逐点比较插补原理的实现.docx

1、逐点比较插补原理的实现1设计任务及要求 12方案比较及认证 23设计原理 43.1 硬件原理 43.2 硬件原理 54软件系统 94.1 软件思想 94.2 流程图 94.3 源程序 95调试记录及结果分析 105.1界面设置 105.2调试记录 105.3结果分析 116心得体会 137参考资料 14附录 151设计任务及要求设计一个计算机控制步进电机系统， 该系统利用P（机的并口输出控制信号，其信号驱 动后控制X、丫两个方向的三相步进电机转动，禾I用逐点比较法插补绘制出如下曲线。课程设计的主要任务：1设计硬件系统，画出电路原理框图；2定义步进电机转动的控制字；3推导出用逐点比较法插补绘制出

2、下面曲线的算法；4编写算法控制程序，参数由键盘输入，显示器同时显示曲线；5撰写设计说明书。课程设计说明书应包括：设计任务及要求；方案比较及认证； 系统滤波原理、硬件原理，电路图，采用器件的功能说明；软件思想，流程，源程序；调 试记录及结果分析；参考资料；附录：芯片资料，程序清单；总结。2方案比较及认证本次课程设计内容为设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用p（机的并口输出 控制信号，其信号驱动后控制X、丫两个方向的三相步进电机转动，禾用逐点比较法插补绘 制出第一象限逆圆弧。数字程序控制主要应用于机床的自动控制，如用于铣床、车床、加 工中心、以及线切割等的自动控制中。采用数字程序控制的机床叫

3、数控机床， 它能加工形状复杂的零件、加工精度高、生产 效率高、便于改变加工零件品种等优点，是实现机床自动化的一个重要发展方向。本次课 程设计采用逐点比较法插补原理以及作为数字程序控制系统输出装置的步进电机控制技 术进行第一象限圆弧插补。第一象限圆弧如图 2-1所示。图2-1第一象限逆圆弧针对以上设计要求，采用步进电机插补原理进行逐步逼近插补。硬件方面，步进电机是机电控制中一种常用的执行机构， 它的用途是将电脉冲转化为 角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向 转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准 确定位的目的；同时

4、通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的 目的。逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线， 它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量（每走一步的距离即步长）取得足够小, 就可以达到精度的要求。以下为课程设计要求插补的第一象限逆圆弧。图 3-3为第一象限逆圆弧。软件方面，运用Visual Basic 6.0应用软件，首先制作相应的界面，进行参数设置，其 次，在界面中设置相应的command1，存放相应程序，画出x轴和y轴的以及相应的箭头作出 正方向，并且执行相应起点和终点的参数，定出圆心，画出相应的四分之一圆弧。作出圆 弧后，通过相应的计算

5、分析得出圆弧插补计算的五个步骤，即偏差判断、坐标进给、偏差 计算、坐标计算、终点判断。软件调试及其结果分析，其中包括界面设置，调试记录以及结果分析三个方面， 对软件程序进行调试和完善，实现步进电机插补原理。3硬件设计原理3.1硬件原理步进电机通对计算机进行控制，进而进行数模转换，由伺服电机驱动电路驱动伺服电 机，带动工作台进行逐步比较插补，逐步逼近给定轨迹。流程如图 3.1所示。图3-1开环数字程序控制随着计算机技术的发展，开环数字程序控制得到了广泛的应用，如各类数控机床、 线切割机低速小型数字绘图仪等，它们都是利用开环数字程序控制原理实现控制的设备。其 结构亦如图3-1所示。这种结构没有反馈

6、检测元件，工作台由步进电机驱动。步进电机接收 驱动电路发来的指令作相应的运动，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置，至于刀具是否 到达了指令脉冲规定的位置，它不作任何检查，因此这种控制的可靠性和精度基本上由步 进电机和传动装置来决定。图3-2为两台三相步进电机控制接口示意图，选定由 PAO、PA1、PA2通过驱动电路来 控制x轴步进电机，由PBO、PB1、PB2通过驱动电路来控制y轴步进电机，并假定数据输出 为“ 1”时，相应的绕组通电；数据输出为“ 0”时，相应绕组断电。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构， 它的用途是将电脉冲转化为角位移， 通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动

7、步进电机按设定的方向转动一个固 定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目 的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。以下 为步进电机三相六拍工作方式，其输出字表如表 3-1 o表3-1步进电机三相六拍工作方式输出字表x轴步进电机输出字表丫轴步进电机输出字表存储地址标号PA 口输出字存储地址标号PB 口输出字ADX10000000仁 01HADY100000001 = 01HADX20000001仁 03HADY200000011= 03HADX300000010= 02HADY300000011= 03HADX4000001

8、10= 06HADY400000110= 06HADX500000100= 04HADY500000100= 04HADX600000101= 05HADY600000101 = 05H3.2硬件原理本次课程设计内容为设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用P（M的并口输出 控制信号，其信号驱动后控制X、丫两个方向的三相步进电机转动，禾用逐点比较法插补绘 制出第一象限逆圆弧。、逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线， 它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量（每走一步的距离即步长）取得足够小, 就可以达到精度的要求。以下为课程设计要求插补的第一象限逆圆弧

9、。图 3-3为第一象限逆圆弧。以下就以第一象限为例进行分析。(1)偏差计算公式设要加工逆圆弧AB,圆心在原点，起点坐标A(xO,YO),终点坐标(xe,Ye),半径R。瞬时 加工点M(xm,Ym)它距圆心Rm则可用R与Rn来反映偏差。由图3-2可知：Rm2 = Xm2 Ym2R2 = Xo 2 Yo2由此定义偏差公式为：Fm = Rm2 - R2 = Xm2 + Ym2 - R2若Fm= 0, M点在圆弧上；若Fm0, M点在圆弧外；若Fmc0, M点在圆弧内。第一象限逆圆弧的插补原理是：从圆弧起点出发，若 Fmz 0,沿-X方向走一步，并计 算新偏差；当Fm 0时，Xm+牡 Xm-1Ym+牡

10、 YmFm+仁 Fm-2Xm+1当FmK 0时，Xm+牡XmYm+牡 Ym+1Fm+仁 Fm+2Ym+1(2)终点判断方法1设置Nx,NY两个计数器，初值设为|Xe-Xo|,|Ye-Yo|在不同的坐标轴进给时对应的 计数器减一，两个计数器均减到零时，到达终点。2用一个计数器NxY，初值设为Nx+N丫无论在哪个坐标轴进给，Nxy计数器减一， 计数器减到零时，到达终点。(3)插补计算过程圆弧插补计算比直线插补计算过程要多一个环节，即要计算加工瞬时坐标。故圆弧插 补计算为五个步骤即偏差判断、坐标进给、偏差计算、坐标计算、终点判断。通过以上的分析计算，可以得出以下四个象限的顺圆弧( SR和逆圆弧(NF

11、)的圆弧插补计算公式和进给方向。其插补进算公式及其进给方向如表 3-1所示。表3-2圆弧插补计算公式和进给方向偏差圆弧种类进给方向偏差计算坐标计算Fm 0SR1、NR2-YFm+1 Fm-2Ym+1Xm+1 XmYm+1 Ym-1SR3、NR4+YNR1、SR4-xFm+1 Fm-2Xm+1Xm+1 Xm-1Ym+1 YmNR3、SR2+xFm 0时，Xm+牡 Xm-1Ym+牡 YmFm+仁 Fm-2Xm+12.当 FmK 0时，Xm+牡 XmYm+牡 Ym+1Fm+仁 Fm+2Ym+1由起点及其终点，可得终点判断 Nxy=10，另外令圆心（1 , 1）为新建坐标系原点,可得一下圆弧插补过程，

12、如表 5-1所示。表5-1圆弧插补计算过程步数偏差判别坐标进给坐标计算偏差计算终点判断起点X0= 5,Y0 = 0F0= 0Nxy= 101Fo= 0-xX1= x0-1 = 4,Y1 = 0F1= F0-2X0+1 = -9Nxy= 92F1 = -9 v 0+yX2= 4,Y2 = Y1+1= 1F2= F1+2Y1 + 1= -6Nxy= 83F2= -6 v 0+yX3= 4,Y3 = Y2+1= 2F3= F2+2Y2+1= -3Nxy= 74F3= -3 v 0+yX4= 4,Y4 = Y3+1= 3F4= F3+2Y3+1 = 0Nxy= 65F4= 0-xX5= x4-1 =

13、3,Y5 = 3F5= F4-2X4+1 = -7Nxy= 56F5= -7 v 0+yX6= 3,Y6 = Y5+1= 4F6= F5+2Y5+1 = 0Nxy= 47F6= 0-xX7= X6-1 = 2,Y7 = 4F7= F6-2X6+1 = -5Nxy= 38F7= -5 v 0+yX8= 2,Y8 = Y7+1= 5F8= F7+2Y7+1 = 4Nxy= 29F8= 2 0-xX9= X8-1 = 1,Y9 = 5F9= F8-2X8+1 = 1Nxy= 11 0F9= 1 0-xX10= X7-1 = 0,Y10 = 5F10= F9-2X9+1 = 0Nxy= 0根据以上圆弧

14、插补过程，实现完整的圆弧插补过程6心得体会微机控制原理技术是一门很有趣的课程，任何一个计算机系统都是一个复杂的整体，学习危机控制原理是要涉及到整体的每一部分。通过讨论其控制原理时又要涉及到各部件 之间控制的工作原理，不仅较深入理解计算机控制的工作原理。所以，在循序渐进的课堂 教学过程中，我总是处于“学会了一些新知识，弄清了一些原来保留的问题，又出现了一 些新问题”的循环中，直到课程结束时，才把保留的问题基本搞清楚。学习该门课程知识时，其思维方法也和其它课程不同，该课程偏重于工程思维，具体 地说，在了解了微机基本原理的同时，必须学会各种控制技术的应用，其创造性劳动在于 如何用计算机的有关技术实现

15、计算机的控制，设计实用的电路和系统，再配上相应的应用 程序，完成各种控制应用项目。这次课程设计并不是很难，主要的困难来自对程序的处理和界面的设计。功夫不负有心人，经过宿舍想死类型题目的四个人的合作和努力，最后对实验的原理有了更清晰的认 识。虽然设计中并的功能并不是十分完善，但是就系统功能来说，基本完成了课程设计要 求。但是通过平时课程的学习，又通过本次课程设计对它的再一次认真努力学习和操作， 巩固了该门课程的知识和应用，对我们以后的学习也会有帮助的。本次还遇到一个困难，便是对于 VB使用的不熟悉。对于VB的应用，仅仅限于高中一 年的简单学习，这次课程设计中对于步进电机的软件仿真， VB中的很多

16、不懂的地方，通过看书学习和向同学请教，实现了步进电机的软件设计。本次课程设计的过程中，对于 VB的再一次重温和理解，相信对于今后的学习也有很大的帮助。总之，这次课程设计对于我们有很大的帮助，通过课程设计，我更加深入地理解了，微机控制原理课程上讲到的各种控制技术， 本次设计尤其深入了对步进电机插补原理的 理解，熟悉了 VB程序的编写过程和运行过程，最后还提高了自己的动手能力。感谢老师 的悉心指导。7参考资料1郑学坚，周斌 微型计算机原理与应用 清华大学出版社2 于海生 微型计算机控制技术 清华大学出版社3沈美明，温冬婵IBM-PC汇编语言程序设计 清华大学出版社4何立民 单片机应用系统设计 北京

17、航空航天大学出版社5 姚燕南，薛钧义 微型计算机原理 西安电子科技大学出版社6沙占友等 新编实用数字化测量技术 国防工业出版社7宋春荣等 通用集成电路手册 山东科技出版社附录:附件一程序清单Opti on ExplicitPublic q As DoublePublic flag As In tegerPublic xa As In tegerPublic ya As In tegerPublic xb As In tegerPublic yb As In tegerPublic fm As In tegerPublic n As In tegerPublic x As DoublePubli

18、c y As DoublePublic sx As DoublePublic sy As DoubleDim c As In tegerPublic Fun cti on max(a, b)If a b The n max = aElsemax = bEnd IfEnd Fun cti onPrivate Sub Comma nd1_Click()Picturel.Refreshq = Val(Textl.Text) xa = Val(Text2.Text) ya = Val(Text3.Text) xb = Val(Text4.Text)yb = Val(Text5.Text)定义坐标轴的大

19、小画出坐标系X.Y方向的箭头Picturel.Scale (-1, 10)-(10, -1)Picturel.Li ne (0, 0)-(0, 10)Picture1.Li ne (10, 0)-(0, 0) Picture1.L ine (10, 0)-(9.5, 0.5)Picture1.Li ne (10, 0)-(9.5, -0.5)Picture1.Li ne (0, 10)-(0.5, 9.5)Picture1.Li ne (0, 10)-(-0.5, 9.5)Picture1.Circle (1, 1), q, vbRed, 0, 3.141592 / 2 n 二 2 * qfm = 0x = xa - 1y = ya - 1Picture1.Curre ntX = xaPicture1.Curre ntY = yaDoIf fm = 0 ThenPicture1.Line -Step(-1,0)fm = fm - 2 * x + 1ElsePicturel.Line -Step(O, 1)fm = fm + 2 * y + 1y = y + 1n = n - 1End IfLoop While (n 0)End Sub