【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電源供電監(jiān)控功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 14 。其中： PBSET： 按鍵復(fù)位輸入。 TD： 時(shí)間延遲， TD=0V時(shí)， t=150ms； TD懸空時(shí)， t=600ms； TD=Vcc 時(shí)， t=。 TOL：容差輸入。接地時(shí)選取 5%容差；接 Vcc 時(shí)選取 10%的容差。 RST（高）： 復(fù)位輸出。 產(chǎn)生復(fù)位條件： Vcc 下降低于復(fù)位電壓閥值時(shí)； PBSET 按下； 在最小暫停周期內(nèi)， ST 未選通； 在加電源期間。 RST（低）： 復(fù)位輸出。產(chǎn)生條件同上。 ST： 選通輸入， Watchdog 定時(shí)器輸入。 2. MAX1232 的主要功能 電源監(jiān)控 電壓檢測(cè)器監(jiān)控 Vcc，當(dāng) Vcc 低于所選擇的容限時(shí)，輸出并保持復(fù)位電平。當(dāng) Vcc 恢復(fù)到容許極限內(nèi)，復(fù)位信號(hào)保持 250ms。 按鈕復(fù)位輸入 PBSET 端手動(dòng)強(qiáng)制復(fù)位輸出。當(dāng) PBSET 升高達(dá)到大于一定的電壓值后，復(fù)位輸出保持250ms。 監(jiān)控定時(shí)器 微處理器在一定的時(shí)間內(nèi)觸發(fā) ST 端。如果 ST 在一個(gè)最小超時(shí)間間隔內(nèi)，沒(méi)被觸發(fā)，復(fù)位輸出至少保持 250ms。 難點(diǎn)解 析： 1. 模擬量輸出通道設(shè)計(jì) 進(jìn)行通道接口設(shè)計(jì)時(shí)，要搞清數(shù)據(jù)、地址、控制三總線之間的關(guān)系。 本書(shū)中，地址用來(lái)選擇芯片，不同芯片分配不同地址，數(shù)據(jù)用來(lái)傳送操作數(shù)，同時(shí)在 4051 中，數(shù)據(jù)線則用來(lái)完成 8 選 1 功能。 習(xí)題輔導(dǎo)： 什么是采樣過(guò)程、量化、孔徑時(shí)間？ 采用 0832 和 PC總線工業(yè)控制接口，請(qǐng)畫(huà)出接口原理圖，并編寫(xiě) D/A轉(zhuǎn)換程序。 原理圖設(shè)計(jì)參閱教材圖 。 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)主要結(jié)合 0832 的工作過(guò)程，注意硬軟件之間的結(jié)合，另外，搞清 0832 單緩沖、雙緩沖接線的不同； 0832 輸出電壓也有兩種方式 ：?jiǎn)螛O性，雙極性。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 15 第 五 周 內(nèi)容及其輔導(dǎo) 講授內(nèi)容 ： 數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)原理 重點(diǎn) 掌握： 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 內(nèi)容輔導(dǎo) ： 數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 什么是數(shù)字程序控制？ 所謂數(shù)字程序控制，就是計(jì)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(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。 數(shù)控系統(tǒng)的組成四大部分：輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補(bǔ)器。 數(shù)字程序控制原理 對(duì)圖 所示圖形，用計(jì) 算機(jī)在繪圖儀或數(shù)控機(jī)床上重現(xiàn)，以此 說(shuō)明數(shù)字程序控制的基本原理。 1. 曲線分段： 將圖中曲線分為三段，分別為 ab、 bc、 cd，然后把 a、 b、 c、 d 四點(diǎn)坐標(biāo)送給計(jì)算機(jī)。 分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi)。 2. 插補(bǔ)計(jì)算： 定義： 給定坐標(biāo)，求得中間值的數(shù)值計(jì)算方法稱(chēng)為插補(bǔ)計(jì)算。 宗旨：通過(guò)給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，而這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值是以一定的精度逼近給定的線段。 插補(bǔ)形式：直線插補(bǔ)、 二次曲線插補(bǔ)兩種。二次曲線有：圓弧、拋物線、雙曲線等。 3. 折線逼近： 把插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程中定出的各中間點(diǎn)、以脈沖信號(hào)的形式去控制 x、 y 方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形或加工所要求的輪廓。 數(shù)字程序控制方式 按控制方式分：點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。 點(diǎn)位控制（ Point To PointPTP） 在一個(gè)點(diǎn)位控制中，只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，即工件加工點(diǎn)準(zhǔn)確定位，至于刀具從一個(gè)加工點(diǎn)移到下一個(gè)加工點(diǎn)走什么路徑、移動(dòng)的速度、 沿哪個(gè)方向逼近都無(wú)需規(guī)定，并且在移動(dòng)過(guò)程中不做任何加工，只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開(kāi)始加工。 直線切削控制 這種也是控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，不過(guò)還要求刀具相對(duì)于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行切削加工。 輪廓的切削控制 這類(lèi)控制的特點(diǎn)是能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不停地運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行。 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)原理 ?定義 所謂逐點(diǎn)比較插補(bǔ)，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，從而決定下一步的進(jìn) 給方向。如果原來(lái)在給定軌跡的下方，下一步就想軌跡的上方走，如果原來(lái)在給定軌跡的里面，下一步就向軌跡的外面走。這樣走一步、比較一次、決定下一步的走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點(diǎn)比較插補(bǔ)。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 16 ?特點(diǎn) 以階梯折線來(lái)逼近直線或圓弧等曲線，它與規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個(gè)脈沖當(dāng)量。 ?脈沖當(dāng)量定義 步進(jìn)電機(jī)每走一步的距離即步長(zhǎng)。 ?類(lèi)型 逐點(diǎn)比較直線插補(bǔ)、逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)。 逐點(diǎn)比較直線插補(bǔ) 1. 第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ) （ 1）偏差計(jì)算公式 根據(jù)逐點(diǎn) 比較法插補(bǔ)原理，必須把每一插值點(diǎn)的實(shí)際位置與給定軌跡的理想位置間的偏差計(jì)算出來(lái)，根據(jù)偏差的正、負(fù)決定下一步的走向，來(lái)逼近給定軌跡。 直線插補(bǔ)偏差定義 ： Fm=ymxexmye Fm =0，點(diǎn) m 在 OA直線段上； Fm?0，點(diǎn) m 在 OA直線段的上方； Fm0，點(diǎn) m 在 OA直線段的下方。 第一象限逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)的 原理： 從直線的 起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng) Fm?0 時(shí)，沿 +x 軸方向走一步；當(dāng) Fm0，沿 +y 方向走一步；當(dāng)兩方向所走的步 數(shù)與終點(diǎn)坐標(biāo)相等時(shí)，發(fā)出終點(diǎn)到信號(hào)，停止插補(bǔ)。 偏差計(jì)算公式的簡(jiǎn)化： ? 當(dāng) Fm?0 時(shí)： Fm+1=Fmye ? 當(dāng) Fm0 時(shí)： Fm+1=Fm+xe （ 2）終點(diǎn)判斷方法 ? 設(shè)置 Nx 和 Ny 兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器： ? 用一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器： （ 3）插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程 四步驟：偏差計(jì)算、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、終點(diǎn)判斷。 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ) 1. 第一象線內(nèi)的圓弧插補(bǔ) （ 1）偏差計(jì)算公式 ? 偏差判別式的定義 Fm=0，表明加工點(diǎn) m 在圓弧上； Fm 0，表明加工點(diǎn)的圓弧外； Fm0，表明加工點(diǎn)在圓弧內(nèi)。 ? 第一象限逆圓弧逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的原理 從圓弧的起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng) Fm?0，下一步向 x 方向進(jìn)給一步，并計(jì)算新的偏差；當(dāng) Fm0，下一步向 +y 方向進(jìn)給，并計(jì)算新的偏差。如此一步計(jì)算，一步進(jìn)給，到達(dá)終點(diǎn)后結(jié)束。 ? 偏差計(jì)算公式的簡(jiǎn)化 （ 2）終點(diǎn)判斷方法 總步數(shù) Nxy： （ 3）插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程 五個(gè)步驟：偏差判斷、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、坐標(biāo)計(jì)算、終點(diǎn)判斷。 難點(diǎn)解析： 1. 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 17 要正確掌握插補(bǔ)原理，一要搞清起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的位置關(guān)系；二要理解偏差的定義。 習(xí)題輔導(dǎo)： 若加工第一象限直線 OA，起點(diǎn) O（ 0， 0），終點(diǎn) A（ 11， 7）。要求按逐點(diǎn)比較法 插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算；作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)。 參照例 進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 18 第 六 周 內(nèi)容及其輔導(dǎo) 講授內(nèi)容 ： 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù) 重點(diǎn) 掌握： 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表 內(nèi)容輔導(dǎo) ： 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù) 定義：是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)摸（ D/A）轉(zhuǎn)換器。 輸入：脈沖數(shù) 輸出：位移 總移動(dòng)量：由指令脈沖總數(shù)決定 移動(dòng)速率：指令脈沖的頻率 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 ?步進(jìn)電機(jī)工作原理分析圖：見(jiàn)圖 ，其中： 定子：三對(duì)磁極，六個(gè)齒 轉(zhuǎn)子：四個(gè)齒，分別為 0、 3 齒 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 ?步進(jìn)電機(jī)的工作過(guò)程： A相通電： A相磁極與 0、 2 號(hào)齒對(duì)齊； B相通電：由于磁力線作 用， B相磁極與 3 號(hào)齒對(duì)齊； C相通電：由于磁力線作用， C相磁極與 0、 2 號(hào)齒對(duì)齊； A相通電：由于磁力線作用， A相磁極與 3 號(hào)齒對(duì)齊； 結(jié)論： 定子按 A?B ?C?A相輪流通電，則磁場(chǎng)沿 A、 B、 C方向轉(zhuǎn)動(dòng) 360?角，而轉(zhuǎn)子沿 ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。圖中，齒數(shù)為 4，齒距角為 90?，即轉(zhuǎn)動(dòng)了 90?。 ?步進(jìn)電機(jī)的步距角 ?的計(jì)算： N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)，對(duì)一相繞組通電的操作稱(chēng)為一拍。 Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 則： ?=360?/NZ 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 ?步進(jìn)電機(jī) 的種類(lèi) 步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相、六相等。 ?步進(jìn)電機(jī)的工作方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。 選用不同的工作方式可使步進(jìn)電機(jī)具有不同的工作性能：減小步距，提高定位精度、工作穩(wěn)定性等。 ?常用形式： 常用三相步進(jìn)電機(jī)，工作于三相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍工作方式。 1. 步進(jìn)電機(jī)單三拍工作 單三拍工作方式各相通電順序： A?B ?C?A 2. 步進(jìn)電機(jī)雙三拍工作 雙三拍工作方式各相通電順序： AB?BC ?CA?AB 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 19 3. 步進(jìn)電機(jī)三相六拍工作 三相六拍工作方式各相通電順序： A?AB ?B?BC?C ?CA?A 步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表 1. 步進(jìn)電機(jī)控制接口 微機(jī)同時(shí)控制 x 軸、 y 軸兩臺(tái)三相步進(jìn)電機(jī)： 8255A口： PA0 、 PA PA2 分別接 x 軸三相繞組 A、 B、 C； 8255B口： PB0 、 PB PB2 分別接 y 軸三相繞組 A、 B、 C； 控制方式： 輸出為“ 1” 時(shí)，相應(yīng)繞組通電； 輸出為“ 0” 時(shí)，相應(yīng)繞組不 通電。 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。 2. 步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表 轉(zhuǎn)向控制：正序、逆序輸出 難點(diǎn)解析： 1. 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 了解步進(jìn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，了解 A、 B、 C 三相分別通電時(shí)，轉(zhuǎn)子和定子之間所形成的錯(cuò)齒是步進(jìn)電機(jī)走步的真正原因。 習(xí)題輔導(dǎo)： 采用 8255 作為 X 軸和 Y 軸步進(jìn)電機(jī)的控制接 口，要求：畫(huà)出接口電路原理圖；分別列出步進(jìn)電機(jī) 在三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍工作方式下的輸出字表。 接口電路原理圖參閱圖 ，三種方式的輸出字表參見(jiàn)書(shū)中表 ，注意 X 軸、 Y軸應(yīng)從不同的8255 口輸出來(lái)進(jìn)行控制。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 20 第 七 周 內(nèi)容及其輔導(dǎo) 講授內(nèi)容 ： 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù) 重點(diǎn) 掌握： 數(shù)字 PID 控制器的設(shè)計(jì) 數(shù)字控制器的改進(jìn) 內(nèi)容輔導(dǎo) ： 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)問(wèn)題：根據(jù)已知的系統(tǒng)性能指標(biāo)和 G(s)來(lái)設(shè)計(jì)出數(shù)字控制器 D(z)。 ?設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器 D(s) 解決方案：自控原理中的連續(xù)系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)法、根軌跡法等。 ?選擇采樣周期 T 詳見(jiàn) 中數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定。 ?將 D(s)離散化為 D(z) 常見(jiàn)的三種方法： （ 1）雙線性變換法 （ 2）前項(xiàng)差分法 （ 3）后項(xiàng)差分法 ?設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法 ?校驗(yàn) 數(shù)字 PID 控制器的設(shè)計(jì) 用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) PID 控制，即把模擬 PID 控制規(guī)律數(shù)字化。 ?模擬 PID 調(diào)節(jié)器 控制規(guī)律： u(t) 傳遞函數(shù)： D(s) 其中： Kp 為比例系數(shù)， Ti為積分時(shí)間常數(shù)， Td為微分時(shí)間常數(shù)。 比例作用：迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，過(guò)大是引起不穩(wěn)定； 積分作用：消除靜差，但容易引起超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩； 微分作用：減小超調(diào)，克服振蕩，提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 數(shù)字 PID 控制器的設(shè)計(jì) ?數(shù)字 PID 控制器 數(shù)字 PID 控制器：用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) PID 控制，首先必須用數(shù)值逼近的方法實(shí)現(xiàn) PID 控制規(guī)律。 數(shù)值逼近方法：用求和代替積