伺服与插补
说明：伺服系统的概述和插补的概述，适合实验报告，选修课论文等。
伺服系统概述：
作为数控机床的执行机构，伺服系统集电力电子器件、控制、驱动及保护为一体，并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步，经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。
数控机床中的伺服系统种类繁多。从基本结构看，伺服系统主要由控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机组成。
开环伺服系统又驱动控制元件，执行元件和机床组成，闭环伺服系统由执行软件、驱动控制单元、机床、以及反馈检测元件、比较环节组成。
按控制方式和有无检测环节反馈环节分类，系统可以分为开环，半闭环，闭环伺服系统。
按反馈比较控制方式的不同，闭环半闭环伺服系统又可以分为以下几种：（1）数字脉冲比较系统
（2）鉴相式伺服系统
（3）鉴幅式伺服系统
（4）全数字伺服系统
插补的实质：
其实质就是系统根据零件轮廓线的有限信息（如起点、终点）和线段的特征，运用一定的算法，自动地在有限坐标点之间生成一些列的坐标数据（即加工点），完成数据的密化工作，从而自动地对各个坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹运行，也就是决定联动过程中各个坐标轴的运动顺序，
位移，方向和速度。
插补的方法：
插补的方法可以分为如下两类：
（1）基准脉冲插补：又称脉冲增量插补，这类插补算法是以脉冲形式输出，没插补运算一次，最多给每一轴一个进给脉冲。方法有：逐点比较法，数字积分法等。
（2）数据采样插补：又称数字增量插补，时间分割插补。这种算法插补结果输出的不是脉冲，而是标准二进制数。方法有：直线函数法，扩展数字积分法，二阶递归算法等。
插补运动(逐点比较法)
1、概述 在机床的实际加工中，被加工工件的轮廓形状千差万别，各式各样。严格说来，为了满足几何尺寸精度的要求，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成。然而，对于简单的曲线，数控装置易于实现，但对于较复杂的形状，若直接生成，势必会使算法变得很复杂，计算机的工作量也相应地大大增加。因此，在实际应用中，常常采用一小段直线或圆弧去进行逼近，有些场合也可以用抛物线、椭圆、双曲线和其他高次曲线去逼近（或称为拟合）。所谓插补是指数据密化的过程。在对数控系统输入有限坐标点（例如起点、终点）的情况下，计算机根据线段的特征（直线、圆弧、椭圆等），运用一定的算法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，即所谓数据密化，从而自动地对各坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹运行，以满足加工精度的要求。 机床数控系统的轮廓控制主要问题就是怎样控制刀具或工件的运动轨迹。无论是硬件数控（NC）系统，还是计算机数控（CNC）系统或微机数控（MNC）系统，都必须有完成插补功能的部分，只是采取的方式不同而已。在CNC或MNC中，以软件（程序）完成插补或软、硬件结合实现插补，而在NC中有一个专门完成脉冲分配计算（即插补计算）的计算装置——插补器。无论是软件数控还是硬件数控，其插补的运算原理基本相同，其作用都是根据给定的信息进行数字计算，在计算过程中不断向各个坐标发出相互协调的进给脉冲，使被控机械部件按指定的路线移动。 有关插补算法问题，除了要保证插补计算的精度之外，还要求算法简单。这对于硬件数控来说，可以简化控制电路，采用较简单的运算器。而对于计算机数控系统来说，则能提高运算速度，使控制系统较快且均匀地输出进给脉冲。 经过多年的发展，插补原理不断成熟，类型众多。从产生的数学模型来分，有直线插补、二次曲线插补等；从插补计算输出的数值形式来分，有基准脉冲插补（又称脉冲增量插补）和数据采样插补。在基准脉冲插补中，按基本原理又分为以区域判别为特征的逐点比较法插补，以比例乘法为特征的数字脉冲乘法器插补，以数字积分法进行运算的数字积分插补，以矢量运算为基础的矢量判别法插补，兼备逐点比较和数字积分特征的比较积分法插补，等等。在CNC系统中，除了可采用上述基准脉冲插补法中的各种插补原理外，还可采用各种数据采样插补方法。 本文将介绍在数控系统中常用的逐点比较法、数字积分法、时间分割法等多种插补方法以及刀具半径补偿计算原理。 2、逐点比较法 逐点比较法是我国数控机床中广泛采用的一种插补方法，它能实现直线、圆弧和非圆二次曲线的插补，插补精度较高。
插补法简解
插补法简解 [摘要]插补法(或称插值法、内插法)是财务分析和决策中常用的财务管理方法之一。可现行教科书对其定义和解法含糊其辞，而插补法其实就是有限范围内的“比例推算法”。这种方法采用“数轴”法求解更通俗易懂，简单快捷。 [关键词]插补法；比例推算法；数轴 一、插补法的实质含义 众所周知，当我们在投资决策时想要知道方案的实际利率、项目有效期、项目内含报酬率和债券到期收益率时，往往都需要使用插补法来求解。而现行教科书中既没对插补法以明确定义，也在其解法上含糊其辞。这往往使初学者深感棘手。而插补法的实质其实就是根据指标之间的相关关系(正相关或负相关)，利用数学原理在有限区域内看成是正比或反比关系来推算其数值的一种求解方法。诸如利息与期数、利率与净现值、现金流量与项目期限等相互间都存在一定的相关关系。如果我们要想知道实际利率、项目周期、项目内含报酬率及债券的到期收益率等，都必须应用插补法求解。 二、利用“数轴”的“比例推算法”求解 (一)现行插补法存在的缺陷 现行教科书中的插补法求解存在两大缺陷：其一，“插补法或称内插法、插值法”无明确定义，而实际上它就是在有限范围内的“比例推算法”。即根据指标值之间的相关关系而采用数学上的“比例推算法”。其二，求解方式模糊、单一，求解时只采用下界临界值求解。而利用“数轴”采用“比例推算法”既可以采用下界临界值也可以采用上界临界值求解，其结果并无二致。 (二)利用“数轴”的“比例推算法”求解 某投资者本金1 000元，投资5年，年利率8％，每年复利一次，其本利和是1 000×(1+8％)5=1 469元，若每季复利一次，本利和1 000×(1+8％÷4)4×5=1 486元，后者比前者多出17(1 486-1 469)元。此时8％为年名义利率，小于每季复利一次的年利率(即实际利率)。要求实际利率需用插补法来求解。 根据上述资料已知 1 000×P/S8％,5=1 469，又知 1 000×P/S9％,5=1 000×1.538(查复利现值系数表)=1 538。而要求的1000×P/Si,5=1 486中的i介入8％～9％之间，我们利用“数轴”的“比例推算法”求解过程如下： 第一，设一数轴，根据“数轴”原理把指标值在“数轴”上标示出来(见下图)
直线插补与圆弧插补程序设计
直线插补与圆弧插补程序设计
一．直线插补 1. 直线插补程序流程图
#i nclude
int x, y; dx = abs(x2-x1); dy = abs(y2-y1); n = dx + dy; if (x2 >= x1) { k y2 >= y1 ? 1: 4; x x1; y y1; } else { k y2 >= y1 ? 2: 3; x x2; y y2; } putpixel(x, y, 1); for (i = 0, f = 0; i < n; i++) if (f >= 0) switch (k) { case 1: else switch (k) { case 1: putpixel(x++, y, f -= dy; break; case 2: putpixel(x, y++, f -= dx; break; case 3: putpixel(x--, y, f -= dy; break; case 4: 1); 1); 1); putpixel(x, y--, 1); } f -= dx; break;
putpixel(x, f += dx; break; y++, 1); case 2 : putpixel(x--, f += dy; break; y, 1); case 3 : putpixel(x, f += dx; break; y--, 1); case 4 : putpixel(x++, f += dy; break; y, 1); } } 二. 圆弧插补 2.1. 四象限圆弧插补程序流程图int main() { cb_line(0,0,15,20); /* <--- you forgot return 0; } here */
基于Matlab的四象限圆弧插补程序
X0=input('请输入起点横轴坐标x: '); Y0=input('请输入起点纵轴坐标y: '); NXY=input('请输入差补步数: '); pace=input('请输入差补步长: '); RNSS=input('请选择差补走向(1代表顺时针/2代表逆时针): '); XM=X0; YM=Y0; %画基准圆 R=sqrt(X0*X0+Y0*Y0); alpha=0:pi/20:2*pi; xx=R*cos(alpha); yy=R*sin(alpha); plot(xx,yy,'g:'); hold on; axis equal; %针对跨象限运行时对ZF初始化(由于在跨象限运行时不改变ZF值所以必须对其初始化) ZF=(RNSS==1)*(((Y0==0)*((X0>0)*4+(X0<0)*3))+((X0==0)*((Y0>0)*1+(Y0<0) *2)))+... (RNSS~=1)*(((Y0==0)*((X0>0)*3+(X0<0)*4))+((X0==0)*((Y0>0)*2+(Y0<0)*1) )); %建立NXY次循环来实现差补计算与绘图 for num=1:NXY %FM值判断 FM=XM*XM+YM*YM-X0*X0-Y0*Y0; %象限判断(RNS为1,2,3,4分别代表1,2,3,4象限) RNS=(XM>0)*((YM>0)*1+(YM<0)*4)+(XM<0)*((YM>0)*2+(YM<0)*3); %走步计算(RNS百位为1表示逆时针画圆,十位为1表示FM<0,个位数字表示所在
象限,ZF代表走步方向) switch RNS+((FM<0)*10)+(RNSS~=1)*100 case 001 ZF=4; case 002 ZF=1; case 003 ZF=3; case 004 ZF=2; case 011 ZF=1; case 012 ZF=3; case 013 ZF=2; case 014 ZF=4; case 101 ZF=2; case 102 ZF=4; case 103 ZF=1; case 104 ZF=3; case 111 ZF=3; case 112
逐点比较法直线插补圆弧插补实例
逐点比较法直线插补 （1）偏差函数构造 对于第一象限直线OA上任一点(X,Y):X/Y = Xe/Ye 若刀具加工点为Pi（Xi，Yi），则该点的偏差函数Fi可表示为： 若Fi= 0，表示加工点位于直线上； 若Fi> 0，表示加工点位于直线上方； 若Fi< 0，表示加工点位于直线下方。 （2）偏差函数字的递推计算 采用偏差函数的递推式（迭代式）：既由前一点计算后一点 Fi =Yi Xe -XiYe 若Fi>=0，规定向+X 方向走一步 Xi+1 = Xi +1 Fi+1 = XeYi –Ye(Xi +1)=Fi –Ye 若Fi<0，规定+Y 方向走一步，则有 Yi+1 = Yi +1 Fi+1 = Xe(Yi +1)-YeXi =Fi +Xe （3）终点判别 直线插补的终点判别可采用三种方法。 1）判断插补或进给的总步数：2）分别判断各坐标轴的进给步数；3）仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数。 （4）例 对于第一象限直线OA，终点坐标Xe=6 ,Ye=4，插补从直线起点O开始，故F0=0 。终点判别是判断进给总步数N=6+4=10，将其存入终点判别计数器中，每进给一步减1，若N=0，则停止插补。
逐点比较法圆弧插补（1）偏差函数构造 任意加工点Pi（Xi，Yi），偏差函数Fi可表示为 若Fi=0，表示加工点位于圆上；
若Fi >0，表示加工点位于圆外； 若Fi <0，表示加工点位于圆内 （2）偏差函数的递推计算 1） 逆圆插补 若F ≥0，规定向-X 方向走一步 若Fi<0，规定向+Y 方向走一步 2） 顺圆插补 若Fi ≥0，规定向-Y 方向走一步 若Fi<0，规定向+y 方向走一步 （3）终点判别 1）判断插补或进给的总步数： 2）分别判断各坐标轴的进给步数： （4）例 对于第一象限圆弧AB ，起点A （4，0），终点B （0，4） ???+-=-+-=-=++12)1(122211i i i i i i i X F R Y X F X X ???++=-++=+=++12)1(122211i i i i i i i Y F R Y X F Y Y ???+-=--+=-=++12)1(122211i i i i i i i Y F R Y X F Y Y ???++=-++=+=++12)1(122211i i i i i i i X F R Y X F X X b a b a Y Y X X N -+-=b a x X X N -= b a y Y Y N -=
欧姆龙NJ直线插补及圆弧插补
NJ网络实验4 实验目的：a.实现空间一组4个工位的合成直线运动。 工位1（0,0），工位2（2000,2000），工位3（2000, 0），工位4（0,0） b.使用圆弧插补功能，实现下图运动轨迹。（图中数值仅供参考，可自行修改） C.学习齿轮比（变速）MC_gearin,MC_gearout指令。速度比要求3比1 实验器材：NJ、G5伺服及伺服电机两套；E3ZM-V81两个、网线若干（AT部门NJ样机箱）。 参考资料：NJ教材、NJ操作手册、运动控制指令手册 指导人员： 实验内容： 1．样机搭建、网络组建、轴设置在前报告中已经说明，此处省略。其中轴设置中原点返回设置选择如下图 两轴原点返回均为此设置
2．建立轴组： 轴设置完毕后，在“配置和设置”中右键点击轴组设置，在下拉菜单中左键点击添加轴组设置，如下图 添加后，左键双击MC_Group000；在轴组基本设置中“轴组使用”选择“使用轴组”如下图： 构成选择“2轴” 分别将“轴A0”分配MC_Axis000（0）；“轴A1”分配MC_Axis001（1）如下图
点击左侧“轴组操作设置”在下图中设置最大插补速度及加速度等， 轴设置完毕 3．编写程序 A、准备程序程序 本次程序依然需要MC_POWER及MC_HOME指令由于与上次程序相同这里不多介绍，程序如下图：
原点返回指令 “MC_GroupEnable”轴组使能指令，以下为手册截图 由于直线插补指令属于轴组指令，如想进行直线插补首先要进行轴组使能指令，否则无法使用对应指令。
将上一步设置好的MC_Group000使能，程序如下 指令“MC_GroupDisable”使能解除指令 与MC_GroupEnable对应指令，被轴组使能后被使能轴只能使用轴组指令，而不能使用轴指令，例如MC_Move等指令，所以程序中需要编写MC_GroupEnable程序
单一插补方法与多重插补方法的对比及分析
单一插补方法与多重插补方法的对比及分析 0.缺失数据说明 Little和Rubin根据缺失机制的不同，缺失数据可分为三大类：完全随机缺失数据(MCAR),随机缺失数据(MAR)以及非随机缺失数据(NMAR)0MCAR表示某些变量数据的缺失完全不依赖于变量或者回答者的貞?实情况，是严格意义上的随机缺失：MAR表示某些变量数拯的缺失与回答者的真实情况是独立的：NMAR则表示变量数据的缺失与回答者的真实情况之间有相关的联系，并不是随机缺失的。 实际情况中，缺失数据对数据分析造成较大的影响，主要表现在两个方而：数据统计的功效以及会带来有偏估计。Kim和Curry(1997)发现当有2%的数据缺失时，若采用列表删除的方法，将会带来％全部信息的丢失。Quinten和Raaijmakers (1999)的研究表明10%~35% 的数据缺失会带来35%~98%的信息丢失。可见，对缺失的数据不进行处理会给整个数据结构带来巨大的影响。故而，在数据分析中，对缺失数拯的处理至关重要，同时该部分也是目前新兴学科一一数据挖掘技术的重要组成部分。 在处理缺失数拯时，为了方便处理，一般假定缺失机制为MAR或者MCAR,这样可利用数理统计方法进行处理。缺失数据的处理方法可分为三大类：直接删除法、插补法、基于模型的预测方法。英中直接删除法最为便捷，同时也是最为粗糙的方法，该方法易造成貞?实信息的大量丢失，仅仅适用于极少量的数据缺失情况。相比而言，插补法和基于统计模型的预测方法比较常用，也较为有效。根据每个缺失值的替代值个数，可将插补方法分为单一插补和多重插补。 1.单一插补与多重插补概念 单一插补是指采用一左方式，对每个由于无回答造成的缺失值只构造一个合理的替代值，并将其插补到原缺失数拯的位宜上，替代后构造岀一个完整的数据集。 多重插补是由哈佛大学的Rubin教授在1977年首先提出的，该方法是从单一插补的基础上衍生而来的。指给每个缺失值都构造m个替代值(m>l),从而产生了m个完全数据集, 然后对每个完全数拯集采用相同的数据分析方法进行处理，得到m个处理结果，然后综合这些处理结果，基于某种原则，得到最终的目标变量的估计。 多重插补可分为三个阶段：(1)对目标变量的估计，(2)创建完全数据集，(3)目标变量的确左。其中最关键的阶段为目标变量的估计，该阶段需要确泄估计缺失值的方法，即缺失值是以何种方法或者
第五章运动控制插补原理及实现
运动控制插补原理及实现 数控系统加工的零件轮廓或运动轨迹一般由直线、圆弧组成，对于一些非圆曲线轮廓则用直线或圆弧去逼近。插补计算就是数控系统根据输入的基本数据，通过计算，将工件的轮廓或运动轨迹描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给指令。 数控系统常用的插补计算方法有：逐点比较法、数字积分法、时间分割法、样条插补法等。逐点比较法，即每一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，视该点在给定规矩的上方或下方，或在给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向，使之趋近给定轨迹。 直线插补原理 图3—1是逐点比较法直线插补程序框图。图中n是插补循环数，L是第n个插补循环中偏差函数的值，Xe，Y。是直线的终点坐标，m是完成直线插补加工刀具沿X，y轴应走的总步数。插补前，刀具位于直线的起点，即坐标原点，偏差为零，循环数也为零。 在每一个插补循环的开始，插补器先进入“等待”状态。插补时钟发出一个脉冲后，插补器结束等待状态，向下运动。这时每发一个脉冲，触发插补器进行一个插补循环。所以可用插补时钟控制插补速度，同时也可以控制刀具的进给速度。插补器结束“等待”状态后，先进行偏差判别。若偏差值大于等于零，刀具的进给方向应为+x，进给后偏差值成为Fm-ye；若偏差值小于零，刀具的进给方向应为+y，进给后的插补值为Fm+xe。。 进行了一个插补循环后，插补循环数n应增加l。 最终进行终点判别，若n Private Sub Command1_Click() Const pi = 3.14159265 Picture1.ForeColor = vbBlack Picture1.DrawWidth = 2 Picture1.Line (50, 500)-(50, 5500) Picture1.Line (50, 5500)-(6500, 5500) Picture1.Line (80, 600)-(50, 500) Picture1.Line (20, 600)-(50, 500) Picture1.Line (6400, 5450)-(6500, 5500) Picture1.Line (6400, 5550)-(6500, 5500) Picture1.ForeColor = vbRed Picture1.DrawWidth = 3 If Int(Text1) = 0 Then Picture1.Circle (50, 5500), Sqr(Int(Text1) * Int(Text1) + Int(Text2) * Int(Text2)) * 400, , Atn(Int(Text4) / Int(Text3)), pi / 2 Else Picture1.Circle (50, 5500), Sqr(Int(Text1) * Int(Text1) + Int(Text2) * Int(Text2)) * 400, , Atn(Int(Text4) / Int(Text3)), Atn(Int(Text2) / Int(Text1)) End If End Sub Private Sub Command2_Click() Dim k, m, j, l, n, F(20) As Integer m = 0 l = Text1.Text k = Text2.Text F(m) = 0 Picture1.ForeColor = vbGreen Picture1.DrawWidth = 3 j = Abs(Int(Text1) - Int(Text3)) + Abs(Int(Text2) - Int(Text4)) Form1.CurrentX = 200 Form1.CurrentY = 200 Print "初始：进给方向 " & "F(m)=0" & " X0=" & Int(Text1) & " Y0=" & Int(Text2) & " ∑ = " & j For n = 1 To j If F(m) >= 0 And j > 0 Then m = m + 1 k = k - 1 F(m) = F(m - 1) - 2 * Abs(k + 1) + 1 Picture1.Line (50 + 400 * l, 5500 - k * 400)-(50 + 400 * l, 5500 - (k + 1) * 400) Form1.CurrentX = 200 Form1.CurrentY = 200 + m * 300 Print "第" & m & "步" & " -△y F(" & m & ")= " & F(m) & " " & "x=" & l & " " & "y="; k & " ∑=" & j - n Else l = l + 1 m = m + 1 Picture1.Line (50 + 400 * l, 5500 - k * 400)-(50 + 400 * (l - 1), 5500 - k * 400) F(m) = F(m - 1) + 2 * Abs(l - 1) + 1 Form1.CurrentX = 200 Form1.CurrentY = 200 + m * 300 Print "第" & m & "步" & " +△x F(" & m & ")= " & F(m) & " " & "x="; l & " " & "y="; k & " ∑=" & j - n End If Next n End Sub Private Sub Command3_Click() Text1.Text = "" Text3.Text = "" End Sub Private Sub Command4_Click() End End Sub 此程序是根据《微型计算机控制技术》(第二版)清华大学出版社 第三章数字控制技术——3.2插补原理中的3.2.1逐点比较法的直线插补，3.2.2逐点比较法圆弧插补编写的。其中的变量定义，原理依据均来源于此，如有疑问，请参考书中的讲解。尤其是例子，以下两个程序的第一个运行图均与例题中的一致。 一、四象限直线插补程序 分别加工第一、二、三、四象限直线，起点均为（0,0），终点坐标为（NX，NY），进行插补计算。 程序中（NX，NY）为终点坐标；NXY为总步数；XOY=1,2,3,4，分别为第一、二、三、四象限; ZF=1,2,3,4，分别代表+x,-x,+y,-y走步方向；FM为加工点偏差，初值为0。 源程序： # include "stdio.h" # include "string.h" # include "math.h" void main() { int NX,NY,NXY,BS,XOY,ZF; int FM=0; char a[10]="+X",b[10]="-X",c[10]="+Y",d[10]="-Y",e[10]; printf("\n\n请输入NX,NY\n"); scanf("%d %d",&NX,&NY); {if(NX>0) if(NY>0) XOY=1; else XOY=4; else if(NY>0) XOY=2; else XOY=3;} printf("终点在第%d象限\n",XOY); printf("\n 步数坐标进给偏差计算终点判断\n\n"); BS=fabs(NX) + fabs(NY); for(NXY= fabs(NX) + fabs(NY)-1;NXY>=0;NXY--) { if(FM>=0) {if(XOY==1||XOY==4) { ZF=1; strcpy(e,a);} else { ZF=2; strcpy(e,b); } FM=FM-fabs(NY); printf(" %d %s FM=%d NXY=%d\n\n",BS-NXY,e, 至于插补算法和多轴联动的关系，就太复杂了，肯定是有关系，不过不是三言两语可以解释得清楚的。国内有不少数控系统号称3轴以上得联动能力，其实多依靠前端CAM软件实现多轴联动，而系统本身最多只具备3轴联动能力。 如果真是考虑3轴以上的联动，则不紧紧是插补问题，刀具半径的空间实时补偿才是关键所在，而这方面，国内几乎没有数控系统级的解决方案，还是在依靠CAM后置处理，因而这样的加工并非完整意义上的多轴联动。 插补原理：在实际加工中，被加工工件的轮廓形状千差万别，严格说来，为了满足几何尺寸精度的要求，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成，对于简单的曲线数控系统可以比较容易实现，但对于较复杂的形状，若直接生成会使算法变得很复杂，计算机的工作量也相应地大大增加，因此，实际应用中，常采用一小段直线或圆弧去进行拟合就可满足精度要求(也有需要抛物线和高次曲线拟合的情况)，这种拟合方法就是“插补”，实质上插补就是数据密化的过程。插补的任务是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值，每个中间点计算所需时间直接影响系统的控制速度，而插补中间点坐标值的计算精度又影响到数控系统的控制精度，因此，插补算法是整个数控系统控制的核心。插补算法经过几十年的发展，不断成熟，种类很多。一般说来，从产生的数学模型来分，主要有直线插补、二次曲线插补等；从插补计算输出的数值形式来分，主要有脉冲增量插补(也称为基准脉冲插补)和数据采样插补[26]。脉冲增量插补和数据采样插补都有各自的特点，本文根据应用场合的不同分别开发出了脉冲增量插补和数据采样插补。 1、数字积分插补是脉冲增量插补的一种。下面将首先阐述一下脉冲增量插补的工作原理。脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。这种插补算法主要应用在开环数控系统中，在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱动电机运动。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，按机床设计的加工精度选定，普通精度的机床一般取脉冲当量为：0.01mm，较精密的机床取1或0.5um 。采用脉冲增量插补算法的数控系统，其坐标轴进给速度主要受插补程序运行时间的限制，一般为1~3m/min。脉冲增量插补主要有逐点比较法、数据积分插补法等。逐点比较法最初称为区域判别法，或代数运算法，或逐步式近似法。这种方法的原理是：计算机在控制加工过程中，能逐点地计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，按规定图形加工出所需要的工件，用步进电机或电液脉冲马达拖动机床，其进给方式是步进式的插补器控制机床。逐点比较法既可以实现直线插补也可以实现圆弧等插补，它的特点是运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，速度变化小，调节方便，因此在两个坐标开环的CNC系统中应用比较普遍。但这种方法不能实现多轴联动，其应用范围受到了很大限制。 对于圆弧插补，各个象限的积分器结构基本上相同，但是控制各坐标轴的进给方向和被积函数值的修改方向却不同，由于各个象限的控制差异，所以圆弧插补一般需要按象限来分成若干个模块进行插补计算，程序里可以用圆弧半径作为基值，同时给各轴的余数赋比基值小的数(如R/2等)，这样可以避免当一个轴被积函数较小而另一个轴被积函数较大进，由于被积函数较小的轴的位置变化较慢而引起的误差。 2 、时间分割插补是数据采样插补的一种。下面将首先阐述数据采样插补的工作原理。数据采样插补是根据用户程序的进给速度，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期执行一次插补运算，计算出下一个插补点坐标，从而计算出下一个周期各个坐标的进给量，进而得出下一插补点的指令位置。与基准脉冲插补法不同的是，计算出来的不是进给脉冲而是用二进制表示的进给量，也就是在下一插补周期中，轮廓曲线上 JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 课程设计题目: 步进驱动系统与数控圆弧插补程序设计 综合训练题目: 连接电路和机床进给电机驱动器实现第二象限逆圆弧插补加工 学院名称： 机械学院 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 课程设计与综合训练 说明书 2016年1月 课程设计与综合训练任务书 课程设计题目:步进驱动系统与数控圆弧 插补程序设计 综合训练题目:连接电路和机床进给电机驱动器 实现第二象限逆圆弧插补加工 摘要：通过对微控制器-PLC的学习进行了为期三周的课程设计，本次课程设计是以第二象限逆圆弧插补为例。PLC在工业控制应用非常广泛，主要是因为 其稳定可靠。本设计即根据自制的车数控平台（双轴平台），通过插补运算，利用FX3uPLC发出脉冲，从而控制步进电机的运行，按照插补程序画出轨迹。从而初步掌握步进电机控制系统的设计方法，仿真数控车加工平台加工零件的加工轨迹。 关键词：FX3U-64M ; 步进电机; NR2插补; 目录 第一章概述 (5) 1.1 本次课程设计综合训练对象及容 (5) 1.2 课程设计综合训练任务书及要求 (5) 第二章机电伺服传动系统设计及图形绘制 (7) 2.1 步进电机的选择和齿轮传动比的计算 (7) 2.1.1 系统方案设计 (7) 2.1.2 传动比计算和步进电机的选择 (9) 2.2 圆柱齿轮减速器的设计计算 (15) 2.2.1 X向齿轮减速器的设计计算 (15) 2.2.2 Z向齿轮减速器的设计计算 (17) 2.2.3 丝杠的选择 (19) 2.3 联轴器选择 (24) 2.4 轴承选择 (24) 2.5 键 (25) 2.6 齿轮结构设计的选择 (25) 2.7 传动系统结构设计和图形绘制 (25) 第三章机电伺服系统微控制器电器线路及程序设计 (27) 3.1开环控制系统 (27) 3.2 三菱PLC驱动电路设计 (28) 3.3 PLC插补程序设计概述 (30) 3.4 程序设计调试 (35) 参考文献 (43) 第一章概述 数控技术课程设计 说明书 设计题目直线插补与圆弧插补程序设计 机械设计以及自动化专业机械工程学院 机械102班 设计者青岛理工大学 2013年6月20 日 目录 1.设计题目 (1) 2.目录 (2) 3.直线插补流程图 (3) 4.直线插补程序 (4) 5.程序结果 (8) 6.圆弧插补流程图 (9) 7.圆弧插补程序 (10) 8.程序结果 (21) 一．直线插补 1.直线插补程序流程图 2.直线插补程序设计 #include "stdio.h" int i,X,Y,X0,Y0,Xe,Ye,F,N; int a[30][2]; void main() { int m; int menu(); void yi(); void er(); void san(); void si(); void te(); void shuchu(); m=menu(); a[0][0]=X0; a[0][1]=Y0; switch(m) { case 1:yi();shuchu();break; case 2:er();shuchu();break; case 3:san();shuchu();break; case 4:si();shuchu();break; case 5:te();shuchu();break; default:printf("无法插补\n"); } } int menu() { int t; printf("输入起点坐标\n"); scanf("%d,%d",&X0,&Y0); printf("输入终点坐标\n"); scanf("%d,%d",&Xe,&Ye); if (Xe>=X0&&Ye>=Y0) t=1; else if (Xe<=X0&&Ye>=Y0) t=2; else if (Xe<=X0&&Ye<=Y0) t=3; else if (Xe>=X0&&Ye<=Y0) t=4; 宿迁学院 课程设计说明书 设计题目: 基于VB数字积分法一、二象限逆圆插补计算与仿真 系(部)：机电工程系 专业:自动化(数控技术） 班级: ０9数控本(２) 姓名：李伟 学号: 20０9０7052 指导老师（签名）:刘萍 起止时间:20 1２年12月3日至2０1２年１2月7 日共１周 20 １２年12 月6 日 正文: 数控原理与系统课程设计说明书 一、课程设计的目的 1）了解连续轨迹控制数控系统的组成原理。 2) 掌握逐点比较法插补的基本原理。 ３）握逐点比较法插补的软件实现方法。 二．课程设计的任务 逐点比较法插补是最简单的脉冲增量式插补算法之一,其过程清晰，速度平稳,但一般只用于一个平面内两个坐标轴的插补运算。其基本原理是在刀具按要求轨迹运动加工零件轮廓的过程中，不断比较刀具与被加工零件轮廓之间的相对位置,并根据比较结果决定下一步的进 给方向,使刀具向减小偏差的方向进给, 且只有一个方向的进给。也就是说,逐点 比较法每一步均要比较加工点瞬时坐标 与规定零件轮廓之间的距离,依此决定 下一步的走向。如果加工点走到轮廓外 面去了，则下一步要朝着轮廓内部走;如 果加工点处在轮廓的内部，则下一步要 向轮廓外面走,以缩小偏差，这样周而复 始，直至全部结束,从而获得一个非常接 近于数控加工程序规定轮廓的轨迹。逐 点比较法插补过程中的每进给一步都要 经过偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判别四个节拍的处理,其工作流程图如图所示。 三.逐点比较法基本原理 逐点比较法I象限逆圆插补 在加工圆弧过程中，人们很容易联想到使用动点到圆心的距离与该圆弧的名义半径进行比较来反映加工偏差。 假设被加工零件的轮廓为第Ⅰ象限逆走向圆弧SE,,圆心在O(０，０）,半径为Ｒ，起点为S(ＸS,YS ）,终点为Ｅ（Xe,Ye),圆弧上任意加工动点为N （X ｉ,Yi)。当比较该加工动点到圆心的距离ON 与圆弧半径Ｒ的大小时，可获得刀具与圆弧轮廓之间的相对位置关系。 当动点Ｎ(Ｘｉ,Yi ）正好落在圆弧上时,则有下式成立 22222R Y X Y X e e i i =+=+ 当动点N(Xi ，Y ｉ)落在圆弧外侧时,则有下式成立 22222R Y X Y X e e i i =+>+ 当动点N （X ｉ,Y ｉ）落在圆弧内侧时,则有下式成立 22222R Y X Y X e e i i =+<+ 由此可见，取逐点比较法圆弧插补的偏差函数表达式为 222R Y X F i i -+= 当动点落在圆外时，为了减小加工误差，应向圆内进给，即向(-X ）轴方向走一步;当动点落在圆内时,应向圆外进给，即向(+Y ）轴方向走一步。当动点正好落在圆弧上且尚未到达终点时,为了使加工继续下去，理论上向(+Y)轴或(－X)轴方向进给均可以,但一般情况下约定向(-X ）轴方向进给。 综上所述,现将逐点比较法第Ⅰ象限逆圆插补规则概括如下： 当F>0时，即2 22 R Y X F i i -+=>０，动点落在圆外,则向(－X ）轴方向进给一 步； 当F=0时，即2 22 R Y X F i i -+=＝0，动点正好落在圆上,约定向（-Ｘ)轴方向 实验一工作台直线插补运动 1 实验目的 1.了解工作台直线插补原理和算法； 2.在掌握直线插补原理的基础上实现平面绘图。 2 实验设备 1.直线／旋转工作台； 2.工作台控制箱一台； 3.笔架夹持器、画笔及画板。 3 实验原理 本实验利用逐点比较法插补直线，逐点比较法在第一象限的直线插补原理如下图： 现加工OE直线。如果刀具动点在OE直线上方或在该直线上，则令刀具沿X正方向进给一步；若刀具动点在OE直线下方，则令刀具沿Y轴正方向进给一步，如此循环直到加工到E点。判别刀具动点的位置根据偏差判别公式，第一象限直线插补的偏差判别公式如下： Fi = Xe Y i －Y e X i Fi≥0时，偏差判别公式为 F i+1=F i -Ye 向X正方向进给 Fi<0时，偏差判别公式为 F i+1= F i＋Xe，向Y正方向进给 逐点比较法插补节拍：逐点比较法插补需要四个节拍，即偏差判别、进给、偏差计算和终点判别。 4.4 实验步骤 1.按使用说明书上将工作台组合成二自由度直线工作台，安装好笔架夹持器，放置好画板，并正确连接电缆。 2.安装上笔架夹持器及画笔，在桌面相应位置放好画板，使笔尖接触到画板； 3.接通控制箱电源； 4.启动计算机，运行工作台控制软件； 5.在“工作台组合方式”界面中选择X直线工作台和Y直线工作台； 6.单击主界面“工作台复位”按钮，工作台进行回零运动，运动完成后工作台处于零点位置； 7.把画笔安装到笔架夹持器上，使笔尖接触到画板； 8.单击“直线插补”按钮； 9.加速方式选择“梯形”，插补目标X轴填写0，Y轴填写-30，点击“运动”按钮，画出一条直线， 10.插补目标X轴填写30，Y轴填写30，点击“运动”， 11.插补目标X轴填写30，Y轴填写0，点击“运动”， 几种常见的缺失数据插补方法 （一）个案剔除法(Listwise Deletion) 最常见、最简单的处理缺失数据的方法是用个案剔除法(listwise deletion)，也是很多统计软件（如SPSS和SAS）默认的缺失值处理方法。在这种方法中如果任何一个变量含有缺失数据的话，就把相对应的个案从分析中剔除。如果缺失值所占比例比较小的话，这一方法十分有效。至于具体多大的缺失比例算是“小”比例，专家们意见也存在较大的差距。有学者认为应在5%以下，也有学者认为20%以下即可。然而，这种方法却有很大的局限性。它是以减少样本量来换取信息的完备，会造成资源的大量浪费，丢弃了大量隐藏在这些对象中的信息。在样本量较小的情况下，删除少量对象就足以严重影响到数据的客观性和结果的正确性。因此，当缺失数据所占比例较大，特别是当缺数据非随机分布时，这种方法可能导致数据发生偏离，从而得出错误的结论。 （二）均值替换法(Mean Imputation) 在变量十分重要而所缺失的数据量又较为庞大的时候，个案剔除法就遇到了困难，因为许多有用的数据也同时被剔除。围绕着这一问题，研究者尝试了各种各样的办法。其中的一个方法是均值替换法(mean imputation)。我们将变量的属性分为数值型和非数值型来分别进行处理。如果缺失值是数值型的，就根据该变量在其他所有对象的取值的平均值来填充该缺失的变量值；如果缺失值是非数值型的，就根据统计学中的众数原理，用该变量在其他所有对象的取值次数最多的值来补齐该缺失的变量值。但这种方法会产生有偏估计，所以并不被推崇。均值替换法也是一种简便、快速的缺失数据处理方法。使用均值替换法插补缺失数据，对该变量的均值估计不会产生影响。但这种方法是建立在完全随机缺失（MCAR）的假设之上的，而且会造成变量的方差和标准差变小。 （三）热卡填充法（Hotdecking） 什么是插补 一、插补的概念 在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。 插补（interpolation）定义：机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程。也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也称为“数据点的密化”。 数控装置向各坐标提供相互协调的进给脉冲，伺服系统根据进给脉冲驱动机床各坐标轴运动。 数控装置的关键问题：根据控制指令和数据进行脉冲数目分配的运算（即插补计算），产生机床各坐标的进给脉冲。 插补计算就是数控装置根据输入的基本数据，通过计算，把工件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给脉冲，对应每个脉冲，机床在响应的坐标方向上移动一个脉冲当量的距离，从而将工件加工出所需要轮廓的形状。 插补的实质：在一个线段的起点和终点之间进行数据点的密化。 插补工作可由硬件逻辑电路或执行软件程序来完成，在CNC系统中，插补工作一般由软件完成，软件插补结构简单、灵活易变、可靠性好。 二、插补方法的分类 目前普遍应用的两类插补方法为基准脉冲插补和数据采样插补。 1.基准脉冲插补（行程标量插补或脉冲增量插补） 特点：每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，每插补运算一次，最多给每一轴一个进给脉冲。每个脉冲代表了最小位移，脉冲序列的频率代表了坐标运动速度，而脉冲的数量表示移动量。 每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位，也叫脉冲当量，脉冲当量是脉冲分配的基本单位。 该方法仅适用于一些中等精度或中等速度要求的计算机数控系统 主要的脉冲增量插补方法： 数字脉冲乘法器插补法 逐点比较法 数字积分法 矢量判别法 比较积分法 最小偏差法 目标点跟踪法 单步追踪法 直接函数法 加密判别和双判别插补法 2. 数字采样插补（数据增量插补） 数据采样插补又称时间增量插补，这类算法插补结果输出的不是脉 //该函数在VC++6.0下编译测试通过，可实现直线、圆弧、完整圆的数字积分法插补；并可将插补函数计算出的数//据点写入xxx.txt文件中 //若有任何疑问，欢迎邮件联系，dingjiang90@https://www.wendangku.net/doc/3413435710.html,#include //版权所有，侵权必究。转载时请注明来自大连理工机械工程学院Deanjiang #include(完整版)vb圆弧插补程序
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