可执行G代码的三轴运动控制器的研制运动伺服工业自动化控制247Word文档下载推荐.docx
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有JTAG和ISP接口。
4(工作可靠、安全:
工作电压范围宽,4.5,5.5V;
抗干扰能力强;
程序存储器具有多重密码保护锁功能。
AVR运动控制器原理图如图1所示:
图1AVR运动控制器硬件原理图
J6、J7、J8为三个运动轴的控制端口,每个端口上都有一组控制步进电机的脉冲和方向信号,运动轴的原点信号和前、后限位信号。
J4为8路数字输出信号端口,为提高系统的抗干扰能力,每一路信号都采用了光电隔离电路;
J5为8路数字输入信号端口,每一路信号不但采用了光电隔离电路,而且还加入了RC低通滤波器。
J3是按键端口及LCD端口。
J2是RS232通讯端口,J1是JTAG端口。
图2为该控制器应用于点胶机的面板图。
其上有一个4行20列文本显示屏,有25个按键。
图2点胶机控制面板
3、运动控制指令集
本运动控制器的指令集采用ISO数控代码,符合ISO-1056-1975E标准,该标准在数控程序编制中已被广泛使用,它通过G、M等指令代码,描述加工工艺过程和数控机床的运动特征[2]。
I/O控制、条件判断和循环控制等指令是根据数控代码的标准自定义的指令。
目前共有16条数控代码,在此基础上还可以继续扩充。
在编程中全部采用增量坐标系,即运动轨迹的终点坐标以其起点计量,坐标的单位为毫米。
程序可以在控制器面板上输入并编辑;
也可以在PC机上编写好后,通过RS232口下载至控制器。
1)准备功能G指令:
点定位指令G00
语法:
G00XLYmZn
其中XL可选。
表示X轴从当前位置移动L毫米。
Ym可选。
表示Y轴从当前位置移动m毫米。
Zn可选。
表示Z轴从当前位置移动n毫米。
说明:
该指令使所选电机以固定速度的移动,启、停过程有加减速控制。
直线插补指令G01
G01XLYmZnFs
其中Fs可选。
若不选Fs,则直线的速度和前面指令中设定的速度相同。
顺圆插补指令G02
G02XmYnRLFs
其中XmYn表示圆弧终点相对于起点的坐标(m,n)。
RL表示圆弧半径为L毫米。
也可以在X,Z和Y,Z坐标里画顺园。
格式为:
G02XmZnRLFs
G02YmZnRLFs
逆圆插补指令G03
G03XmYnRLFs
G03XmZnRLFs
G03YmZnRLFs
延时指令G04
G04Pt
其中Pt必需。
t为延时长度,单位为秒。
(Pause)
等待电机停止指令G05
G05XYZ
其中X、Y、Z可选。
表示等待X轴或Y轴或Z轴电机停止。
该指令让控制器不断查询电机的状态,等待指定的电机停止。
该指令
一般在G00、G10和G12之后,或G01、G02和G03之前使用。
设置该指令的目的是:
在G00、G10和G12指令执行的时候,控制器还可以
进行I/O控制。
加速指令G08
G08
该指令不能单独使用,只能写在G01、G02、G03代码的尾部,表示电
机开始运动时有加速过程。
减速指令G09
G09
机结束运动时有减速过程。
回原点指令G10
G10XYZ
其中X、Y、Z可选。
表示X轴,或Y轴,或Z轴回原点。
该指令使平台以固定速度的返回原点。
移至曲线起点指令G12
G12
该指令使平台以固定速度移至人工设定的曲线起点。
2)辅助功能M指令
程序结束指令M02
M02
该指令表示程序结束,控制器退出自动控制状态。
开外设指令M80
M80Un
其中Un必需。
n为外设编号。
(Unit)
关外设指令M81
M81Un
外设开跳转指令M95
M95UiDm
其中Ui必需。
Ui表示第i号输入设备。
Dm必需。
m为程序跳转目的指令序号。
(Destination)
该指令让控制器查询输入设备Ri的状态,若Ri为开,程序跳转至序号为Nm的指令处;
否则,控制器继续往下执行程序。
Dm的书写格式必须和目的指令序号的书写格式相同。
外设关跳转指令M96
M96UiDm
和M96类似,只是开改为关。
程序循环跳转指令M90
M90DmCnLx
其中Dm必需。
m为程序跳转目的指令的序号。
m的书写格式必须和目的指
令序号的书写格式相同。
Cn可选。
n为从序号为Nm的指令到M90前一条指令段的循环次数。
(Count)
Lx可选。
表示不同的循环跳转指令,x为0或1。
(Loop)
3)数控程序格式
一个完整的数控程序由若干行指令组成。
每行指令以N加序号开头;
一行指令结束必须回车换行。
一行只能写一个指令。
程序的最后一行指令一定要是M02。
指令序号大小不限,序号可以有间隔,如:
N010,N020,N030„,以便于修改程序时,程序中添加指令。
在PC机上编写程序时,程序中可以加注释。
注释以’符号开头。
既可以加在指令后也可以单独写一行;
程序中允许有空行。
但在控制器上不显示注释和空行。
4)程序示例
点胶机上,X、Y轴控制点胶针头的运动,Z轴控制点胶针头的上下;
电磁阀U1控制工装加紧、松开,电磁阀U2控制点胶针管加压的开关;
R1为“开始”按钮。
点胶曲线如下图3红线所示,灰线为起点定位的轨迹。
图3点胶轨迹曲线
程序代码如下:
N010M96R1D010等待“开始”按键按下
N020M80U1夹紧工装
N030G10XYZ回原点
N040G05XYZ等待X、Y、Z电机停止
N050G12移动至曲线起点
N060G05XY等待X,Y电机停止
N070G00Z10针头降下10mm
N080M80U2开始点胶
N090G04P0.2延时0.2秒
N100G01X0Y5F80G08NO.0直线插补,带加速
N110G01X10Y20NO.1直线插补,速度F=80mm/s
N120G02X30Y0R20NO.2圆弧插补,速度F=80mm/s
N130G01X10Y-20NO.3直线插补,速度F=80mm/s
N140G01X0Y-5G09NO.4直线插补,带减速
N150M81U2停止点胶
N160G00Z-10针头提起10mm
N170M81U1松开工装
N180M02程序结束
4、AVR运动控制器软件结构及算法
图4为AVR运动控制器软件结构图。
图4AVR运动控制器软件结构图
1)电机运动控制算法
电机的速度控制:
采用梯形速度曲线控制电机的加、减速,速度由查表法确定。
三维直线插补:
采用积分法进行直线插补,该算法在同一时刻,三个轴可以同时运动,所以,该算法运动较平稳,且误差小于半步。
[3]
二维圆弧插补:
采用单步跟踪法进行圆弧插补,该算法不需要乘法运算,只用加、减法就可完成圆弧插补运算,使圆弧插补运动速度和直线插补速度一样快。
实测AVR运动控制器,其控制步进电机运动的脉冲频率最小为2Hz,最大为13889Hz;
步进电机驱动器设为4细分,即电机的分辨率为800步/转时,可控制步进电机的最大转速为1040rpm。
2)LCD编辑功能
为在LCD上方便的编辑程序,软件可实现按键功能切换、滚动浏览、插入、删除等功能:
按键状态切换:
按[Shift]键,光标在“_”和“?
”之间切换。
光标在“_”状态:
输入数字、光标移动、删除(Del);
光标在“?
”状态:
输入字母、Space(空格)。
光标上下移动:
按[?
]、[?
]键,控制光标上下移动;
当光标在第一行或第四行时,可以控制屏幕向上或向下翻滚一行,以便于浏览。
光标左右移动:
按[?
]、[?
]键,控制光标左右移动;
当光标移动第1行第
1列处,不能再左移;
当光标移动第4行最后一列处,不能再右移。
回车换行:
按[Ent]键,回车换行。
如果光标后面有字符,将被删除。
插入行:
光标在“?
”状态下,当光标在第1列时,按[Ent]键,将在此行前插入一行。
删除字符、行:
按[Del]键一次,将光标前的字符删除一个;
当光标在第1列时,按[Del]键,将此行删除。
3)运动控制指令的编译
在执行程序之前,要进行一次预处理,将程序的行号、指令中的十进制数据由ACSII码转换成16进制的数值;
再将每行的行号和其启始地址存入RAM中的一个2维数组,以便于执行跳转指令。
在执行指令时,利用G代码和M代码的指令号进行散转控制;
只有M02和其它M指令号相差较大,要特殊处理一下。
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