1、数 控 实 验 指 导 书天津大学自动化学院二 四 年 八 月目 录实验一 数控系统的通讯及其初始化 1实验二 逐点比较法插补实验 5实验三 数字积分（DDA）插补实验 .8数控实验指导书1实验一 数控系统的通讯及其初始化实验目的:1、了解NC嵌入PC式数控系统的硬件组成、连线、驱动器参数初始化。2、掌握使用PANATEAM软件观察电机的运行状态。实验设备：PC机一台GT-400-SV运动控制卡一块GXY-1010伺服平台一套VC软件开发平台OVW2-06-2MD型光电编码器一个PANATERM通信控制软件实验原理：1、系统基本结构及工作原理图 1 运动控制器半闭环控制示意图该数控系统的硬件组
2、成如图 1，由 PC 机、运动控制卡（核心是 DSP 数字信号处理器） 、电控箱（内有接口板、伺服驱动器以及一些简单的驱动电路） 、X/Y 工作台、交流伺服电机、光电编码器组成。GT-400-SV 是高性能的运动控制器，其核心是 ADSP2181 数字信号处理器，有标准的 PCI 总线，以及 RS232串行通讯，并且提供函数库实现复杂的控制功能 。GXY-1010 伺服平台采用松下 MSMA022A1C 型电机，角度传感器为 11 线 2500P/r 增量式编码器，直接安装在电机转子上，与配套的伺服驱动器 MSDA023A1A 构成闭环控制。PC 机主要是完成插补运算并将得到的各轴的理论位置值
3、乘以相应的系数转换为各轴所应转过的角度值传给运动控制卡，PC 机通过 PCI 总线与运动控制卡数控实验指导书2进行通讯。运动控制卡完成位置控制并将速度控制指令送给驱动器，驱动器将速度控制指令与速度反馈进行比较得到速度控制信号，进行放大后来驱动伺服电机。光电编码器中的圆盘与工作轴一起旋转并输出脉冲，通过计量脉冲的数目和频率可测出工作轴的转角和速度反馈给驱动器和运动控制卡构成闭环控制。驱动器通过 RS232 与 PC 机相连，利用 PANATERM 通信控制软件可在计算机上设定伺服驱动器的参数并显示电机运行状态波形、采集脉冲编码器的反馈参数等。实验数控系统采用半闭环控制(如图 2)，对于伺服驱动采
4、用速度闭环控制，运动控制器实现位置闭环控制。在这种控制方式下，运动控制器接受位置反馈信号，进行位置闭环控制，向伺服驱动器输出模拟电压控制信号。伺服驱动装置接受速度控制信号，完成速度闭环控制。实验步骤：1通过预习相关的说明书和部分组成构件的原理及工作特性等感性认识该数控系统的组成。2系统通讯及驱动器进行初始化。打开PANATERM通信控制软件，首先选择RS-232通讯，点ok按钮后，在Window menu对话框中选择Parameter, 之后就可以在弹出的窗口修改参数了。常用参数功能及建议设置参数如下：参数2：选择控制方式，0位置控制，1速度控制，2转矩控制。本系统采用速度控制，即设为1。参数
5、10：设置第一位置环增益，设置范围为12000，单位是1/S，设置为50。参数11：设置第一速度环增益，设置范围为13500，单位为Hz，设置为100。参数12：设置第一速度环积分常数，设置范围为11000， 单位为ms，设置为50。数控实验指导书3参数13：设置第一速度检出滤波器的时间常数，可设定的第一速度检出滤波器的时间常数为6级（0 5） ，设置为4。参数20：设置负载惯量对电机转子惯量的比率，设置范围010000，单位为%，设置为100。参数45：决定是否对B相脉冲逻辑取反，以改变A相和B相的相位关系。设置为0不取反。参数51：是否对速度指令输入逻辑取反，设置为0，当控制器的指令信号为
6、（+）指令时电机反时针方向旋转（从轴端看） 。利用驱动器前面板修改参数步骤：具体步骤是： 1.接通驱动器电源2.按 SET 按钮3.按 MODE 按钮，切换驱动器模式，直到出现图中所示 PA_00 参数设定模式4.按“上” 、 “下”按钮选择想要改变的参数的号码5.按 SET 按钮6.用“左” 、 “上” 、 “下”按钮改变数值7.按 SET 按钮确定3利用驱动器的试运转功能测试电机与驱动器的连接和状态是否正确。执行试运转的具体步骤是：1、接通驱动器电源。 显示器显示电机速率 2、按 MODE 按钮，选择辅助模式。按“上”或下按钮选择 JOG 模式。3、按 SET 按钮。4、按住“上”按钮（约
7、 3 秒钟）横杠会增加，直至出现 。见图 4：8.按 MODE 按钮，选择 EEPROM 写入模式9.按 SET 按钮10按住上按钮（约 3 秒钟） ，显示屏上的短横线会增加，如图 3 所示。开始写入（瞬时信息会显示出来如图3 所示） 。数控实验指导书4图 45、按住“左”按钮，约 3 秒钟，小数点从右移至左直到出现如图 5 所示, 图 5 此时可进行试运转，按“上”按钮，电机反时针方向旋转。按“下”按钮，电机顺时针方向旋转。4利用 control_tool 文件夹中已经可以运行的控制界面控制电机，同时打开 PANATERM 软件观察给定指令的图形信息，以及实际电机的动作（转速，转矩和位置偏差
8、）的图形信息。在 window menu 对话框中选择 wave from graphic,观察波形。预习要点：1.VC 开发平台 2.数控系统的结构 3.交流伺服电机的控制原理实验报告要求：1.归纳数控系统初始化的方法。2.记录实验过程中遇到的问题及解决方法。思考题：第一位置环增益和第一速度环增益对系统动态性能的影响。本实验系统采用位置控制方式和采用速度控制方式有什麽不同？数控实验指导书5实验二 逐点比较法插补实验实验目的:1、掌握运动控制卡的编程方法。2、利用VC+软件和基本控制指令实现逐点比较算法。 实验设备：PC机一台GT-400-SV运动控制卡一块GXY-1010伺服平台一套VC软件
9、开发平台OVW2-06-2MD型光电编码器一个PANATERM通信控制软件实验原理：（1）第一象限直线逐点比较法原理及程序流程图:图 1 逐点比较法原理示意图当前点 K(Xi,Yj) 终点 Z(Xe,Ye) OK 与 OZ 的斜率差 K=Kok-Koz=(XeYj-XiYe)/XiXe0 k 在 OZ 上方 +X 方向进给 F=XeYj-XiYe =0 k 在 OZ 上 +X 方向进给=0 ， +X 方向进给一步， 新坐标（Xi+1，Yj）F=XeYj-(Xi+1)*Ye=XeYj-XiYe-Ye=F-Ye(递推)设起始点偏差为零F=0 FF-Ye F0 FF+Xe总步数 J=Xe+Ye, 走
10、一步 J-1 数控实验指导书6插补计算程序流程图见图 2。图 2 插补计算程序流程图（2）预习圆弧插补（含自动过象限）算法的原理，并绘出流程图。实验步骤： 据插补算法流程，利用 C+语言和运动控制器基本控制指令在 VC 环境下编写直线和圆弧插补程序，并在 X/Y 平台上进行验证。编写程序步骤： 在 VC 环境菜单中，选择工程设置link,在对象/库模块中输入 GT400.lib 。 将 userlib.h、GT400.lib、GT400.h、GT400.dll 复制到experiment_template 文件夹中，在用户程序中添加#include“userlib.h”,然后用户即可在程序中调
11、用动态连接库中的函数。 编写控制轴的初始化程序、XY 正负方向的进给程序、抬笔、压笔程序、打开和关闭伺服程序、直线和圆弧插补程序，并添加到已经设计好的模板中，也可以自己设计一个控制界面。实验报告要求：（1）给程序加上详细的注释并附上程序流程图。 （2）记录在实验中遇到的问题，分析产生问题的原因并写出解决的办法。数控实验指导书7思考题：1.控制轴的初始化需要设定几个量？2.延时时间应如何计算？附录：运动控制器提供 Windows 下的运动函数动态连接库，用户只要调用运动函数库中的函数，就可以实现运动控制器的各种功能。下面列出了编写程序所需的函数： GT_AbptStp(void) 该函数用于立即
12、停止当前轴的运动，将目标速度参数和实际速度设置为零值。GT_Close(void) 关闭运动控制器设备，用户程序结束时必须调用此函数。GT_Open(void) 打开运动控制器设备，用户程序开始时必须调用此函数。GT_LmtSns(unsigned short Sense) 置限位开关的有效电平,0 为高电平触发，1 为低电平触发，控制器默认限位开关状态为高电平触发。GT_Axis(unsigned short num) 设置某控制轴为当前轴,此后调用的面向控制轴的命令都针对当前轴，num 表示指定的轴号 1 或 2。GT_SetIntrMsk(unsigned short Mask) 设置当
13、前轴中断屏蔽字,设置为 0表示允许中断事件向主机申请中断。GT_ClrSts(void) 清除当前轴状态。GT_SetKp(unsigned short Kp) 设置当前轴的伺服滤波比例增益。GT_SetKd(unsigned short Kd) 设置当前轴的伺服滤波微分增益。GT_Update(void) 当前轴参数更新,调用该函数后针对当前轴的参数设置函数和命令函数才能生效。GT_SetAcc(double Acc) 设置当前轴的加速度。GT_SetVel(double Vel) 设置当前轴的目标速度。GT_SetPos(long Pos) 设置当前轴的目标位置，pos 的取值范围是-10
14、737418241073741824，单位为脉冲数。GT_ZeroPos(void) 当前轴实际位置寄存器和目标位置清零。GT_AxisOn(void) 打开当前轴伺服。GT_ExOpt(unsigned short Data) 设置运动控制器通用输出量输出的状态,0x0 时为压笔状态，0xff 时为抬笔状态。GT_AxisOff(void) 关闭当前轴伺服。Sleep() 延时函数，单位是毫秒，可以直接调用。用户通过在主机编制程序调用相应的库函数，也就是向运动控制器发出运动控制命令，运动控制器在检查、校验后，会给出一个返回值。返回值定义如下：-1：通讯错误， 0：命令执行成功， 1：命令错误
15、。 数控实验指导书8实验三 数字积分（DDA ）插补实验实验目的:在实验一、二的基础上实现DDA算法，比较MIT和DDA算法的效果，也可自行设计新算法并予以比较。实验设备：PC机一台GT-400-SV运动控制卡一块GXY-1010伺服平台一套VC软件开发平台OVW2-06-2MD型光电编码器一个PANATERM通信控制软件实验原理：数字积分插补法（DDA）原理（1）DDA直线插补图1 DDA直线插补原理示意图图2 插补器X=Vx*t Y=Vy*t设 Vx/Xe=Vy/Ye=KVx=K*Xe Vy=K*YeX=K*Xe*t Y=K*Ye*t数控实验指导书9设经过m次累加，X、Y同时或分别到达终点
16、X=mKXe=Xe (m*K=1)Kxe 1 Kye 1 (寄存器)Kxe1 Kye1 (累加器)取K=1/ 则m=终点判别：J=（2）圆弧插补图 3 圆弧插补原理示意图图 4 插补器终点判别：Jx=Xe-Xo Jy=Ye-Yo设 V/R=K ，有 Vx/Y=Vy/X=KVx=Vcos=KRcosVx/Y=K Vx=K*Y 同理 Vy=K*XX=K*Y*t Y=K*X*t 选 K=1/数控实验指导书10实验步骤：（1）设计 DDA 直线插补和圆弧插补算法的流程图并编写插补程序。打开实验二建立好的模板，给模板各个按钮添加相应的程序。（2）DDA 直线插补程序添加到“直线插补”按钮中。（3）DDA 圆弧插补程序添加到“圆弧插补”按钮中。（4）运行程序，在 X-Y 平台上检验程序是否正确。编写程序用到的库函数见实验二附录。实验报告要求：（1）给程序加上详细的注释并附上程序流程图。（2）记录在实验中遇到的问题、产生问题的原因和解决的办法。思考题：比较逐点比较法与 DDA 法的各自特点。数控实验指导书11
