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高效能动态处理过程用的数字控制系统的制作方法.docx


文档分类:汽车/机械/制造 | 页数:约11页 举报非法文档有奖
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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。高效能动态处理过程用的数字控制系统的制作方法专利名称:高效能动态处理过程用的数字控制系统的制作方法本发明涉及一种具有输出轨线元素(L、X、Y、Z、C)用的粗插补器、供高效能动处理态过程用的数字控制系统。()著的《生产设备的数字控制》(RechnersteurungvonFertigungseinrichtungen)一书(ISW4,Springer出版社,柏林,海得堡,纽约,1972年版)第113~123页,举例说,可以了解到这种高效能动态处理过程用的数字控制系统的情况。在该公知的计算机控制系统中,其下游侧连接有精插补器的粗插补器在预定的时间范围内起作用。粗插补过程采用这种固定时间范围产生了这样一个缺点,即在略为弯曲的轮廓的情况下,节点间距会选得不够大,从而使粗插补器产生不必要的数据溢流,而且给节点的计算增加了不必要的负担。此外这种控制系统如果用以控制电火花腐蚀机的轨线,粗插补器采用固定时间范围的另一个缺点就变得突出起来了。在固定时间范围内加工时,终端轨线元素延伸到轨线轮廓的轨线终点,而终端轨线元素的长度通常与上一个轨线元素大不相同,因此轨线轮廓终点要来一个快速跳变。与此现有技术比较,本发明的课题是进一步发展上述那种数字控制系统,使得尽管粗插补器粗插补得出的轨线元素速率高,粗插补器待处理的数据量却减少。()著的《轨线数字控制中的插补过程》(InterpolationinnumerishenBahnsteuerungen)一书(ISW24,Springer出版社,柏林,1979版)第113~114页公开了一种按“脉冲速率相乘”法工作的线性精插器。但这种精插补器不可向后插补。在本说明书开端所述的数字控制系统的情况下,该课题是这样解决的粗插补器按与时间无关的方式且作为轨线轮廓几何条件的函数进行粗插补,使得甲)轨线元素(L、X、Y、Z、C)的计算是从一组预定的矢量长度,从最大矢量长度开始的;乙)可以确定这些轨线元素(L、X、Y、Z、C)的轨线误差(E),并将其与最大轨线误差值比较;丙)若轨线误差(E)不超过最大轨线误差,则粗插补器(1)输出轨线元素(L、X、Y、Z、C);丁)不然的话,粗插补器(1)再次根据次一个较小的矢量长度从预定的矢量长度计算轨线元素(L、X、Y、Z、C),然后返回到步骤乙)。本发明的粗插补器完全排除了现有技术认为必要的时间范围制,代之而来的是产生作为轨线轮廓函数的轨线元素或插补点。通过与几何条件有关的数据计算,大大减轻了粗插补器的负担。由于检查了轨线的瞬时节点与终点坐标或轨线最终节点之间的质量差〔具体的作法是戊)粗插补器(1)在计算轨线元件(L、X、Y、Z、C)之后确定至轨线轮廓终点的距离;己)在距离已变为零的情况下,粗插补器(1)结束粗插补操作;庚)不然的话,粗插补器(1)返回到步骤甲)〕,消除了舍入误差和计算剩余值。预定的矢量长度最好以这样的方式用模拟法确定,使得通过两预定矢量长度的组合,各长度值可由1和最大值127之间的值组成。下面就一些非限制性实施例和附图更详细介绍本发明的内容。附图中图1是数字控制系统的方框图。图2是四轴线空间运动的示意图。图3是圆形粗插补的示意图。图4举例说明了圆形粗插补的轨线误差和轴向分量的计算方法。图5是线性粗插补的示意图。图6举例说明了线性粗插补的轨线误差和轴向分量的计算方法。从图1可以看到,控制系统的两个主要部件-粗插补器1和精插补器2。粗插补器1将几何条件简化成线性部分,并将所述简化过的几何条件连同另外一些控制信息一起传送到精插补器2。精插插补器2则能依次将有关系统状态、过程状态的信息或到达粗插补器1上的几何点加以回报。精插补器2装有中间存储器3,中间存储器3以顺序方式存储着来自粗插补器1的信息。该中间存储器3通常配备有随机存取存储器(RAM)。存储容量不难达到1兆字节,即一百万8位数据字。最小单元结构约为2千字节,且在长程序的情况下可在过程进行时和回报之后从粗插补器1重新异步装入。当然,该过程也可以逐块地向前和向后进行,使其始终有可能插补回到起始点。精插补器2也装有自动控制系统4。自动控制系统4基本上是顺序控制。后者由各种不同的控制信号启动,且作为状态信号的函数履行若干编程了的控制顺序中的一个顺序。由于后者的原因,精插补器从粗插补器1接收一个字节,将其存储在中间存储器3的地址中,使该地址增加1,并向粗插补器确认接收到了字节。当伺服轨线系时钟信号T需要增加一新的轨线时,向前或向后插补控制顺序就作为伺服方向信号R的函数被起动起来了。顺序速率会高到这样的程度,以致伺服轨线系时钟信号T之后几微秒或甚至更早的时间,轴向输出RX、TX、RY、TY、RZ、TZ、RC、TC就具有合适的轨线增量。在两轨线增量之间也可能输出过程参数S、K。它们可在几何图形的这一点上存储在中间存储器3中,或可由粗插补器1作为直接的人工操作的指令加以输出,进而触发相应的控制顺序。过程参数S、K包括地址S和K值,地址S说明待加以改变的是系统或过程的哪一项参数,K值则对应于所述参数的新调定值。这样,无需大量配线费用就有可能通过一个总线和在各情况下一个地址解码器(此地址解码器在一致的情况下在寄存器中取K值)控制所有的参数。图2是四轴线控制的锥形扩孔腐蚀机的一个例子,图中以三维的形式显示了粗插补器1所输出的轨线元素L、X、Y、Z、C。长度为L的矢量以线性的形式将空间的P1点与空间的P2点连接起来,且如后面即将谈到的,与所希望的轨线的偏差始终不会大于容许的轨线误差E。此矢量长度L以后就作为累加诸伺服轨线系时钟信号的基准,从而保证系统矢量的真实速率。笛卡儿轴向分量X、Y和Z以及绕Z轴线转动C的分量也被转移到精插补器中,接着确定可编程分频器5中的分频比例。过程不同,轴线的数目和性质会有很大的差别。因此,电火花腐蚀金属丝切割机除具有三个主轴线X、Y、Z外,还具有锥形轴线U和V。此外,现代的激光切割机至少有五个轴线,以便能够以最佳方式将激光束定向到预成形的金属板部件上。价钱不贵的现代个人电子计算机,只要不需用角函数(例如,正弦、余弦或正切),都能快速精确地进行数学浮点运算。但此外还有数字信号处理机和单片浮点处理机也能满足所有基本运算计算速率的要求。例如,在100毫微秒中,新型的芯片可进行32位浮点加法或乘法运算。在双倍精度(11位指数,52位尾数)的情况下,浮点处理机能在不到8微秒的时间中进行所有基本运算和求平方根,而举例说,正切函数则需要30微秒。鉴于许多处理机的指令系统中也没有角函数,因此不需用这些函数的粗插补器是大有好处的。图3和图4举例说明了不用角函数进行的粗插补的原理。这里是想把一个圆形零件逆时针方向移动。有关资料可根据例如,ISO(国际标准化组织)代码中的DIN(德国工业标准)66025获取,G03的意思是在逆时针方向上的图形插补,X′、Y′为起点坐标XS、YS与终点坐标XE、YE之间的差分质量。I′和J′则为起点坐标XS、YS与圆M的中心之间的差分质量。角ε是X轴线与圆M中心-起点坐标XS、YS联线之间的夹角。角α则为所述联线与圆M中心至矢量L1上的垂线之间的夹角。为使精插补器2只须进行线性插补且只产生最低限度的数据量,需要找一个折线路径L1……L4,这个折线路径相对于理论圆的最大容许值的偏差决不能大于一个误差值E。此容许误差可以为,例如,1微米,或例如对精确度没有什么要求的断裂部分,则可以大得多。为便于理解起见,以后都不采用矢量表示法。(r)r=I′·I′+J′·J′]]>(图4中的)α角,可以确定某一给定误差E的最大弦长LL1=2·r·r-(r-E)·(r-E)]]>(后面即将谈到),有可能选择矢量长度L下一个更小的整数值。由于矢量L1……L3都等长,因而对每组几何条件只需进行一次上述计算。°,因而可以证明,L1和Y1之间的夹角相当于α+ε的和。因此X1=L*1sin(α+ε),Y1=Lcos*(α+ε)。经过角度变换之后,sin(α+ε)=sinε*cosα+cosε*sinα,cos(α+ε)=cosε*cosα+sinε*sinα。从图4可知sinα=L1/(2*r),cosα=1-E/rsinε=J′/r,cosε=I′/R这样就可以不用角函数而按下法求出所寻求的轴向分量X和YX1=L1〔J′/r*(1-E/r)+I′/r*L1/(2*r)〕Y1=L1〔I′/r*(1-E/r)-J′/r*L1/(2*r)〕于是只有J′和I′是变量,每组几何条件的其余部分都是常数,且只需计算一次,因此X1=J′*K1+I′*K2K=L*1(1-E/r)/rY1=I′*K1=J′*K2K=L*1L1/(2*r*r),并将结果四舍五入成整数。将新的舍入误差存储起来。、X1、Y1输出到精插补器2。-轴=X′-X1Y-轴=Y′Y1并求出新的圆心质量I′1=I′-X1J′1=J′-,直到可用根据一览表可容许的最后矢量长度L求出终点坐标XE、YE为止。在图3中,该最后矢量为,例如,L4。因为矢量L4至多只能与L1等长。若可容许矢量长度L一览表不容许直接跳变,则可用两个或多个轨线元素L、X和Y形成矢量L4。用此终点矢量L可以补偿各种误差,例如,最后一个舍入误差、所使用的处理机的有限计算精确度以及ISO代码对终点坐标XE、YE经常令人感到麻烦的超定作用。图5和图6显示了线性粗插补的计算方法。在ISO代码中,GO1表示线性插补。这里X′和Y′也是起点坐标XS、YS与终点坐标XE、YE之间的差分质量。线性插补是几何条件群往往只和一个轴线有关的特殊情况。通过精插补器2有限的价(,第114页),适宜往轨线元素L、X、Y、Z、C加一个乘法因数N,该乘法因数N确定在精插补器2中应使用轨线元素L、X、Y、Z、C的次数,这样做可以进一步大量减少数据量。假设需要在X方向上只以10毫米/分的速率和1微米的轨线增量插补127,000毫米,在原则上20毫秒的固定时间范围内,传统的粗插补器会产生38,100轨线元素L、X、Y、Z、C的数据溢流,但采用上述提到的原理时,若精插补器是7位式的,则可用单个轨线元素组N*L、X、Y、Z、C加以处理。在多轴向运动和可容许的轨线误差E小的情况下,无可否认,增量会比上述实例的小,但由于数据量只与几何条件有关,因而计算机的输入总是小得多。图5中,理论上所要求的线性轨线命名为1,1与X′之间的夹角为倾斜角α。于是tanα=Y′/X′,cosα=X′/1,sinα=Y′/1。图6显示如何可用,例如,两组轨线元素L1、X1、Y1和L2、X2、Y2完成理论轨线l,其中轨线误差E与理论轨线l成直角形成,这样,在L1为最大值的情况下,算法具有靠近终点坐标XE、YE的倾向。从开头只采用所存储的一览表所能容许的矢量长度L。这时可以计算轴向分量X1、Y1,并将其舍入成整数值,放入轨线系统内。我们可得出X1=L*1X′/l,Y1=L*1Y′/l。最后,需要搞清楚所产生的轨线误差E是小于或等于容许值,从而使E=(Y1-X*1Y′/X′)*Y′/l。若轨线误差(E)太大,则用下一个较小的容许矢量长度L重复整个计算,否则将第一轨线元素L1、X1和Y2输出到精插补器2中。现在计算新的与终点坐标XE、YE的质量差X-轴线=X′X1,Y-轴线=Y′-Y1,采用上述程序直至质量差变零为止。这时舍入误差和计算剩余值就自然消除掉。轴向分量X、Y、Z和C系由粗插补器1除以最佳化值,并加以舍入。对七位粗插补器2来说,此值等于矢量长度L除以128,。此常数128可通过试验或通过计算机模拟法确定。最佳值是这样的一个值,它产生的容许矢量长度L的数量最多,且在没有轴向分量X、Y、Z、C的情况下产生因舍入引起的最终误差。例如,若用粗插补器1计算X轴80个轨线元素,则精插补器2必须接着精确地将80个轨线元素输出到轴向输出端TX上。对上述实例来说,容许矢量长度总共有43个,于是得出下面待存储在粗插补器1中的一览表1至10不带间隙,接着是12、14、15、16、17、18、20、24、28、30、31、32、33、34、36、40、48、56、60、62、63、64、65、66、68、72、80、96、112、120、124、126、127。对这些值进行简短分析之后,可以看出,1和127之间的各矢量长度L可至多由2个部分矢量的最大值组成。(L、X、Y、Z、C)用的粗插补器、供高效能动态处理过程用的数字控制系统,其特征在于,粗插补器按与时间无关的方式且作为轨线轮廓几何条件的函数进行粗插补,使得甲)轨线元素(L、X、Y、Z、C)的计算是从一组预定的矢量长度,从最大矢量长度开始的;乙)可以确定这些轨线元素(L、X、Y、Z、C)的轨线误差(E),并将其与最大轨线误差值比值;丙)若轨线误差(E)不超过最大轨线误差,则粗插补器

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