編程時，將會運用300H～31FH段地址。綜合分析，由于雙軸系統(tǒng)中，每個進給軸會用到2個計數(shù)器，即正反方向分別各一種計數(shù)器。因而，兩個軸一共需要4個計數(shù)器才夠用，由于每片8253芯片只有3個計數(shù)器，因此需要選用2片8253芯片。地址：300H～303H分別表達第一片8253芯片計數(shù)器0、計數(shù)器1、計數(shù)器2和控制字；地址：304H～307H分別表達第二片8253芯片計數(shù)器0、計數(shù)器1、計數(shù)器2和控制字。為以便標記，筆者將第二片8253計數(shù)器依次命名為：計數(shù)器3、計數(shù)器4、計數(shù)器5。3、采集數(shù)據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)：采集數(shù)據(jù)程序流程圖如下圖3.4所示：打開文獻打開文獻初始化計數(shù)器開始讀取外部數(shù)據(jù)寫入文獻解決數(shù)據(jù)讀取完畢關(guān)閉文獻是否結(jié)束3.4采集數(shù)據(jù)程序流程圖下面分別簡介每個小模塊實現(xiàn)過程。（１）初始化計數(shù)器初始化編程順序是：對某一指定計數(shù)器，必要先寫控制字，再寫計數(shù)器初值，計數(shù)初值寫入格式由控制字D5和D4兩位編碼決定。由于單個計數(shù)器是完全獨立，因此寫入控制字順序無任何先寫或后寫限制。由于本次設(shè)計中采用是讀取之前先送計數(shù)鎖存，因而，D5D4只能取00和11，分別表達鎖存和先讀低8位后讀高8位。選取工作方式2，則D3D2D1應當取010。采用二進制計數(shù)，因此D0=0。第一片芯片控制字地址為0x303，第二片控制字地址為0x307。依照上述分析，對于計數(shù)器0而言，其初始化核心代碼如下：//第一片8253芯片計數(shù)器0，代表X軸正方向；_outp(0x303,0x34)；//控制字 _outp(0x300,255)；//初始化計數(shù)器0為0xFFFF;先低8位，后高8位； _outp(0x300,255)；以上代碼中，第一行代碼中0x303為第一片芯片控制字地址，0x34是依照D7D6D5D4D3D2D1=00110100B=34H計算而來。第2、3行代碼中0x300是計算器0地址，255是需要初始化進入計數(shù)器數(shù)值。代碼中_outp()函數(shù)是輸出函數(shù)。在VC開發(fā)系統(tǒng)中，系統(tǒng)提供了conio.h頭文獻，conio.h不是C原則庫中頭文獻。conio是ConsoleInput/output（控制臺輸入輸出）簡寫，其中定義了通過控制臺進行數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出函數(shù)，本設(shè)計將重要用到conio.h頭文獻中_outp()和_inp()函數(shù)。_outp()函數(shù)原型為：int_outp(unsignedshortport，intdatabyte)；port參數(shù)為指定輸出端標語，databyte參數(shù)為輸出值。調(diào)用后，它將databyte參數(shù)指定值輸出到port參數(shù)指定端口并返回該值。databyte可以是0—255范疇內(nèi)任何整數(shù)值。_inp()函數(shù)原型為：int_inp(unsignedshortport)；port參數(shù)為指定輸入端標語。調(diào)用后，它從port參數(shù)指定端口讀入并返回一種字節(jié)，輸入值可以是在0—255范疇內(nèi)任意無符號整數(shù)值。其她計數(shù)器初始化某些程序?qū)崿F(xiàn)與初始化計數(shù)器0完全類似，筆者在此就不在贅述。讀取數(shù)據(jù)及解決初始化編程順序是：通過控制字先對計數(shù)值進行所存，供CPU讀出，然后設(shè)立為先讀低8位再讀高8位；然后讀取低8位并儲存低8位，再讀取高8位并儲存高8位。對計數(shù)器0讀取核心代碼如下： _outp(0x303,0x04); //計數(shù)值鎖存(供CPU讀出) _outp(0x303,0x34); //先讀低8位，后讀高8位 _outp(0x300,0x34); //讀取數(shù)據(jù) data0=_inp(0x300)；//儲存低8位 data1=_inp(0x300)；//儲存高8位在以上代碼中，第1行代碼中0x303為第一片芯片控制字地址，0x04是依照D7D6D5D4D3D2D1=00000100B=04H計算而來，其作用是將計數(shù)值鎖存。第2行代碼中0x34是通過D7D6D5D4D3D2D1=00110100B=34H計算而來，其作用是將讀取方式設(shè)立為讀/寫低8位，后讀/寫高8位。第3行代碼是將地址為0x300，即計數(shù)器0，計數(shù)值分別讀取2次。第4、5行代碼完畢將讀取數(shù)據(jù)分別存儲在data0、data1中，則data0存儲低8位，data1存儲高8位。實際計數(shù)值大小為：讀取其她計數(shù)器中數(shù)據(jù)與讀取計數(shù)器0中數(shù)據(jù)完全類似，筆者在此不再贅述。由于每次采集到數(shù)據(jù)不是符合規(guī)定坐標值，必要通過一定數(shù)學轉(zhuǎn)換才干得到合乎規(guī)定坐標值，詳細操作環(huán)節(jié)是：將每次從計數(shù)器0獲得值減去從計數(shù)器1獲得值作為當前X軸坐標值，然后將次從計數(shù)器2獲得值減去從計數(shù)器3獲得值作為當前Y軸坐標值，如此循環(huán)，下一次得到X軸坐標值和Y軸坐標值都分別需要加上前一種狀態(tài)坐標值。文獻操作筆者最初想將讀取進來數(shù)據(jù)儲存到一種數(shù)組中，但是由于讀取數(shù)據(jù)量大，這樣不但會揮霍CPU，并且還也許導致系統(tǒng)崩潰。為此，筆者多方考慮，打算采用文獻操作來解決這一種文獻，即將讀取數(shù)據(jù)寫入一種二進制文獻，然后在需要時候?qū)⑵湔{(diào)用出來進行有關(guān)解決和分析。該某些核心代碼如下：FILE*datafile;datafile=fopen("C:\\Data.dat","wb");while(!feof(datafile)){ fwrite(&data.x,sizeof(long),1,datafile); fwrite(&data.y,sizeof(long),1,datafile);}fclose(datafile);在以上代碼中，先是運用第一行代碼定義了一種FILE指針文獻，然后第二行代碼將C:\創(chuàng)立一種名為Data.dat文獻，并以二進制寫方式打開；背面代碼則是將采集X坐標data.x和Y坐標data.y分別依次存入文獻中。最后一行代碼作用是將該文獻關(guān)閉，這是每次打開一種文獻后必要環(huán)節(jié)。本軟件開發(fā)過程中，諸多地方都會運用到文獻操作，為此，筆者有必要對其進行簡樸簡介。①打開文獻在前面第二行代碼中，fopen函數(shù)用來打開一種文獻，其調(diào)用普通形式為：文獻指針名=fopen(文獻名，使用文獻方式)其中，第一種形式參數(shù)表達文獻名，可以包括途徑和文獻名兩某些,“文獻名”是字符串常量或字符串數(shù)組。第二個形式參數(shù)表達打開文獻類型，本設(shè)計用到兩種打開文獻類型如下："rb"只讀打開一種二進制文獻，只容許讀數(shù)據(jù)

"wb"

只寫打開或建立一種二進制文獻，只容許寫數(shù)據(jù)②讀寫文獻在寫文獻某些代碼中，寫數(shù)據(jù)塊函數(shù)調(diào)用普通形式為：fwrite(buffer,size,count,fp);后來將用到讀數(shù)據(jù)塊函數(shù)，其調(diào)用普通形式為：fread(buffer,size,count,fp);其中，buffer是一種指針，在fread函數(shù)中，它表達存儲輸入數(shù)據(jù)首地址，在fwrite函數(shù)中，它表達存儲輸出數(shù)據(jù)首地址。size表達數(shù)據(jù)塊字節(jié)數(shù)。count表達要讀寫數(shù)據(jù)塊塊數(shù)。fp表達文獻指針。例如：fread(x,4,5,fp);其意義是從fp所指文獻中，每次讀4個字節(jié)(一種實數(shù))送入實數(shù)組x中，持續(xù)讀5次，即讀5個實數(shù)到x中。fwrite(y,4,5,fp);其意義是從實數(shù)組y中，每次寫4個字節(jié)(一種實數(shù))送入fp所指文獻中，持續(xù)寫5次，即寫5個實數(shù)到fp所指文獻中。③關(guān)閉文獻fclose()函數(shù)用來關(guān)閉一種由fopen()函數(shù)打開文獻,其調(diào)用格式為:fclose(FILE*stream);該函數(shù)返回一種整型數(shù)。當文獻關(guān)閉成功時，返回0,否則返回一種非零值?？梢砸勒蘸瘮?shù)返回值判斷文獻與否關(guān)閉成功。3.5.2讀取數(shù)據(jù)信息并繪圖讀取數(shù)據(jù)信息繪圖程序流程圖如下圖3.5所示：下面簡介一下本軟件繪圖實現(xiàn)辦法，這里選用MFC提供CClientDC類來實現(xiàn)這一功能。這個類派生于CDC類，并且在構(gòu)造時調(diào)用GetDC函數(shù)，在析構(gòu)時調(diào)用ReleaseDC函數(shù)。也就是說，當一種CClientDC對象在構(gòu)造時，它內(nèi)部會調(diào)用GetDC函數(shù)，獲得一種對象；在這個CClientDC對象析構(gòu)時，會自動釋放這個設(shè)備描述表資源。這樣話，程序中如果使用了CClientDC類型定義DC對象，就不需要顯示地調(diào)用GetDC函數(shù)和ReleaseDC函數(shù)了。只需要定義一種CClientDC對象，然后就可以運用這個對象提供函數(shù)進行繪圖操作了。當該對象生命周期結(jié)束時，會自動釋放其所占設(shè)備資源。這就是CClientDC對象好處，因而，本軟件開發(fā)過程中關(guān)于繪圖指令都是基于CClientDC類進行。打開文獻打開文獻開始讀取文獻數(shù)據(jù)繪制數(shù)據(jù)點讀取完畢關(guān)閉文獻是否結(jié)束圖3.5繪制數(shù)據(jù)程序流程圖為了簡樸簡介CClientDC類功能，下面給出軟件中坐標系繪制程序?qū)崿F(xiàn)如下：CClientDCdc(this);//定義一種CClientDC對象//繪制縱坐標dc.MoveTo(20,0)；//移動到繪圖起點dc.LineTo(20,750)；//從起點到此點畫用線段連接起來//繪制坐標原點0dc.ExtTextOut(10,700,ETO_OPAQUE,CRect(10,700,10,710),_T("0"),NULL)；//繪制X坐標標簽dc.ExtTextOut(30,20,ETO_OPAQUE,CRect(30,20,30,30),_T("Y"),NULL);//繪制Y坐標標簽dc.ExtTextOut(750,710,ETO_OPAQUE,CRect(750,710,750,720),_T("X"),NULL);以上代碼只提供了縱坐標繪制，其她坐標繪制完全相識，筆者就不再贅述，詳細代碼見程序清單。從上面例子可以發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)造CClientDC對象時，需要一種CWnd類型指針作為參數(shù)。由VC++知識可知，每個對象均有一種this指針指向自己自身，因此，本例子就將this作為參數(shù)傳遞給該對象構(gòu)造函數(shù)。由此可以看出，CClientDC類繪圖十分以便快捷。但是還需要闡明是，不論是VC中窗口還是對話框，設(shè)備原點（0，0）都是在左上角，這與咱們實際應用不同樣，因而需要對設(shè)備原點（0，0）進行變化，這樣才干使得繪出圖像具備很強工程意義。例子中筆者就將原點改到（20，700），這樣下面繪制出來圖形就會出當前坐標系第一象限。此外，由于本次設(shè)計中會有擬合直線、理論直線以及所有數(shù)據(jù)坐標點在同一坐標系中浮現(xiàn)，因而，需要用不同顏色、大小來顯示所繪制圖形，這樣才以便分析她們之間關(guān)系。前一種例子中所畫坐標系都是黑色，這是由于設(shè)備描述表中有一種默認黑色畫筆，因而繪制線條都是黑色。在VC++中，如果想要繪制其她顏色線條，一方面需要創(chuàng)立一種特定顏色畫筆，然后將此畫筆選入設(shè)備描述表中，接下來繪制圖形顏色就由這個新畫筆特性做決定了。詳細實現(xiàn)，可以運用MFC提供CPen類創(chuàng)立畫筆對象，這個類封裝了與畫筆有關(guān)操作。它有三個構(gòu)造函數(shù)，其中一種構(gòu)造函數(shù)原型聲明如下：CPen(intnPenStyle，intnWidth，COLORREFcrColor);其中，第一種參數(shù)（nPenStyle）指定筆線型（實線(PS_SOLID)、點線(PS_DOT）、虛線(PS_DASH)等）；第二個參數(shù)（nWidth）指定畫筆線寬,需要注意是，畫筆寬度要不超過1才可以保證虛線線型有效；第三個參數(shù)指定筆顏色，這個參數(shù)是COLORREF類型，運用RGB這個宏可以建立這個類型值。RGB宏聲明如下：COLORREFRGB(BYTEbRed，BYTEbGreen，BYTEbBluecolor);可以看出，RGB宏有三個參數(shù)，分別代表紅、綠、藍三種顏色值。這三個參數(shù)都是BYTE類型,取值范疇為:0～255，RGB(255,255,255)代表白色，RGB(0,0,0)代表黑色，當三個參數(shù)分別設(shè)立為0～255之間任意值時，可以得到各種不同顏色。對于前面坐標系例子，若將第一行指令修改為如下代碼：CPenpen(PS_SOLID,1,RGB(0,0,255))；//創(chuàng)立新畫筆 CClientDCdc(this)；//定義一種CClientDC對象CPen*pOldPen=dc.SelectObject(&pen);//添加新畫筆備用然后，在最后一行代碼背面添加如下代碼：dc.SelectObject(pOldPen); //恢復默認畫筆從修改后例子可以看出，一方面創(chuàng)立了一種實線畫筆，其寬度為1，顏色為藍色。接著運用SelectObject函數(shù)將新畫筆對象選入設(shè)備描述表，再運用畫線函數(shù)可以發(fā)現(xiàn)繪制出線發(fā)生了變化。最后，再次調(diào)用SelectObject函數(shù)恢復設(shè)備描述表中畫筆。最后簡介一下，CClientDC對象中一種SetPixel函數(shù)，該函數(shù)聲明如下:StatusSetPixel(INTx，INTy，COLORREFcrColor);其中，x為橫坐標，y為縱坐標，crColor為顏色設(shè)立。打開文獻開始打開文獻開始讀取文獻數(shù)據(jù)最小二乘法擬合讀取完畢關(guān)閉文獻是否計算擬合直線計算擬合直線關(guān)閉文獻顯示擬合直線繪制擬合直線結(jié)束FILE*fp1;//定義文獻指針 fp1=fopen("C:\\Data.dat"，"rb")；//二進制方式讀文獻while(!feof(fp1))//判斷與否讀完數(shù)據(jù)結(jié)束{fread(&x,sizeof(long),1,fp1)；//讀橫坐標 fread(&y,sizeof(long),1,fp1)；//讀縱坐標dc.SetPixel(20+x,700-y,RGB(255,0,0));//以紅色畫筆繪制坐標點}fclose(fp1)；//關(guān)閉文獻在上面代碼中，每行代碼作用見標注，該某些所有程序詳見附錄中DrawDlg.cpp。3.5.3最小二乘法擬合直線運用最小二乘法擬合直線程序流程圖如圖3.6所示。圖3.6最小二乘法擬合直線程序流程圖一方面，簡介一下最小二乘法擬合基本原則以及擬合直線方程推導過程，詳細分析如下：圖3.6最小二乘法擬合直線程序流程圖事實上，運用最小二乘法原理求取回歸參數(shù)k、b時，應使各數(shù)據(jù)點與擬合直線偏離平方和為最小，假設(shè)有n對數(shù)據(jù)點,在點上y預計量為：（3.1）誤差方程組為：（3.2）應當使得最小，于是求取參數(shù)k、b應當滿足：\（3.3）式（3.3）稱為正規(guī)方程組，運用代數(shù)辦法求解，可得：（3.4）（3.5）式中，，（3.6）（3.7）綜上所述，可以得到擬合后直線方程為：（3.8）此外，有關(guān)系數(shù)ρ是描述兩個變量線性關(guān)系密切限度數(shù)量指標，自然其絕對值越大，即接近于1時，x、y線性關(guān)系就越密切；當ρ接近0時，兩者線性變化規(guī)律就不明顯。因而，本設(shè)計引入了有關(guān)系數(shù)ρ來判斷直線擬合與否成功，也可以觀測到數(shù)據(jù)點線性關(guān)系。有關(guān)系數(shù)公式如下：（3.9）式（3.9）中，因分母根式值恒為正值，故有關(guān)系數(shù)符號取決于離差積之和符號，即與參數(shù)k符號一致。普通而言，只要有關(guān)系數(shù)ρ>0.999,那么x、y線性關(guān)系就非常密切了，線性關(guān)系很明顯。懂得n-2為自由度，又由于殘差平方和是反映了x對y線性影響之外其她隨機影響總和，故定義下列預計量s為：（3.10）s也可以以為是剩余原則差，它意義與原則差相識，用它可以衡量所有隨機因素對y大小，s愈大，擬合精度越高。通過對最小二乘法推導和分析，運用VC編寫實現(xiàn)擬合核心代碼如下：//最小二乘法擬合程序averx=sumx/len_data；//求x平均avery=sumy/len_data；//求y平均fp1=fopen("C:\\Data.dat","rb");while(!feof(fp1)){fread(&x,sizeof(long),1,fp1); fread(&y,sizeof(long),1,fp1);Lxx+=(x-averx)*(x-averx); Lxy+=(x-averx)*(y-avery);Lyy+=(y-avery)*(y-avery);}fclose(fp1);k=Lxy/Lxx；//求斜率kb=avery-k*averx；//求截距b在上面代碼中sumx和sumy分別為所有X、Y坐標值累加和，通過上述代碼，可以獲得直線方程：Y=k*X+b，于是筆者可以運用繪圖CClientDC類指令進行繪圖，這一操作類似于理論直線繪制，詳細實現(xiàn)過程參看3.5.4繪制理論直線某些。該某些所有程序詳見附錄中DrawDlg.cpp中OnNihe函數(shù)。 3.5.4繪制理論直線圖3.7繪制理論直線程序流程圖設(shè)立理論直線開始坐標點計算繪制理論直線圖3.7繪制理論直線程序流程圖設(shè)立理論直線開始坐標點計算繪制理論直線結(jié)束然后，運用前面簡介CClientDC類繪圖中LineTo函數(shù)即可完畢理論直線繪制，詳細核心代碼如下所示：dc.MoveTo(20,700-m_b)；//移動到A點dc.LineTo((700-m_b)/m_k+20,0);//連接A、B兩點dc.ExtTextOut(750,30,ETO_OPAQUE,CRect(750,30,750,40),_T("理論直線:"),NULL)；//繪制圖例dc.MoveTo(820,40);dc.LineTo(950,40);從以上代碼可以看出，代碼中m_k、m_b是設(shè)立直線方程斜率和截距。繪制圖指令在前面已經(jīng)簡介過，每行代碼作用見右邊標注。擬合直線繪制代碼與理論直線繪制完全相識，函數(shù)ExtTextOut可以是用來輸出“理論直線:”和“擬合直線:”文本信息，然后運用隨后兩行代碼繪制出一條小線段，這樣可以讓讀者清晰地結(jié)識那條線代表什么含義，固然擬合直線和理論直線是采用不同畫筆。運營后得到效果如圖3.8所示：圖3.8理論直線和擬合直線圖例該某些所有程序詳見附錄中DrawDlg.cpp中OnNilun函數(shù)。3.5.5數(shù)據(jù)瀏覽及誤差顯示數(shù)據(jù)瀏覽及誤差顯示編程過程中，由于需要計算方差、原則差等有關(guān)誤差，但是她們是每個點都要進行計算，最后會有諸多值，只有和數(shù)據(jù)放在一起才懂得她們所屬關(guān)系，因而，筆者就將這兩項功能設(shè)計在相似對話框中。詳細流程圖如圖3.9所示。由于篇幅有限，筆者只簡介一下數(shù)據(jù)加入列表框某些程序?qū)崿F(xiàn)，其核心代碼如下：charch[400];//定義緩存數(shù)組sprintf(ch,"第%6d點:X:%6d,Y:%6d，//定義輸出格式△D=%6d,Dy=%4.4f,dy=%4.4f",lendata,x,y,Delta_D,Dy,dy)；m_DataList.AddString(ch)；//加載進入列表框從上面代碼可以看出，第一行代碼是用來定義一種儲存每次加載內(nèi)容數(shù)組；第二行時設(shè)立數(shù)組內(nèi)容格式，其中，%6d表達6位十進制輸出，%4.4f表達4為整數(shù)、4為小數(shù)浮點型輸出；最后一行代碼中，運用AddString函數(shù)將數(shù)組內(nèi)容加載進入列表框中，這樣將該核心代碼放在數(shù)據(jù)讀循環(huán)里面就可以將每次讀出來數(shù)據(jù)以及誤差數(shù)據(jù)顯示在列表框中。在數(shù)據(jù)加載完畢后，關(guān)閉文獻背面添加如下代碼：sprintf(ch,"%6s%6s%6s%6s%10s%10s","點序號","X坐標","Y坐標","△D","方差","原則差");//定義一種輸出m_DataList.InsertString(0,ch);//插入ch內(nèi)容到列表框中第0行通過以上代碼可以給列表框輸出一種表頭，下面相應就是表