第3章数字控制技术概论
合集下载
数字控制设备原理与用用
数字控制设备原理与应用一汽轿车股份公司技术部陈刚轿车公司培训教材目录课程目的----------------------------------------------------------3 第一章：数字控制概论----------------------------------------------4 第二章：数控系统的电动机------------------------------------------15 第三章：数控系统的检测元件----------------------------------------26 第四章：控制与伺服系统--------------------------------------------38 第五章：数控编程原理与规范----------------------------------------52 第六章：参数系统--------------------------------------------------73 第七章：数控机床的使用与维护-------------------------------------133课程目的随着计算机技术和自动控制理论的高速发展，以计算机技术为核心的自动控制系统在设备上的应用也越来越广泛。
如计算机检测、CNC（计算机数字控制）、CAM（计算机辅助制造）、CIMS（计算机集成制造系统）、机器人技术等。
这些都大大地延伸了现代工业中自动化设备的制造能力，从而也促进了现代工业技术日新月异的发展。
NC（数字控制）技术是近半个世纪中逐步成熟和发展起来的一项先进的设备制造技术。
计算机技术的发展和在NC技术中的应用，给它带来了革命性的变革，并形成了现在的CNC（计算机数字控制）技术。
近年来，采用CNC系统的设备已越来越多地走进我们的工厂，并逐年保持高速增长的趋势。
它们都在我们工厂的关键工序中起着举足轻重的作用，其状态的好坏和使用状况直接关联到我们产品的质量和企业的声誉。
第1章 数字技术概论
3
与设计相对较容易。 3）大批量生产，成本低廉 数字电路结构简单，体积小，通用性强，容易制造，便于集成化生产，因而成本低 廉。 4）可编程性 现代数字系统的设计，大多采用可编程逻辑器件，即厂家生产的一种半成品芯片。 用户根据需要利用硬件描述语言(Hardware Description Language，简称 HDL)在计算机上 完成电路设计和仿真，并写入芯片，这给用户研制开发产品带来了极大的方便和灵活性。 5）高速度，低功耗 随着集成电路工艺的发展，数字器件的工作速度越来越高，而功耗越来越低。集成 电路中单管的开关速度可以做到小于 1011 s。整体器件中，信号从输入到输出的传输时问 小于 2 109 s 。百万门以上超大规模集成芯片的功耗，可以低达毫瓦级。 由于具有这些优点，数字电路在众多领域取代模拟电路。可以肯定，这一趋势将会 继续发展下去。 4．数字电路的设计方法 数字系统的设计方法可分为两大类，即自下而上的设计方法和自上而下的设计方法。 自下而上的设计方法是一种经验法。设计者根据自己的经验将规模大、功能复杂的数字 系统按逻辑功能划分成若干模块，再划分成若干子模块，如此分割下去，一直分到这些 子模块可以用经典的方法和标准的逻辑功能部件进行设计，最后将整个系统进行安装、 调试，达到设计要求。 现在大量生产和广泛使用的逻辑功能部件很多，如数据选择器、译码器、计数器、 寄存器等，因此对于一些规模不大、功能不太复杂的数字系统，可以直接选用中、大规 模集成器件，采用经验法进行设计。这种方法具有设计过程简单、电路调试方便等优点， 目前仍被设计者使用。经验法不是盲目的，通常按下列具体步骤进行。 1）分析系统设计要求，确定系统总体方案 设计题目通常是比较简单的文字叙述，没有细节说明，设计者必须对题目消化、理 解，逐步明确并抽象出系统要完成的逻辑功能。 2）划分逻辑单元，确定初始结构，建立总体逻辑图 逻辑单元的划分可以采用由粗到细的方法，先将系统分为处理单元和控制单元，再 按处理任务或控制功能逐一划分。 3）选择逻辑功能部件，构成电路 将划分的逻辑单元进一步分解成若干相对独立的模块， 以便直接选用标准 SSI、 MSI、 LSI 器件实现。
与设计相对较容易。 3）大批量生产，成本低廉 数字电路结构简单，体积小，通用性强，容易制造，便于集成化生产，因而成本低 廉。 4）可编程性 现代数字系统的设计，大多采用可编程逻辑器件，即厂家生产的一种半成品芯片。 用户根据需要利用硬件描述语言(Hardware Description Language，简称 HDL)在计算机上 完成电路设计和仿真，并写入芯片，这给用户研制开发产品带来了极大的方便和灵活性。 5）高速度，低功耗 随着集成电路工艺的发展，数字器件的工作速度越来越高，而功耗越来越低。集成 电路中单管的开关速度可以做到小于 1011 s。整体器件中，信号从输入到输出的传输时问 小于 2 109 s 。百万门以上超大规模集成芯片的功耗，可以低达毫瓦级。 由于具有这些优点，数字电路在众多领域取代模拟电路。可以肯定，这一趋势将会 继续发展下去。 4．数字电路的设计方法 数字系统的设计方法可分为两大类，即自下而上的设计方法和自上而下的设计方法。 自下而上的设计方法是一种经验法。设计者根据自己的经验将规模大、功能复杂的数字 系统按逻辑功能划分成若干模块，再划分成若干子模块，如此分割下去，一直分到这些 子模块可以用经典的方法和标准的逻辑功能部件进行设计，最后将整个系统进行安装、 调试，达到设计要求。 现在大量生产和广泛使用的逻辑功能部件很多，如数据选择器、译码器、计数器、 寄存器等，因此对于一些规模不大、功能不太复杂的数字系统，可以直接选用中、大规 模集成器件，采用经验法进行设计。这种方法具有设计过程简单、电路调试方便等优点， 目前仍被设计者使用。经验法不是盲目的，通常按下列具体步骤进行。 1）分析系统设计要求，确定系统总体方案 设计题目通常是比较简单的文字叙述，没有细节说明，设计者必须对题目消化、理 解，逐步明确并抽象出系统要完成的逻辑功能。 2）划分逻辑单元，确定初始结构，建立总体逻辑图 逻辑单元的划分可以采用由粗到细的方法，先将系统分为处理单元和控制单元，再 按处理任务或控制功能逐一划分。 3）选择逻辑功能部件，构成电路 将划分的逻辑单元进一步分解成若干相对独立的模块， 以便直接选用标准 SSI、 MSI、 LSI 器件实现。
计算机控制系统复习资料(精简版 列出重点知识点)
第一章概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。
1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。
2.计算机系统主要包括：．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机；．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件；．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。
3.计算机控制系统的控制过程可以归结为：．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入；．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令；．实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。
4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制（DDC）3)监督控制（SCC）4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制（PID）3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分：CPU，存储器（RAM，ROM，EPROM，FLASH-ROM，EEPROM以及磁盘等），时钟，中断，译码，总线驱动等。
输入输出接口部分：各种信号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通讯等。
计算机控制技术PPT 第3章
3. 综合指标
在现代控制理论中，如最优控制系统的没计时，经常使用综
合性能指标来衡量一个控制系统。选择性能指标时．既要考虑
到能对系统的性能做出正确的评价，又要考虑到数学上容易处
理，以及工程上便于实现。因此，选择性能指标时，通常需要
做一定的试探和比较。综合性能指标通常有3种类型。
1）积分型指标：
（1）误差平方的积分：
3.5 线性离散时间系统的能控性与能观测性
线性定常离散时间系统的能控性定义及判据 线性定常离散时间系统的能观测性定义及判据
3.6 应用MATLAB进行离散系统分析
3.1 计算机控制系统概述
计算机控制系统(Computer Control System)是应用计算机 参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得 一定控制目的而构成的系统。
为n，Qc为由系数矩阵A和B按一定规则组成的分块矩阵，
表达式是：
n为系统的维数。 判别线性定常系统能控性的判据还有 其他的形式。对于线性时变系统，判别能控性的条件要复 杂一些，而且系统是否能控，常常还依赖于初始时刻的选 取。对于完全能控的线性定常系统，通过特别选定的坐标 变换，可以将其状态方程化成标准的形式，称为能控规范 形。
3.3 控制系统的性能指标描述
对于一个控制系统来说，人们总是要求它能根据实际 的被控对象，在给定信号的作用下达到稳定、快速和准确 的性能指标。对于计算机控制系统，计算机相当于人的大 脑，因此有更多的功能可以实现，系统就能实现最佳的性 能指标。本章描述了控制系统的基本性能指标，以及这些 性能指标与系统的固有参数和设计参数的关系，从而为分 析和设计控制系统提供了依据。
计算机控制技术 --控制组件分布和集成
2008.6
控制装置与仪表
四、连续生产过程控制的数字控制装置
1.数字调节器
按控制回路数分：
1) 单回路调节器 2) 多回路调节器
按控制规律分：
1) PID调节器；
2) PID参数自整定调节器；
3) 自适应调节器； 4) 模糊控制器；
5) 智能调节器等。
第一节 控制装置与仪表的分类
2.工业控制计算机 (1)工业控制计算机的构成 (2)工业控制计算机的特点 (3)高性能特点的PC/104总线工控机 (4)PC_Based控制 3.分散控制系统
三、现场总线通信
1.传统DCS与FCS的区别（图1-4-5和图1-4-6） 2.完整控制回路中信号的传送过程（图1-4-7） 3.现场总线控制系统的工作原理（图1-4-8）
图1-4-5 传统DCS接线方式
图1-4-6 FCS接线方式
图1-4-7 使用FCS仪表功能块构成控制回路示意图
图1-4-8 使用FCS控制仪表的模块及层次示意图
四、电压信号的辅助作用 五、活零点的含义 六、四线制与二线制
1.四线制（图2-2-1） 2.二线制（图2-2-2）
七、数字控制装置与仪表信号的标准化
图2-2-1 四线制传输
图2-2-2 二线制传输
第三节 控制装置与仪表的干扰及抑制
一、干扰的来源与形式
1.干扰的来源 (1)经过漏电电阻耦合 (2)经过公共阻抗耦合 (3)电场耦合（图2-3-1） (4)磁场耦合（图2-3-2） 2.干扰的形式 (1)串模干扰（图2-3-3） (2)共模干扰（图2-3-4）
图1-3-1 应用电流信号时，仪表之间的连接
第三节 模拟信号制及供电方式
这种串联有以下缺点： 1)一台仪表损坏或需增减接收仪表时，将影响其他仪表工作。 2)由于串联工作，所以调节器、变送器等的输出端均处于高电位工 作，输出功率管易损坏，降低了仪表的可靠性。 3)几台仪表串联工作时，由于每两台仪表相接的端子电位相同，因 此在串联时需检查每台仪表的电路电位是否正确，这就对设计者和 使用者在技术上提出了较。 3.直流电压信号（图1-3-2） 4.信号上下限大小的比较
机床数控技术 第五版 第一章 数控技术概论
2.闭环数控机床
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
3.半闭环数控机床
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
1.3 数控机床的分类
1.3.4 按功能水平分类
按数控系统功能水平的不同 , 数控机床可分为低 、 中 、 高三档 , 这种 分类方式在我国被广泛使用 。 低 、 中 、 高档的界线是相对的 , 不同时期的 划分标准有所不同 。 就目前的发展水平来看 , 可以根据表 1-2 所列举的功能 指标进行数控系统档次的区分 。 其中 , 中 、 高档一般称为全功能型数控或 标准型数控 。 在我国还有经济型数控的提法 , 经济型数控属于低档数控 ,是 由单片机和步进电动机组成的简易数控系统 , 或者是其他功能简单 、 价格较 低廉的数控系统 。 经济型数控系统主要用于车床 、 线切割机床以及由用户 自行改造的旧机床等 。
数控机床是指装备了计算机数控系统的机床 , 简称 CNC 机床 。
第1章 数控技术概论
1.2 数控机床的组成
3.数控技术(Numerical Control Technology)
数控技术是指用数字化信息对某一对象进行控制的技术 , 被控制对象可以是位移 、 转角 、 速度等机械量 , 也可以是温度 、 压力 、 流量 、 颜色等物理量 , 这些量的量值不仅可以测量 ,而 且可以经 A/D 或 D/A 转换 , 用数字信号来表达或控制 。 数控技术是近代发展起来的一种自动控 制技术 , 是机械加工现代化的重要基础与关键技术 。
早期的计算机运算速度低 , 不能适应数控机床实时控制的要求 , 人们只好 用与门 、 或门 、非门等数字逻辑电路 “ 搭 ” 成一台专用计算机作为数控系 统 , 这就是硬件连接数控 , 简称数控(NC)。 随着电子元器件的发展 , 硬件连接 数控阶段经历了三代 :
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
3.半闭环数控机床
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
1.3 数控机床的分类
1.3.4 按功能水平分类
按数控系统功能水平的不同 , 数控机床可分为低 、 中 、 高三档 , 这种 分类方式在我国被广泛使用 。 低 、 中 、 高档的界线是相对的 , 不同时期的 划分标准有所不同 。 就目前的发展水平来看 , 可以根据表 1-2 所列举的功能 指标进行数控系统档次的区分 。 其中 , 中 、 高档一般称为全功能型数控或 标准型数控 。 在我国还有经济型数控的提法 , 经济型数控属于低档数控 ,是 由单片机和步进电动机组成的简易数控系统 , 或者是其他功能简单 、 价格较 低廉的数控系统 。 经济型数控系统主要用于车床 、 线切割机床以及由用户 自行改造的旧机床等 。
数控机床是指装备了计算机数控系统的机床 , 简称 CNC 机床 。
第1章 数控技术概论
1.2 数控机床的组成
3.数控技术(Numerical Control Technology)
数控技术是指用数字化信息对某一对象进行控制的技术 , 被控制对象可以是位移 、 转角 、 速度等机械量 , 也可以是温度 、 压力 、 流量 、 颜色等物理量 , 这些量的量值不仅可以测量 ,而 且可以经 A/D 或 D/A 转换 , 用数字信号来表达或控制 。 数控技术是近代发展起来的一种自动控 制技术 , 是机械加工现代化的重要基础与关键技术 。
早期的计算机运算速度低 , 不能适应数控机床实时控制的要求 , 人们只好 用与门 、 或门 、非门等数字逻辑电路 “ 搭 ” 成一台专用计算机作为数控系 统 , 这就是硬件连接数控 , 简称数控(NC)。 随着电子元器件的发展 , 硬件连接 数控阶段经历了三代 :
计算机控制系统介绍
25
• 多级控制系统（MCS）
在现代生产企业中，不仅需要解决生产过程的在线控 制问题，而且还要求解决生产管理问题，每日生产品种、 数量的计划调度以及月季计划安排，制定长远规划、预 报销售前景等，于是出现了多级控制系统。 DDC级主要用于直接控制生产过程，进行PID或前馈 等控制；SCC级主要用于进行最佳控制或自适应控制或 自学习控制计算，并指挥DDC级控制同时向MIS（管理 信息系统）级汇报情况。DDC级通常用微型计算机， SCC和MIS级一般用小型计算机或高档微型计算机。
计算机控制系统
课程安排：
学习方式：课堂学习、课堂讨论、课程实验； 学习内容：课堂知识（课件，网络学堂下载）、
文献调研、习题、实验；
课后习题要求：每章课程学习完成后的下一周，
提交该章的习题作业，要求作业采用手写纸稿；
考试形式：考查，包括参加课堂学习和讨论、课
程实验，提交实验报告。
2
参考书籍
27
DCS在热电厂的应用
电厂管理计算机
厂级
1号机组计算机
2号机组计算机
3号机组计算机
单元 机组级
锅炉 控制
汽轮机 控制
局部 控制
程序 控制
制粉 控制
水处理 功能群 控级 控制
驱动器、 控制器群
执行级
被控过程
28
• 现场总线网络控制系统（FCS, fieldbus control system）
FCS为新型网络集成式全分布控制系统，它 将操作站、现场智能仪表以及其它信息资源作为网 络中的节点，将原来封闭、专用的系统变成开放、 标准的系统，从过程控制走向了过程管理。现场总 线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向 传输、多分支结构的通信网络。 现场总线系统具有以下技术特点：①系统开 放；②标准统一，互可操作性与可用性；③全数 字，现场设备的智能化与功能自治性；④系统结 构的高度分散；⑤对现场环境的适应性。
• 多级控制系统（MCS）
在现代生产企业中，不仅需要解决生产过程的在线控 制问题，而且还要求解决生产管理问题，每日生产品种、 数量的计划调度以及月季计划安排，制定长远规划、预 报销售前景等，于是出现了多级控制系统。 DDC级主要用于直接控制生产过程，进行PID或前馈 等控制；SCC级主要用于进行最佳控制或自适应控制或 自学习控制计算，并指挥DDC级控制同时向MIS（管理 信息系统）级汇报情况。DDC级通常用微型计算机， SCC和MIS级一般用小型计算机或高档微型计算机。
计算机控制系统
课程安排：
学习方式：课堂学习、课堂讨论、课程实验； 学习内容：课堂知识（课件，网络学堂下载）、
文献调研、习题、实验；
课后习题要求：每章课程学习完成后的下一周，
提交该章的习题作业，要求作业采用手写纸稿；
考试形式：考查，包括参加课堂学习和讨论、课
程实验，提交实验报告。
2
参考书籍
27
DCS在热电厂的应用
电厂管理计算机
厂级
1号机组计算机
2号机组计算机
3号机组计算机
单元 机组级
锅炉 控制
汽轮机 控制
局部 控制
程序 控制
制粉 控制
水处理 功能群 控级 控制
驱动器、 控制器群
执行级
被控过程
28
• 现场总线网络控制系统（FCS, fieldbus control system）
FCS为新型网络集成式全分布控制系统，它 将操作站、现场智能仪表以及其它信息资源作为网 络中的节点，将原来封闭、专用的系统变成开放、 标准的系统，从过程控制走向了过程管理。现场总 线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向 传输、多分支结构的通信网络。 现场总线系统具有以下技术特点：①系统开 放；②标准统一，互可操作性与可用性；③全数 字，现场设备的智能化与功能自治性；④系统结 构的高度分散；⑤对现场环境的适应性。
自动化学科概论
自动化学科概论
自动化学科概论 第3章 自动化的基本原理
3.1 自动化、自动控制系统与自动控制理论 3.2 被控对象及其数学模型的建立 3.3 自动控制基本原理 3.4 数字控制及计算机控制系统 3.5 自动化基本设备 3.6 小结
第3章 自动化的基本原理
3.1自动化、自动控制系统与自动控制理论
自动化作为一种行为和一种状态，它是通过自 动控制系统实现的。
非线性控制系统的分析方面 相平面法 描述函数法
在非线性系统的综合方面 基于几何方法的反馈线性化方法 基于微分代数的代数方法
各种智能控制方法
第3章 自动化的基本原理
3.4 数字控制及计算机控制系统
3.4.1 从模拟量到数字量 3.4.2 计算机控制 3.4.3 基于网络技术的计算机控制
3.4.1 从模拟量到数字量
3.2.1 被控对象的类型
工程技术领域的被控对象不同的分类法
（1）按被控对象的特性可分为线性和非线性 （2）按被控对象结构参数可分为定常和时变 （3）按系统传输信号的性质可分为连续系统和 离散系统 （4）按系统期望输出信号的变化规律还可分为 恒值控制系统和随动控制系统
3.2.2 建立被控对象数学模型 的基本方法
3.5.1 信息获取——传感器
传感器的任务 检测系统内部或外部的物理参数，以获取
相应的信息
待测量的物理量
电压、电流等电量
温度、流量、物位、成分等非电量
传感器种类繁多
按被测参量 温度传感器、流量传感器、位移传感器、 速度传感器、荷重传感器等
按信号转换机理 电阻式、电容式、电感式、压电式、霍 尔式
按输出信号形式 模拟式传感器、数字式传感器
3. 位置随动系统
3.3.4 基本控制规则
自动化学科概论 第3章 自动化的基本原理
3.1 自动化、自动控制系统与自动控制理论 3.2 被控对象及其数学模型的建立 3.3 自动控制基本原理 3.4 数字控制及计算机控制系统 3.5 自动化基本设备 3.6 小结
第3章 自动化的基本原理
3.1自动化、自动控制系统与自动控制理论
自动化作为一种行为和一种状态，它是通过自 动控制系统实现的。
非线性控制系统的分析方面 相平面法 描述函数法
在非线性系统的综合方面 基于几何方法的反馈线性化方法 基于微分代数的代数方法
各种智能控制方法
第3章 自动化的基本原理
3.4 数字控制及计算机控制系统
3.4.1 从模拟量到数字量 3.4.2 计算机控制 3.4.3 基于网络技术的计算机控制
3.4.1 从模拟量到数字量
3.2.1 被控对象的类型
工程技术领域的被控对象不同的分类法
（1）按被控对象的特性可分为线性和非线性 （2）按被控对象结构参数可分为定常和时变 （3）按系统传输信号的性质可分为连续系统和 离散系统 （4）按系统期望输出信号的变化规律还可分为 恒值控制系统和随动控制系统
3.2.2 建立被控对象数学模型 的基本方法
3.5.1 信息获取——传感器
传感器的任务 检测系统内部或外部的物理参数，以获取
相应的信息
待测量的物理量
电压、电流等电量
温度、流量、物位、成分等非电量
传感器种类繁多
按被测参量 温度传感器、流量传感器、位移传感器、 速度传感器、荷重传感器等
按信号转换机理 电阻式、电容式、电感式、压电式、霍 尔式
按输出信号形式 模拟式传感器、数字式传感器
3. 位置随动系统
3.3.4 基本控制规则
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由于采用了步进电机作为驱动元件，使得系统的可控性变得 更加灵活，更易于实现各种插补运算和运动轨迹控制。本章主 要是讨论开环数字程序控制技术。
2. 闭环数字控制 这种结构的执行机构多采用直流电机（小惯量伺服电机和宽
调速力矩电机）作为驱动元件，反馈测量元件采用光电编码器 （码盘）、光栅、感应同步器等，该控制方式主要用于大型精 密加工机床，但其结构复杂，难于调整和维护，一些常规的数 控系统很少采用。
2. 直线控制 这种控制也主要是控制行程的终点坐标值，不过还要求刀
具相对于工件平行某一直角坐标轴作直线运动，且在运动过 程中进行切削加工。
3. 轮廓控制 这类控制的特点是能够控制刀具沿工件轮廓曲线不断地运
动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。 这种方式是借助于插补器进行的，插补器根据加工的工件
轮廓向每一坐标轴分配速度指令，以获得图纸坐标点之间的 中间点。
第3章 数字控制技术
数字控制就是利用数字化信号对机床运动及其加工过程进行 自动控制。
数字程序控制主要应用于机床控制，采用数字程序控制系统 的机床叫做数控机床。
数控技术和数控机床是实现柔性制造（FM）和计算机集成 制造（CIM）的最重要的基础技术之一。
3.1 数字控制基础 3.2 逐点比较法插补原理 3.3 多轴步进驱动控制技术 3.4 多轴伺服驱动控制技术
（3）脉冲个数：线段在x轴
和y轴的投影长度。
（6，4）
3.1.3 数字控制方式
1. 点位控制 只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确
定位，至于刀具从一个加工点移到下一个加工点走什么路径、 移动的速度、沿哪个方向趋近都无需规定，并且在移动过程 中不做任何加工，只是在准确到达指定位置后才开始加工。
3.1.4 数字控制系统
1.开环数字控制 2.闭环数字控制
1. 开环数字控制
这种控制结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。 步进电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的旋转， 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，那是不受任何检查的，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。
3.中间点的输出控制问题
插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号形式去控制 x、y方向上的步进电机。
（1）脉冲：每一个脉冲信号代表步进电机走一步；代表的是 加工过程中最小的加工单位，就是步长。
（2）步长：对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量， 又称为步长，常用Δx和Δy来表示，并且总是取Δx＝Δy。
统，有很强的运动控制能力和运动轨迹控制能力，有开 放的数据库）构成。 可靠性高、性能好、开发周期短。 3. 网络化数控系统 数控机床具有联网通讯功能
3.2 逐点比较法插补原理
所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给 定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方， 或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。如 果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如 果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走。
3.1.5 数控系统的分类
1. 传统数控系统NC 由专用硬件来完成。 2. 开放式数控系统
（1）PC IN NC 结构式数控系统 既具有原数控系统工作的特点，同时它的界面又比原来的
数控系统开放，大大提高了人机界面的功能。 （2）NC IN PC 结构式数控系统 由PC机和开放式的运动控制卡（可以单独使用的数控系
逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的，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 达到加工精度的要求。
3.2.1 逐点比较法直线插补
1．第一象限内的直线插补
（1）偏差计算公式 ：偏差计算是逐点比较法关键的一步。
3.1.2 数字程序控制的基本原理
如何用计算机在绘图仪或数控加工机床上重现平面图形？ 1.曲线分割 直线ab、直线bc、弧cd，确定a、b、c、d各 点坐标x和y值。 y
d 2.插补计算：确定各 坐标值之间的中间值。
c
b x
插补计算的宗旨是通过给定的基点坐标，以一定的速度连 续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度 逼近给定的线段。
计算机集成制造 系统(CIMS)、
无人化工厂
多过程、多任 复合设计 务调度、模板
加工 化和复合化、 数字智能化
直线驱动
数控系统一般有数控装置、驱动装置和检测装置等。 数控装置由输入装置,输出装置,控制器和插补器等四大部 分组成。其中,控制器和插补器功能以及部分输入输出功能由 计算机承担。数控装置能接收零件图样加工要求的信息，进 行插补运算，适时地向各坐标轴发出速度控制指令。 驱动装置能快速响应数控装置发出的指令，驱动机床的各 坐标轴运动，同时提供足够的功率和扭矩。 检测装置将坐标的实际值检测出来，反馈给数控装置的调 节电路中的比较器。
从理论上讲，插补的形式可用任意函数形式，但为了简化插 补运算过程和加快插补速度，常用的是直线插补和二次曲线插 补两种形式。
所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线 来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近似于一条直 线，并不是真正的直线。
所谓二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近 似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲线 的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲线等。
3.1 数字控制基础
所谓数字控制，就是生产机械(如各种加工机床)根据计算机 输出的数字信号按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运 动速度等规律自动地完成工作的控制方式。
3.1.1 数控技术发展概况特征阶段 年代典型应用
工艺方法 数控功能 驱动特点
研究开发
推广应用
系统化 高性能 集成化
1952 ～
l969 l970
～ l985
l982
l990 至今
数控车床、铣床 钻床
简单工艺
NC控制
3轴以下步 进、液压
电机
加工中心、电加 工、锻压
CNC控制、
多种工艺 刀具自动交换、 直流伺服
方法 五轴联动、较
电机
好的人机界面
柔性制造单元 (FMU) 、柔性制
造系统(FMS)
复合设计 加工
友好的 人机界面
交流伺服 电机
2. 闭环数字控制 这种结构的执行机构多采用直流电机（小惯量伺服电机和宽
调速力矩电机）作为驱动元件，反馈测量元件采用光电编码器 （码盘）、光栅、感应同步器等，该控制方式主要用于大型精 密加工机床，但其结构复杂，难于调整和维护，一些常规的数 控系统很少采用。
2. 直线控制 这种控制也主要是控制行程的终点坐标值，不过还要求刀
具相对于工件平行某一直角坐标轴作直线运动，且在运动过 程中进行切削加工。
3. 轮廓控制 这类控制的特点是能够控制刀具沿工件轮廓曲线不断地运
动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。 这种方式是借助于插补器进行的，插补器根据加工的工件
轮廓向每一坐标轴分配速度指令，以获得图纸坐标点之间的 中间点。
第3章 数字控制技术
数字控制就是利用数字化信号对机床运动及其加工过程进行 自动控制。
数字程序控制主要应用于机床控制，采用数字程序控制系统 的机床叫做数控机床。
数控技术和数控机床是实现柔性制造（FM）和计算机集成 制造（CIM）的最重要的基础技术之一。
3.1 数字控制基础 3.2 逐点比较法插补原理 3.3 多轴步进驱动控制技术 3.4 多轴伺服驱动控制技术
（3）脉冲个数：线段在x轴
和y轴的投影长度。
（6，4）
3.1.3 数字控制方式
1. 点位控制 只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确
定位，至于刀具从一个加工点移到下一个加工点走什么路径、 移动的速度、沿哪个方向趋近都无需规定，并且在移动过程 中不做任何加工，只是在准确到达指定位置后才开始加工。
3.1.4 数字控制系统
1.开环数字控制 2.闭环数字控制
1. 开环数字控制
这种控制结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。 步进电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的旋转， 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，那是不受任何检查的，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。
3.中间点的输出控制问题
插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号形式去控制 x、y方向上的步进电机。
（1）脉冲：每一个脉冲信号代表步进电机走一步；代表的是 加工过程中最小的加工单位，就是步长。
（2）步长：对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量， 又称为步长，常用Δx和Δy来表示，并且总是取Δx＝Δy。
统，有很强的运动控制能力和运动轨迹控制能力，有开 放的数据库）构成。 可靠性高、性能好、开发周期短。 3. 网络化数控系统 数控机床具有联网通讯功能
3.2 逐点比较法插补原理
所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给 定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方， 或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。如 果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如 果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走。
3.1.5 数控系统的分类
1. 传统数控系统NC 由专用硬件来完成。 2. 开放式数控系统
（1）PC IN NC 结构式数控系统 既具有原数控系统工作的特点，同时它的界面又比原来的
数控系统开放，大大提高了人机界面的功能。 （2）NC IN PC 结构式数控系统 由PC机和开放式的运动控制卡（可以单独使用的数控系
逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的，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 达到加工精度的要求。
3.2.1 逐点比较法直线插补
1．第一象限内的直线插补
（1）偏差计算公式 ：偏差计算是逐点比较法关键的一步。
3.1.2 数字程序控制的基本原理
如何用计算机在绘图仪或数控加工机床上重现平面图形？ 1.曲线分割 直线ab、直线bc、弧cd，确定a、b、c、d各 点坐标x和y值。 y
d 2.插补计算：确定各 坐标值之间的中间值。
c
b x
插补计算的宗旨是通过给定的基点坐标，以一定的速度连 续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度 逼近给定的线段。
计算机集成制造 系统(CIMS)、
无人化工厂
多过程、多任 复合设计 务调度、模板
加工 化和复合化、 数字智能化
直线驱动
数控系统一般有数控装置、驱动装置和检测装置等。 数控装置由输入装置,输出装置,控制器和插补器等四大部 分组成。其中,控制器和插补器功能以及部分输入输出功能由 计算机承担。数控装置能接收零件图样加工要求的信息，进 行插补运算，适时地向各坐标轴发出速度控制指令。 驱动装置能快速响应数控装置发出的指令，驱动机床的各 坐标轴运动，同时提供足够的功率和扭矩。 检测装置将坐标的实际值检测出来，反馈给数控装置的调 节电路中的比较器。
从理论上讲，插补的形式可用任意函数形式，但为了简化插 补运算过程和加快插补速度，常用的是直线插补和二次曲线插 补两种形式。
所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线 来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近似于一条直 线，并不是真正的直线。
所谓二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近 似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲线 的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲线等。
3.1 数字控制基础
所谓数字控制，就是生产机械(如各种加工机床)根据计算机 输出的数字信号按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运 动速度等规律自动地完成工作的控制方式。
3.1.1 数控技术发展概况特征阶段 年代典型应用
工艺方法 数控功能 驱动特点
研究开发
推广应用
系统化 高性能 集成化
1952 ～
l969 l970
～ l985
l982
l990 至今
数控车床、铣床 钻床
简单工艺
NC控制
3轴以下步 进、液压
电机
加工中心、电加 工、锻压
CNC控制、
多种工艺 刀具自动交换、 直流伺服
方法 五轴联动、较
电机
好的人机界面
柔性制造单元 (FMU) 、柔性制
造系统(FMS)
复合设计 加工
友好的 人机界面
交流伺服 电机