实验一-数控加工仿真试验

实验一

机电一体化系统组成及元部件应用实验机电一体化技术（1）理解典型机电一体化系统的结构特点和各常用功能部件，对系统设计内容和流程建立总体的认识，确立机械与电子及相关技术的相互渗透和有机融合观念；（2）理解数字增量编码器的角度测量、T法测速的工作原理以及数字和模拟测量信号的处理方法；（3）掌握编码器回原点方式及其对回原点重复精度的影响，从而确保XY工作台的控制精度。一、实验目的（1）AS-100交流伺服教学设备一套；（2）计算机一台，PEWIN软件；（3）位置检测工具一台（光栅尺）。二、实验器材内容一、机电一体化系统的功能部件完善的机电一体化系统包括：机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件、信息处理及控制系统，各要素和环节之间通过接口相联系。三、实验原理执行装置机械部分传感器机电一体化系统的组成动力源控制装置机电一体化系统主功能：①变换（加工、处理）功能；②传递（移动、输送）功能；③储存（保持、积蓄、记录）功能。内容一、机电一体化系统的功能部件内容一、机电一体化系统的功能部件机械部分：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体，可以像数控工作台和机器人那样实现目标轨迹和动作；内容一、机电一体化系统的功能部件执行装置：将信息转化为力和能量，以驱动机械部分运动；内容一、机电一体化系统的功能部件传感检测部分：用于对输出端的机械运动参数进行测量、监控和反馈；内容一、机电一体化系统的功能部件信息处理与控制系统：是对机电一体化系统的控制信息和来自传感器的反馈信息进行处理，向执行装置发出动作指令。内容一、机电一体化系统的功能部件编码器工作原理光电编码器是利用光电原理把机械角位移变成电信号，可以非常方便的测量电机轴的角位移，还可以测量轴的转速。内容二、检测元件的应用按输出信号与对应位置（角度）的关系，光电编码器通常分为：增量式光电编码器绝对式光电编码器混合式光电编码器内容二、检测元件的应用增量式光电编码器内容二、检测元件的应用增量式光电编码器的分辨角为：分辨率R=P

，P为每转脉冲数，即圆盘上的条纹数或称线数。增量式光电编码器绝对式光电编码器内容二、检测元件的应用混合式光电编码器内容二、检测元件的应用编码器测速原理：在闭环伺服系统中，根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种：①在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测速；②测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速；③同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T法测速。以上三中测速方法中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率；而M/T法则无论高速低速都适合测量。内容二、检测元件的应用编码器测速原理：T法测速；

nM=60fc/Pm1(r/min)内容二、检测元件的应用编码器测速原理：T法测速分辨率：当对应转速由n1变为n2时则分辨率Q的定义为Q=n2-n1，Q值越小说明测量装置对转速变化越敏感即分辨率越高。可以得到T法测速的分辨率为：由上式可见随着转速nM的降低，Q值越小，即T法测速在低速时有较高的分辨率。内容二、检测元件的应用回零精度的保证：原点是系统的基准，回零精度对于系统来说非常重要，回原点的重复精度十分重要，若每次回原点的位置总是差别很大，那系统无精度可言。用普通的机械开关、光电开关、磁力开关作为原点开关是无法保证回原点的重复精度的，所以在许多精密定位系统中通常采用原点开关和编码器的C信号组合使用以保证回原点的精度。内容二、检测元件的应用W1W0编码器C脉冲机械原点信号原点开关和编码器C信号组合保证回原点的精度内容一、机电一体化系统的组成及功能部件通过对典型机电一体化系统的功能及组成的认识实验及分析。内容二、检测元件的应用（一）编码器辨向及T法测速实验（二）编码器C信号作用及倍频译码四、实验内容内容一、机电一体化系统的组成及功能部件（1）认真分析系统操作目的，确定系统的操作功能；（2）然后根据系统操作功能确定系统的工作机构和运动组合顺序；（3）确定操作力的大小和方向，并据此确定动力源和驱动装置；（4）选择并确定控制所需检测参数的各种传感器；（5）确定控制算法和控制系统，用框图或流程图来表达所要控制的目标；（6）对上述各项进行机械、电气、硬件和软件的设计；（7）必要时进行模拟仿真，对算法和系统进行检验。五、实验步骤（一）编码器辨向及T法测速实验（1）将AS-100控制柜的所有电缆同X-Y平台连接好（包括电机动力线、码盘反馈线、限位回零线、光栅反馈线）。（2）在控制面板将“控制卡输出”的“脉冲正、脉冲负、方向正、方向负”同“驱动器输入”相对应端子连接，将“控制卡输入”的“码盘A+、码盘A-、码盘B+、码盘B-、码盘C+、码盘C-”同“驱动器输出”相对应端子连接。（3）运行PEWIN软件，打开位置窗口和监视窗口。（4）在监视窗口加入M106变量对它进行监视，此变量存放的即相邻两个脉冲之间计数器的读数m1。（5）X轴电机停转后，在终端窗口键入“I122”并回车，查看它的数值，改变此数值即改变X轴手动速度，单位cts/ms，I122*1000*60/P后单位变为转/分，其中P为码盘反馈线数，可以经过计算后同伺服驱动器上的速度反馈值进行比较。（6）然后将I122的数值逐步增大或者减小，幅度为每次加2。重复步骤8共9次后填写表1。内容二、检测元件的应用（一）编码器辨向及T法测速实验表1内容二、检测元件的应用驱动器显示的转速（RPM）计数器中脉冲个数m1（M106的数值）时钟脉冲频率fc（MHz）编码器分辨率（线）利用公式计算所得转速nM（RPM）测速分辨率Q10在PEWIN32的终端窗口中键入“#1J：8192”向X轴电机发送8192个计数，并在示波器中查看C信号脉冲的个数（2048为电机编码器一圈反馈到PMAC控制器中的计数个数，经过4倍细分后为8192）。在终端窗口中键入“I910”查看X轴电机码盘译码方式及倍频关系，当I910为3或7时，编码器经过了4倍频译码，即转一圈需要8192个指令脉冲（电机编码器反馈到PMAC的线数为2048线）。将X轴电机移动到中间位置，在PEWIN终端窗口键入“J：8192”让电机转动，查看电机转动的圈数并做记录。将I910号参数改为2或6（注意如果原来为3就改成2，原来为7就改为6，切不可搞错，否则电机将因为编码器译码方向错误而开环失去控制），使X轴码盘的译码方式变成2倍频正交译码。重复步骤4，让电机转动并记录运动圈数。将I910号参数改为1或5（注意如果原来为2就改成1，原来为6就改为5，切不可搞错，理由同步骤5），使X轴码盘的译码方式变成1倍频正交译码。（二）编码器C信号作用及倍频译码7、在PEWIN终端窗口键入“I912”，查看回零模式。在本教学设备中I912=3，为编码器C信号上升沿和X轴原点信号高电平组合回原点。然后在终端窗口键入“#3HMZ”，将光栅反馈值清零。8、按操作面板的“回原点”按钮，将X轴回到原点。在PEWIN终端窗口键入“I123”，查看X轴回原点的速度并记录。9、将X轴平台移动到中间位置，然后按“回原点”键使X轴回原点。此时记录#3通道窗口显示的位置值（光栅反馈值）。10、在终端窗口改动“I123”的值（减小或者加大），此值为X轴电机回零速度，注意不要将此值改的过大，过大由于磁力开关和电路的反应时间限制将会冲过原点。11、将电机运行到中央，重复步骤12、13、14。来回做5次，记录每次回原点后光栅的反馈结果。12、在终端窗口改变I912值为2，回零模式变为以原点开关的高电平有效，并且发送“#3HMZ”将光栅反馈清零，然后重复步骤12、13、14，记录结果，并与上一次所记录的结果进行比较，然后总结出结论，填写表2。13、还可以继续改变I912=1，以编码器C脉冲信号上升沿作为回零标志，按“回原点”按钮，看看运行情况。（二）编码器C信号作用及倍频译码回零模式（I912值）回零速度（I123值，单位：cts/ms）回零绝对值（第三通道—原点处光栅反馈值）3（码盘C信号同原点开关组合回零）2（原点开关回零）1（码盘C信号回零）（二）编码器C信号作用及倍频译码

表2实验前要首先了解机电一体化系统组成的有关知识。熟悉AS-100教学设备的使用及