【正文】 思考題 1）在所開發(fā)的程序基礎(chǔ)上如何處理動點(diǎn)正好落在四個(gè)坐標(biāo)軸上（+X，X，+Y，Y）的情況。5）指導(dǎo)老師檢查后，整理實(shí)驗(yàn)儀器方可離開實(shí)驗(yàn)室。3）調(diào)試程序，并通過CRT模擬顯示，驗(yàn)證其正確性。實(shí)驗(yàn)步驟1）啟動C語言或VB語言編輯環(huán)境。具體實(shí)現(xiàn)過程中，又分成多種不同方法，根據(jù)教材中相應(yīng)的介紹，這次實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行直接函數(shù)法的插補(bǔ)。（3）數(shù)字積分法（直接函數(shù)法）數(shù)據(jù)采樣法又稱時(shí)間分割法，它是根據(jù)插補(bǔ)周期和進(jìn)給速度等要求，在給定線型輪廓的起點(diǎn)與終點(diǎn)之間插入若干個(gè)中間點(diǎn)的過程。當(dāng)插補(bǔ)過程中某個(gè)坐標(biāo)出現(xiàn)進(jìn)給脈沖時(shí)，同樣可通過調(diào)用開環(huán)系統(tǒng)的位置控制函數(shù)來完成，具體如下：Void open_position_ctrl (int Dx, int Dy):其中Dx=+1，1，0，分別表示X軸方向上出現(xiàn)正向進(jìn)給脈沖、反向進(jìn)給脈沖、沒有進(jìn)給脈沖。（2）數(shù)字積分法數(shù)字積分法又稱DDA法，它是通過對被積函數(shù)的數(shù)字積分來實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)控制的方法。當(dāng)插補(bǔ)過程中某個(gè)坐標(biāo)出現(xiàn)進(jìn)給脈沖時(shí)，可通過調(diào)用開環(huán)系統(tǒng)的位置控制函數(shù)來完成，具體如下：Void open_position_ctrl (int Dx, int Dy):其中Dx=+1，1，0，分別表示X軸方向上出現(xiàn)正向進(jìn)給脈沖、反向進(jìn)給脈沖、沒有進(jìn)給脈沖。二、插補(bǔ)軟件實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)1．插補(bǔ)原理（1）逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法是使用階梯折線來逼近被插補(bǔ)直線或圓弧輪廓的方法，一般是按偏差判別、進(jìn)給控制、偏差計(jì)算和終點(diǎn)判別四個(gè)節(jié)拍來實(shí)現(xiàn)一次插補(bǔ)過程。圖31第四步： 可改變“G02”和“G03”、“R”值的正負(fù)，模擬順、逆圓和優(yōu)劣弧的插補(bǔ)；并可改變“脈沖當(dāng)量”的數(shù)值，理解脈沖當(dāng)量對加工精度的影響，如圖32。圖30第三步：點(diǎn)擊“插補(bǔ)下段”，在右端指令框中根據(jù)指令格式輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“連續(xù)插補(bǔ)”或“可控插補(bǔ)”按鈕，即可插補(bǔ)出下一圓弧段。圖29第二步：點(diǎn)擊“連續(xù)插補(bǔ)”，將插補(bǔ)出所需圓弧段。點(diǎn)擊“清屏”按鈕，可清除所繪痕跡；點(diǎn)擊“退出”按鈕，可退出“逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)仿真界面”,如圖28。點(diǎn)擊“可控插補(bǔ)”，將逐步插補(bǔ)出所需直線段，每點(diǎn)擊一次，插補(bǔ)一步，如圖27。圖24圖25第二步：進(jìn)入“逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)仿真界面”后，在右端指令框中根據(jù)指令格式輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“輪廓”按鈕，即可繪出要插補(bǔ)的直線，如圖26。圖22 圖232．仿真軟件的演示步驟下面以逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)和逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)為例，大致介紹一下本軟件的操作方法，其它各個(gè)插補(bǔ)由同學(xué)自己完成。脈沖當(dāng)量是決定數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)重要參數(shù)，本軟件可調(diào)整脈沖當(dāng)量大小，便于學(xué)生理解概念?？梢灾庇^的看到輸入?yún)?shù)后直線的輪廓以及插補(bǔ)的軌跡?！拜喞刂啤敝懈鞣N插補(bǔ)仿真界面相似，現(xiàn)以“逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)”仿真界面為例介紹使用方法。“輪廓控制”能夠模擬脈沖增量插補(bǔ)中的“逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)”、“數(shù)字積分法插補(bǔ)”、數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)中的“直接函數(shù)法插補(bǔ)”和“刀補(bǔ)”；“位置檢測裝置”能夠模擬“光柵位置檢測裝置”和“感應(yīng)同步器”的工作原理。它分為“輪廓控制”和“位置檢測裝置”兩個(gè)子模塊。圖21該軟件功能豐富，主要有“原理”與“仿真”兩大功能模塊。[實(shí)驗(yàn)內(nèi)容]一、數(shù)控機(jī)床仿真軟件的演示1．軟件功能簡介插補(bǔ)就是根據(jù)給定速度和給定輪廓線形的要求，在輪廓的已知點(diǎn)之間，確定一些中間點(diǎn)的方法，即：數(shù)據(jù)密化的過程。3）仔細(xì)閱讀本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提供的部分參考程序清單。[實(shí)驗(yàn)屬性]本實(shí)驗(yàn)屬設(shè)計(jì)性質(zhì)[預(yù)習(xí)要求]1）復(fù)習(xí)教材中有關(guān)“逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)”的有關(guān)內(nèi)容。2） 降低，使使時(shí)，轉(zhuǎn)速，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)畫出此電壓下的靜特性曲線，由此可按下式根據(jù)這兩條靜特性所能滿足的系統(tǒng)靜差率： 四、思考題1）改變ASR參數(shù)對動態(tài)過程有何影響？2）改變ACR參數(shù)對動態(tài)過程有何影響？3）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)表現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？4）如電流負(fù)反饋電路沒有接通或極性接反，將會出現(xiàn)什么后果？實(shí)驗(yàn)五：數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)設(shè)計(jì)[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯1）通過數(shù)控插補(bǔ)教學(xué)軟件的演示，加深學(xué)生對于插補(bǔ)概念的理解。5．系統(tǒng)靜特性的測定為使測定靜特性時(shí)系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，ASR和ACR應(yīng)按上述實(shí)驗(yàn)步驟3和4中確定的理想?yún)?shù)選用。2） 改變ASR積分時(shí)間常數(shù)（改變運(yùn)算放大器反饋回路電容數(shù)值）3） 改變ASR比例時(shí)間常數(shù)而保持積分時(shí)間常數(shù)不變。2） 額定負(fù)載（）時(shí)突加給定轉(zhuǎn)速信號，穩(wěn)定運(yùn)行后，再突減給定轉(zhuǎn)速信號。（2）轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)性能研究把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR接入系統(tǒng)（ASR為給定參數(shù)的PI調(diào)節(jié)器：參考值，并組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，用存儲示波器觀察并存儲下列情況下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線。逐漸增加，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)SF的輸出電壓，使，計(jì)算反饋系數(shù)α值。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析給定值和調(diào)節(jié)器參數(shù)對電流環(huán)動態(tài)特性的影響，確定調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)選擇和動態(tài)性能指標(biāo)。分別改變下列參數(shù)，再突加給定電壓，觀察電流波形：1） 減小電流給定值。然后可根據(jù)此時(shí)的值計(jì)算電流反饋系數(shù)β。反之也然。作為給定電壓接入形成電流閉環(huán)。（2）電流閉環(huán)測定電流閉環(huán)后，主要測定限定最大電流功能和電流反饋系數(shù)β。過電流保護(hù)可通過把電動機(jī)電流信號接入IR2130的過流保護(hù)輸入端實(shí)現(xiàn)。緩慢增大，調(diào)至。此時(shí)電動機(jī)電樞電路中串聯(lián)的電阻器應(yīng)調(diào)到最大電阻值，以限制開環(huán)啟動時(shí)的過大電流啟動沖擊。2）ACR：由于ACR的輸出直接作為UPW的控制信號，故其最大值不能超過三角波電壓幅值的一半，即ACR輸出限幅值?，F(xiàn)運(yùn)算放大器的電源電壓+為12V。（3）ASR和ACR輸出限幅值設(shè)定1）ASR：其輸出限幅值，為電流環(huán)給定電流的最大值所對應(yīng)的電壓，其與電動機(jī)最大電樞電流的關(guān)系為。（2）ASR和ACR調(diào)零 調(diào)速系統(tǒng)按開環(huán)電路接線，ASR和ACR中各自運(yùn)算放大器的反饋電路中的電容短路而成低放大倍數(shù)的比例調(diào)節(jié)器，另使兩運(yùn)算放大器的速度和電流反饋輸入端接地。3）先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)：在開環(huán)調(diào)試完后，先把電流環(huán)閉合，調(diào)節(jié)好電流環(huán)后，然后再閉合速度環(huán)，兩環(huán)綜合調(diào)節(jié)。二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備直流電動機(jī)—發(fā)電機(jī)組（帶測速發(fā)電機(jī)） 1套三相整流變壓器 1臺平波電抗器 1臺H型PWM調(diào)速實(shí)驗(yàn)裝置 1臺變阻器 4臺直流電流表 2只萬用表 1只數(shù)字式示波器 1臺三、實(shí)驗(yàn)步驟及方法1．雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試步驟的基本原則1）先環(huán)節(jié)，后系統(tǒng)：先分別調(diào)試各環(huán)節(jié)的參數(shù)，再把調(diào)好的各環(huán)節(jié)聯(lián)接成完整的系統(tǒng)。~的IGBT功率模塊可采用Fuji公司的IMBH60D100。圖中TR2130的HIN1和LIN2輸入信號來自，HIN2和LIN1的輸入信號來自的反相信號。由于內(nèi)部設(shè)有過電流和欠電壓保護(hù)電路，且還可對同一橋臂上下兩IGBT的柵極驅(qū)動信號產(chǎn)生2μs的互鎖延時(shí)時(shí)間，可避免兩管直通而造成電源短路，因此使系統(tǒng)的可靠性大大提高。圖18 UPW脈寬調(diào)制電路IR2130 是美國國際整流器公司的六輸出高壓柵極驅(qū)動器（本實(shí)驗(yàn)只使用其中的四個(gè)輸入），可直接驅(qū)動功率場效應(yīng)晶體管MOSFET和絕緣柵雙極晶體管IGBT，本實(shí)驗(yàn)的H型PWM變換器采用IGBT功率模塊驅(qū)動電動機(jī)，其原理如圖19所示。當(dāng)控制電壓為負(fù)時(shí)，由于倒相的原因，輸出電壓是一系列脈寬大于T/2的正脈沖。當(dāng)和的電壓差值的極性改變時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電壓就改變極性，因此輸入的連續(xù)電壓就轉(zhuǎn)換成周期不變而脈寬隨改變的PWM的脈沖電壓輸出。UPW由運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的電壓比較起組成，運(yùn)算放大器工作在開環(huán)狀態(tài)，所以只能輸出正的或負(fù)的飽和電壓。脈寬調(diào)制控制信號由脈寬調(diào)制器UPW產(chǎn)生。由于ASR的輸出即是ACR的電流給定電壓信號，故ASR的輸出限幅即可限制電動機(jī)電樞的最大電流。這種情況下，當(dāng)改變轉(zhuǎn)速給定電壓（通過調(diào)節(jié)電阻）即可成比例調(diào)節(jié)電動機(jī)組的轉(zhuǎn)速。圖17 直流雙閉環(huán)PWM調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)路線（可逆）圖中M是他勵直流電動機(jī)，G是作為電動機(jī)直流負(fù)載的他勵直流電動機(jī)，當(dāng)改變RL的大小即改變發(fā)電機(jī)的功率時(shí)，即可改變M負(fù)載的大小。圖16 直流雙閉環(huán)PWM調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（三角波脈寬調(diào)制器）圖中為速度給定信號電壓，為速度反饋信號電壓，為電流給定信號電壓，電流反饋信號電壓，為PWM脈寬調(diào)制控制電壓，ASR、ACR分別為速度和電流調(diào)節(jié)器，GM為三角波發(fā)生器，UPW為脈寬調(diào)制器，HVD為高壓柵極驅(qū)動器（例如集成電路IR2130），PWM為脈寬調(diào)制放大器（IGBT），TA為霍爾電流互感器，M為他勵直流電動機(jī)，TG為直流測速發(fā)電機(jī)。這種結(jié)構(gòu)對由負(fù)載變化和電網(wǎng)電壓波動等擾動引起的轉(zhuǎn)速變化起抑制作用。兩個(gè)閉環(huán)分別由電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。[實(shí)驗(yàn)屬性]本實(shí)驗(yàn)屬綜合性質(zhì)[實(shí)驗(yàn)內(nèi)容]一、系統(tǒng)工作原理直流雙閉環(huán)PWM調(diào)速系統(tǒng)是通過脈沖寬度調(diào)制（PWM）方法調(diào)節(jié)電樞脈沖電壓的寬度（脈沖周期保持不變）實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的速度調(diào)節(jié)。3） 測定直流雙閉環(huán)PWM調(diào)速系統(tǒng)得靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)。圖15程序編制如下：程序名SY－N0010 G91N0020 G17N0030 S600N0040 M03N0050 G01 Z5 F200N0060 Z6 F30N0070 G01 X10 Y35 F50N0080 G03 X25 Y25 I25 J0 F30N0090 G01 X35 Y10 F50N0100 G12N0110 G01 X10 Y35 F50N0120 G03 X25 Y25 I25 J0 F30N0130 G01 X35 Y10 F50N0140 G11N0150 G01 X10 Y35 F50N0160 G03 X25 Y25 I25 J0 F30N0170 G01 X35 Y10 F50N0180 Z20 F200N0190 M05N0200 M02實(shí)驗(yàn)四：數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)控制[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯1） 了解直流雙閉環(huán)PWM調(diào)速系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和原理。要求加工如圖15所示的圖形。已知：R刀＝5mmH01 F50 其它參數(shù)合理自定。六、思考題1．編