【正文】 差 ： Fm+1 = Ym+1Xe–Xm+1Ye=FmYe 若 Fm0， 規(guī)定 +Y 方向走一步，則有 則： Xm+1 = Xm Ym+1 = Ym +1 新的偏差 ： Fm+1 = Ym+1Xe–Xm+1Ye=Fm+Xe Y X F0 F0 m (Xm,Ym) Ae (Xe,Ye) O 73 2）終點(diǎn)判別 直線插補(bǔ)的終點(diǎn)判別可采用三種方法。 原理： CNC系統(tǒng)在控制過程中，能逐點(diǎn)地計(jì)算和判別運(yùn)動(dòng)軌跡與給定軌跡的偏差，（以折線來逼近直線或圓弧曲線，它與規(guī)定的直線或圓弧之間的最大誤差不超過一個(gè)脈沖當(dāng)量）并根據(jù)偏差控制進(jìn)給軸向給定輪廓靠攏，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。 ?適用場(chǎng)合： 交、直流伺服電機(jī)為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)，半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，也可用于以步進(jìn)電機(jī)為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，而且，目前所使用的 CNC系統(tǒng)中，大多數(shù)都采用這類插補(bǔ)方法。 ?插補(bǔ)方法： 數(shù)字積分法 (DDA)、二階近似插補(bǔ)法、雙 DDA插補(bǔ)法、角度逼近插補(bǔ)法、時(shí)間分割法等。因而采用這類插補(bǔ)算法時(shí)， 可達(dá)到較高的進(jìn)給速度 （一般可達(dá) 10m/min以上）。由于此算法的速度指標(biāo)和精度指標(biāo)都難以滿足現(xiàn)在零件加工的要求，現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)很少采用。 67 ② 方法： 逐點(diǎn)比較法； 最小偏差法； 數(shù)字積分法； 目標(biāo)點(diǎn)跟蹤法； 單步追綜法等。 實(shí)現(xiàn)方法較簡(jiǎn)單 ：通常僅用加法和移位運(yùn)算方法就可完成插補(bǔ) 。 插補(bǔ)速度與進(jìn)給速度密切相關(guān)，而且還受到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高運(yùn)行頻率的限制。 ?速度不均勻性系數(shù)： ?合成速度均勻性系數(shù)應(yīng)滿足： 100 %rFFF? ???1m ax %? ?65 插補(bǔ)的分類 1）脈沖增量插補(bǔ)（行程標(biāo)量插補(bǔ)） 2）數(shù)字增量插補(bǔ)（時(shí)間標(biāo)量插補(bǔ)） 66 1）脈沖增量插補(bǔ) ①特點(diǎn)： 每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)單位的行程增量（一個(gè) 脈沖當(dāng)量 ） ,以一個(gè)一個(gè)脈沖的方式輸出給步進(jìn)電機(jī) 。 一般要求上述三誤差的綜合效應(yīng)小于系統(tǒng)的最小運(yùn)動(dòng)指令或脈沖當(dāng)量。 插補(bǔ)誤差： ?逼近誤差（用直線逼近曲線時(shí)產(chǎn)生的誤差）； ?計(jì)算誤差（因計(jì)算字長(zhǎng)限制產(chǎn)生的誤差）； ?圓整誤差 。 ?插補(bǔ)算法穩(wěn)定是確保輪廓精度要求的前提。 62 穩(wěn)定性指標(biāo) ?插補(bǔ)運(yùn)算是一種迭代運(yùn)算，存在著算法穩(wěn)定性問題。 60 插補(bǔ)的任務(wù) : 根據(jù)進(jìn)給速度的要求，在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間計(jì)算出若干個(gè)中間點(diǎn)的坐標(biāo)值 . 每個(gè)中間點(diǎn)計(jì)算所需 時(shí)間 直接影響系統(tǒng)的 控制速度 插補(bǔ)中間點(diǎn)坐標(biāo)值的 計(jì)算精度 又影響到數(shù)控系統(tǒng)的 控制精度 . 因此插補(bǔ)算法是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)控制的核心。 脈沖當(dāng)量： 相對(duì)于每個(gè)脈沖信號(hào)，機(jī)床移動(dòng)部件的位移量。 插補(bǔ)算法：對(duì)應(yīng)每種插補(bǔ)方法 (原理 )的各種實(shí)現(xiàn)算法。北京中科紅旗軟件技術(shù)有限公司紅旗 Linux。其缺點(diǎn)是安全性受制于人。 目前國(guó)內(nèi)有些生產(chǎn)廠家采用方法②。 ?減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量。從而弱化了模塊間的耦合關(guān)系。 CNC系統(tǒng)軟件完全可以在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。 80～ 90年代初的 CNC系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu) 。 由于中斷級(jí)別較多 （ 最多可達(dá) 8級(jí) ） ，強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)可安排在優(yōu)先級(jí)較高的中斷服務(wù)程序中 。 ?信息交換：緩沖區(qū) 。 表中，控制被安排在級(jí)別最高，因?yàn)榈毒哌\(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)性要求最高， CRT最低。 52 初始化 中斷管理系統(tǒng)（軟件 +硬件） 0級(jí)中斷服務(wù)程序 1級(jí)中斷服務(wù)程序 2級(jí)中斷服務(wù)程序 n級(jí)中斷服務(wù)程序 …… …… …… 除了初始化程序之外，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各個(gè)任務(wù)模塊分別安排在不同級(jí)別的中斷服務(wù)程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對(duì)各級(jí)中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。 在 前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi) 無優(yōu)先級(jí)等級(jí)、也無搶占機(jī)制； 該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。前臺(tái)程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度； ?信息交換： 緩沖區(qū)。 CNC裝置軟件結(jié)構(gòu)模式 50 前臺(tái)程序 插補(bǔ)運(yùn)算 位置控制 故障處理 …… 后臺(tái)程序 譯碼 刀補(bǔ)處理 速度預(yù)處理 輸入 /輸出 顯示 …… 中斷執(zhí)行 循環(huán)執(zhí)行 前、后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式 前臺(tái)程序：實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序； 后臺(tái)程序（背景程序）：循環(huán)運(yùn)行程序。 49 結(jié)構(gòu)模式是指系統(tǒng)軟件的組織管理方式，即系統(tǒng)任務(wù)的劃分方式、任務(wù)調(diào)度機(jī)制、任務(wù)間的信息交換機(jī)制以及系統(tǒng)集成方法等。 1）實(shí)時(shí)性任務(wù)的分類 強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù) （實(shí)時(shí)突發(fā)性及實(shí)時(shí)周期性） 弱實(shí)時(shí)性任務(wù)。 47 （ 2）并發(fā)處理和流水處理 （多 CPU結(jié)構(gòu)中） ①如果任務(wù)間的關(guān)聯(lián)程度不高，則可將這些任務(wù)分別各安排一個(gè) CPU，讓其同時(shí)執(zhí)行，即所謂的 “ 并發(fā)處理 ” ； ②如果任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)程度較高，即一個(gè)任務(wù)的輸出是另一個(gè)任務(wù)的輸入，則可采取流水處理的方法來實(shí)現(xiàn)并行處理； 流水處理的關(guān)鍵是時(shí)間重疊，以資源重復(fù)的代價(jià)換得時(shí)間上的重疊，或以空間復(fù)雜性的代價(jià)換得時(shí)間上的快速性。 45 初始化 位置控制 插補(bǔ)運(yùn)算 4ms 8ms 16ms 中斷級(jí)別高 中斷級(jí)別低 程序啟動(dòng) 運(yùn)行初始化程序 進(jìn)入背景程序序環(huán)，同時(shí)開放定時(shí)中斷，每隔一定時(shí)間間隔發(fā)生一次定時(shí)中斷，執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序。 技術(shù)關(guān)鍵 ： 其一：各任務(wù)的 優(yōu)先級(jí) 分配問題； 其二：各任務(wù)占用 CPU的時(shí)間長(zhǎng)度， 即 時(shí)間片 的分配問題 。 這些實(shí)現(xiàn)方式與 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 ?采用并行處理技術(shù)的目的： 合理使用和調(diào)配 CNC系統(tǒng)資源；提高 CNC系統(tǒng)處理速度。 ?CNC的功能則可定義為 CNC的任務(wù)： 顯示、譯碼、刀補(bǔ)、速度處理、插補(bǔ)處理、位置控制、 … ?CNC系統(tǒng)的任務(wù)特征： 為了保證控制的連續(xù)性和各任務(wù)執(zhí)行的時(shí)序配合要求， CNC系統(tǒng)的任務(wù)必須采用并行處理，而不能逐一處理。 兩大特點(diǎn)： ?多任務(wù)并行處理； ?多重實(shí)時(shí)中斷。 軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度相對(duì)較慢。從實(shí)現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價(jià)的。 ?由于多端口存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，而且對(duì)兩個(gè)以上的主模塊，會(huì)因爭(zhēng)用存儲(chǔ)器可能造成存儲(chǔ)器傳輸信息的阻塞，所以這種結(jié)構(gòu)一般采用雙端口存儲(chǔ)器（雙端口RAM）。 缺點(diǎn)： 總線是系統(tǒng)的 “ 瓶頸 ” ，一旦系統(tǒng)總線出現(xiàn)故障，將使整個(gè)系統(tǒng)受到影響；由于使用總線要經(jīng)仲裁，信息傳輸率降低。 ?采用總線仲裁機(jī)構(gòu) (電路 )來裁定多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競(jìng)爭(zhēng)問題。 32 典型結(jié)構(gòu) —— （ 1）共享總線結(jié)構(gòu) FANUC BUS 操作面板 圖形顯示 模塊 (CPU) 通訊模塊 (CPU) 自動(dòng)編程模塊 (CPU) 主存儲(chǔ) 器模塊 插補(bǔ)模塊 (CPU) PLC模塊 (CPU) 位置控制模塊 (CPU) 主軸控 制模塊 CRT/MDI I/O單元 伺服驅(qū)動(dòng)單元 主軸單元 FANUC 15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 33 結(jié)構(gòu)特征： ?功能模塊： 帶有 CPU的主模塊和從模塊 (RAM/ROM， I/O模塊 )。 ?多主結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 ?共享總線結(jié)構(gòu)型。 27 設(shè)備輔助控制接口的硬件邏輯（簡(jiǎn)單的 I/O接口板） 電氣隔離和電平轉(zhuǎn)換 柔性較差 體積龐大 28 6）位置控制模塊 ①開環(huán)位置控制模塊 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制接口的原理圖 29 ② 閉環(huán)位置控制模塊 閉環(huán)位置控制模塊原理框圖 30 多主結(jié)構(gòu)的 CNC裝置硬件 操作面板，圖形 顯示模塊（ CPU） CRT/MDI 通訊模塊 （ CPU） 自動(dòng)編程模塊 （ CPU） 主存儲(chǔ)器模塊 CNC插補(bǔ)模塊 （ CPU） PLC功能模塊 （ CPU） 位置控制模塊 （ CPU） 主軸控制模塊 I/O單元 伺服放大器 及電動(dòng)機(jī) 主軸放大器 及電動(dòng)機(jī) 基本結(jié)構(gòu) 功能模塊自身也帶有 CPU，緊耦合，總線仲裁器來解決總線爭(zhēng)用問題，通過公共存儲(chǔ)器來進(jìn)行信息交換。 作用： ①對(duì)信號(hào) （開關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)、脈沖信號(hào)） 進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，滿足 CNC裝置要求； ②阻斷外部的干擾信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，在電氣上將 CNC裝置于外部信號(hào)進(jìn)行隔離，提高 CN