【正文】 穩(wěn)定、低速時(shí)無爬行，還要求當(dāng)速度為0 mm/min時(shí)，伺服電機(jī)處于電磁鎖住狀態(tài)，以保持定定位精度不變。但執(zhí)行部件是一個(gè)質(zhì)量元件，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)彈性元件，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)。只有正確認(rèn)識進(jìn)給系統(tǒng)的特性以及進(jìn)給系統(tǒng)增益對輪廓加工精度的影響，才能夠采取有效的措施提高整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的整體性能，服務(wù)于整個(gè)數(shù)控行業(yè)。發(fā)展高性能的數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，在很大程度上決定了機(jī)床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能取決于組成它的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中各環(huán)節(jié)的特性，也取決于系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)性能參數(shù)的合理匹配。 數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通機(jī)床不同。全閉環(huán)系統(tǒng)如果參數(shù)選得不合適，則有可能產(chǎn)生進(jìn)給振蕩。②位移精度高：即輸出的位移有較高的精度，也就是實(shí)際位移與指令位移量之差要小。 總體方案本次設(shè)計(jì)總體方案由理論分析部分和軟件測試部分組成，： 總設(shè)計(jì)方案圖，由理論分析部分和軟件設(shè)計(jì)部分組成，筆者將在2章介紹理論部分，在5章將對軟件部分進(jìn)行介紹。指令位置與實(shí)際位置 相等時(shí)，也就是位置偏差值為0時(shí)，與均為0，系統(tǒng)停止工作，執(zhí)行部件到達(dá)指令所要求的位置。時(shí)刻的瞬時(shí)位置指令值與瞬時(shí)實(shí)際位置值之間的差值，稱為該時(shí)刻的位置偏差。從控制系統(tǒng)的角度來看，位置指令是系統(tǒng)的一個(gè)輸入；與切削或使用條件有關(guān)的負(fù)載可以說是系統(tǒng)的干擾輸入。在設(shè)計(jì)和分析進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)，既要設(shè)計(jì)這兩個(gè)部分并分析各自的特性，還要求這兩部分合理匹配，從整體上綜合系統(tǒng)的特性。但是采用大慣量直流伺服電機(jī)時(shí)，可以將電機(jī)通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠直接相連，(a)所示。(b)所示的結(jié)構(gòu)，得到傳遞函數(shù)將會是是怎樣的呢？筆者推導(dǎo)其傳遞函數(shù)如下：，電機(jī)軸上的負(fù)載有二：其一是慣性負(fù)載 ()式中，,即電機(jī)軸與絲桿之間的連接件與傳動(dòng)件的折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與絲桿的折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和。系統(tǒng)采用直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J，電磁轉(zhuǎn)矩為M，電機(jī)的力矩平衡方程式應(yīng)為： ()式中: ——電樞的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)； ——電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,且。又分為兩部分：第一部分與速度成比例，即阻尼系數(shù)為的粘性摩擦阻尼力，該阻尼力在執(zhí)行部件的力平衡方程式()中考慮，第二部分是導(dǎo)軌之間的固體摩擦力及傳動(dòng)件彼此之間的固體摩擦扭矩（它可以換算為執(zhí)行部上的軸向力為），即綜上所述，在位置指令和干擾負(fù)載的作用下，全閉環(huán)的位置輸出為：在半閉環(huán)時(shí)，位置輸出為：式中，上兩式的系數(shù)為： 進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，所建立的數(shù)控伺服系統(tǒng)是一個(gè)高階系統(tǒng)，在將產(chǎn)品和系統(tǒng)調(diào)定參數(shù)代入后，可得到一個(gè)高階傳遞函數(shù)。同樣地，在機(jī)械傳動(dòng)部分，S2和S的系數(shù)相對常數(shù)項(xiàng)而言都非常小，因此也可將其近似化簡為比例環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，絲杠和螺母將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成為執(zhí)行部件的位移，這相當(dāng)于一個(gè)積分環(huán)節(jié)。隨著執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)，實(shí)際位置在改變，因此，位置偏差不斷減小，保持對位置控制單元的一個(gè)不斷減小的正誤差信號，使執(zhí)行部件減速后平穩(wěn)地進(jìn)入定位點(diǎn)，直到實(shí)際位置與指令位置相等，位置偏差等于零為止。，在兩個(gè)直角三角形中，根據(jù)幾何關(guān)系可得：②當(dāng)A＇在直線OA另外一邊時(shí)，同理可得：綜上所述，誤差為：將兩軸的速度誤差代入上式可得： ()由式（）可以看出，當(dāng)時(shí)，誤差，這與前面所述兩軸增益相等的情況完全吻合?！　、?當(dāng)加工45176。2% （1/s），可以計(jì)算出最大輪廓誤差。②當(dāng)兩軸的進(jìn)給系統(tǒng)增益匹配，即時(shí)，可以分相對于偏大和相對于偏小兩種情況進(jìn)行分析，不妨假設(shè)、均為常數(shù)。 直線輪廓加工，X、Y軸位移變化圖中X軸的位移直線斜率比Y軸的位移直線斜率小，這與計(jì)算出的兩軸的實(shí)際穩(wěn)定速度大小相符。 通過上述理論分析，為了提高理論分析成果的實(shí)用性，并充分運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)過程之中，筆者下面將在Windows XP系統(tǒng)下基于VC開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)一套測試數(shù)控機(jī)床增益匹配的軟件。 VB為編程提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境。此外作為一種程序設(shè)計(jì)語言，VB還有許多獨(dú)到之處。 ④運(yùn)算符豐富、齊全，運(yùn)算能力強(qiáng)。當(dāng)時(shí)C語言已經(jīng)非常流行，隨著問題復(fù)雜度的提高和面向?qū)ο蠓椒ǖ奶岢觯珻語言越來越顯得力不從心，C++是由C語言擴(kuò)張而成的，它繼承了C語言的優(yōu)點(diǎn)，又?jǐn)U張了C語言的功能。3. 5軟件功能實(shí)現(xiàn):最小二乘法擬合寫入文件讀取數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制理論直線誤差分析結(jié)果分析采集外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)瀏覽 數(shù)控機(jī)床參數(shù)匹配測試平臺框架結(jié)構(gòu)圖 每個(gè)環(huán)節(jié)之間的存在著一定得邏輯關(guān)系，具體流程闡述如下：①平臺通過計(jì)算機(jī)ISA接口將8253計(jì)數(shù)芯片上的數(shù)據(jù)采集進(jìn)入平臺之中，然后經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并寫入PC機(jī)硬盤中備用；②將PC機(jī)中的數(shù)據(jù)文件讀出，并將其繪制到坐標(biāo)系中；③將PC機(jī)中的數(shù)據(jù)文件讀出，應(yīng)用最小二乘法對其進(jìn)行擬合，將擬合的直線與坐標(biāo)點(diǎn)繪制到相同坐標(biāo)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(jìn)行分析；⑤設(shè)置理論直線方程，將其與擬合直線和坐標(biāo)點(diǎn)繪制到同一坐標(biāo)系；⑥通過對所繪制的圖形的分析，給出相關(guān)結(jié)論和解決問題的建議。若初值為雙字節(jié)，則只有當(dāng)輸入高字節(jié)后計(jì)數(shù)器才開始工作。若裝入的初值N為奇數(shù)，則在(N+1)/2個(gè)計(jì)數(shù)期間輸出保持低電平。使用任意計(jì)數(shù)器通道，首先要向該通道寫入方式控制字，以確定該通道的工作方式。這個(gè)命令一旦寫入后，就立即把當(dāng)前計(jì)數(shù)值鎖存到鎖存寄存器，而計(jì)數(shù)器可以繼續(xù)工作。表 計(jì)算機(jī)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（用戶可用）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，用戶可用的地址區(qū)域?yàn)椋?00H～31FH,。由于單個(gè)計(jì)數(shù)器是完全獨(dú)立的，所以寫入控制字的順序無任何先寫或后寫的限制。先低8位，后高8位； _outp(0x300,255)。調(diào)用后，它將databyte參數(shù)指定的值輸出到port 參數(shù)指定的端口并返回該值。 //計(jì)數(shù)值鎖存(供CPU讀出) _outp(0x303,0x34)。實(shí)際計(jì)數(shù)值大小為：讀取其他計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)與讀取計(jì)數(shù)器0中數(shù)據(jù)完全類似，筆者在此不再贅述。 fwrite(amp?！∑湟饬x是從fp所指的文件中，每次讀4個(gè)字節(jié)(一個(gè)實(shí)數(shù))送入實(shí)數(shù)組x中，連續(xù)讀5次，即讀5個(gè)實(shí)數(shù)到x中。這個(gè)類派生于CDC類，并且在構(gòu)造時(shí)調(diào)用GetDC函數(shù)，在析構(gòu)時(shí)調(diào)用ReleaseDC函數(shù)。 //移動(dòng)到繪圖起點(diǎn)(20,750)。但是還需要說明的是，不管是VC中窗口還是對話框，設(shè)備原點(diǎn)（0，0）都是在左上角，這與我們實(shí)際應(yīng)用不一樣，因此需要對設(shè)備原點(diǎn)（0，0）進(jìn)行改變，這樣才能使得繪出的圖像具有很強(qiáng)的工程意義。RGB宏的聲明如下：COLORREF RGB( BYTE bRed, BYTE bGreen, BYTE bBlue color)。 //恢復(fù)默認(rèn)畫筆從修改后的例子可以看出，首先創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)線畫筆，其寬度為1，顏色為藍(lán)色。x,sizeof(long),1,fp1)。因此，本設(shè)計(jì)引入了相關(guān)系數(shù)ρ來判斷直線擬合是否成功，也可以觀察到數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性關(guān)系。x,sizeof(long),1,fp1)。 //求斜率kb=averyk*averx。 //繪制圖例(820,40)。//定義緩存數(shù)組sprintf(ch,第%6d點(diǎn):X:%6d,Y:%6d, //定義輸出格式△D=%6d,Dy=%,dy=%,lendata,x,y,Delta_D,Dy,dy)。首先，結(jié)果分析中包含有結(jié)論和建議兩大部分。GetDlgItem(IDC_STATIC_JY)SetWindowText(建議內(nèi)容)。首先，介紹一下模態(tài)對話框的調(diào)用。 //顯示非模態(tài)對話框比較兩次運(yùn)行的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只要在模態(tài)對話框關(guān)閉后，才能返回進(jìn)行其他操作，然而，在非模態(tài)對話框中，無論非模態(tài)對話框關(guān)閉與否，都不影響其它操作。通過以上設(shè)計(jì)，基本完成了軟件的各個(gè)模塊功能，根據(jù)軟件設(shè)計(jì)原理，需要對軟件進(jìn)行測試，測試通過才證明軟件開發(fā)成功，下面進(jìn)行軟件測試。由于在該部分中定義了一個(gè)CResDlg類，于是，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建模態(tài)對話框的代碼如下：CResDlg Resdlg?！韭暶鳌坑捎诮Y(jié)論和建議內(nèi)容較多，為了使得程序代碼清晰，增加可讀性，此處未給出具體結(jié)論及建議內(nèi)容。也就是說，針對X軸增益相對Y軸增益匹配、偏大和偏小時(shí)，需要給出相應(yīng)的結(jié)論和建議。 //加載進(jìn)入列表框從上面代碼可以看出，第一行代碼是用來定義一個(gè)儲存每次加載內(nèi)容的數(shù)組；第二行時(shí)設(shè)置數(shù)組內(nèi)容的格式，其中，%6d表示6位十進(jìn)制輸出，%、4為小數(shù)的浮點(diǎn)型輸出；最后一行代碼中，利用AddString函數(shù)將數(shù)組內(nèi)容加載進(jìn)入列表框中，這樣將該核心代碼放在數(shù)據(jù)讀的循環(huán)里面就能夠?qū)⒚看巫x出來的數(shù)據(jù)以及誤差數(shù)據(jù)顯示在列表框中。從以上代碼可以看出，代碼中的m_k、m_b是設(shè)置的直線方程的斜率和截距。 繪制理論直線 繪制理論直線的程序流程圖設(shè)置理論直線開始坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算繪制理論直線結(jié)束理論直線的繪制相對簡單，只要知道直線方程Y=k*X+b，然后就是對當(dāng)X=0時(shí)取一個(gè)點(diǎn)，即A點(diǎn)（0，b），當(dāng)y=700時(shí)取一個(gè)點(diǎn)，即B點(diǎn)（b/k，700）。y,sizeof(long),1,fp1)。一般而言，只要相關(guān)系數(shù)ρ,那么x、y線性關(guān)系就非常密切了，線性關(guān)系很明顯。y,sizeof(long),1,fp1)。最后，再次調(diào)用SelectObject函數(shù)恢復(fù)設(shè)備描述表中的畫筆。這三個(gè)參數(shù)都是BYTE類型,取值范圍為:0～255, RGB(255,255,255)代表白色，RGB(0,0,0)代表黑色，當(dāng)三個(gè)參數(shù)分別設(shè)置為0～255之間的任意值時(shí)，可以得到各種不同的顏色。另外，由于本次設(shè)計(jì)中會有擬合直線、理論直線以及所有數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)在同一坐標(biāo)系中出現(xiàn)，因此，需要用不同顏色、大小來顯示所繪制的圖形，這樣才方便分析他們之間的關(guān)系。 //繪制X坐標(biāo)標(biāo)簽(30,20,ETO_OPAQUE,CRect(30,20,30,30),_T(Y),NULL)。這樣的話，程序中如果使用了CClientDC類型定義的DC對象，就不需要顯示地調(diào)用GetDC函數(shù)和ReleaseDC函數(shù)了。其意義是從實(shí)數(shù)組y中，每次寫4個(gè)字節(jié)(一個(gè)實(shí)數(shù))送入fp所指的文件中，連續(xù)寫5次，即寫5個(gè)實(shí)數(shù)到fp所指的文件中。以后將用到的讀數(shù)據(jù)塊函數(shù)，其調(diào)用的一般形式為：fread(buffer,size,count,fp)。}fclose(datafile)。（4） 文件操作筆者最初想將讀取進(jìn)來的數(shù)據(jù)儲存到一個(gè)數(shù)組中，但是由于讀取的數(shù)據(jù)量大，這樣不僅會浪費(fèi)CPU，而且還可能造成系統(tǒng)崩潰。 //讀取數(shù)據(jù) data0=_inp(0x300)。 _inp()函數(shù)原型為：int _inp(unsigned short port)。第3行代碼中0x300是計(jì)算器0的地址，255是需要初始化進(jìn)入計(jì)數(shù)器的數(shù)值。選擇工作方式2，則D3D2D1應(yīng)該取010。綜合分析，由于雙軸系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)給軸會用到2個(gè)計(jì)數(shù)器，即正反方向分別各一個(gè)計(jì)數(shù)器。這種方法唯一的限定也是必須讀完規(guī)定的字節(jié)數(shù)。② 寫入計(jì)數(shù)初始值某個(gè)計(jì)數(shù)器在寫入了方式控制字后，任何時(shí)候都可以按RL1RL0的規(guī)定寫入計(jì)數(shù)初始值，對某一計(jì)數(shù)器的寫入次序是必須嚴(yán)格遵守的，但是在符合次序情況下，允許在中間穿插著對別的計(jì)數(shù)器的讀寫操作。GATE=0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)。GATE門控端可禁止或允許計(jì)數(shù)，當(dāng)GATE=0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)，GATE=1時(shí)，允許計(jì)數(shù)。 采集數(shù)據(jù)信息平臺通過計(jì)算機(jī)ISA總線接口將8253計(jì)數(shù)芯片上的數(shù)據(jù)采集進(jìn)入平臺之中，然后經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并寫入PC機(jī)硬盤中備用。軟件的可重用性、可擴(kuò)充性以及可靠性均顯示出了它的優(yōu)越性。⑥具有直接的硬件處理能力 ⑦C++編譯系統(tǒng)生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。運(yùn)行速度快,VC體系比較好,使用方便,適合做數(shù)據(jù)庫,適合做共享軟件，組件資源豐富，難度小于C++。④結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言 在Windows環(huán)境下，程序是以事件驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)行的，每個(gè)對象都能響應(yīng)多個(gè)不同的事件，每個(gè)事件都能驅(qū)動(dòng)一段代碼——事件過程，該代碼決定了對象的功能，通常稱這種機(jī)制為事件驅(qū)動(dòng)。 操作系統(tǒng)的選擇方案1：DOS操作系統(tǒng)特點(diǎn)：單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng) 方案2：WINDOWS 操作系統(tǒng)特點(diǎn)：單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) 友好的圖形用戶界面、易學(xué)易用，并能支持多任務(wù)。若不考慮兩軸加速、減速階段，實(shí)際軌跡直線平行于理論軌跡直線，兩直線距離為輪廓誤差。X軸 Y軸 　X、Y軸位移變化圖此刻。①當(dāng)兩軸增益、相互匹配，即==時(shí)，則==10，則兩軸增益差=0，于是有而且，于是?！　、?當(dāng)加工0176。，即工作臺沿X或Y作單軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，輪廓誤差；iii．當(dāng)時(shí)，最大，且最大值為：。 定性分析系統(tǒng)增益匹