自动控制系统实验报告.docx
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自动控制系统实验报告
自动控制系统实验报告
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姓名:
老师:
1.运动控制系统实验
实验一.硬件电路的熟悉和控制原理复习巩固
实验目的:
综合了解运动控制实验仪器机械结构、各部分硬件电路以及控制原理,复习巩固以前课堂知识,为下阶段实习打好基础。
实验内容:
了解运动控制实验仪的几个基本电路:
单片机控制电路(键盘显示电路最小应用系统、步进电机控制电路、光槽位置检测电路)
ISA运动接口卡原理(搞清楚译码电路原理和ISA总线原理)
步进电机驱动检测电路原理(高低压恒流斩波驱动电路原理、光槽位置检测电路)
两轴运动十字工作台结构
步进电机驱动技术(掌握步进电机三相六拍、三相三拍驱动方法。
)
微机接口技术、单片机原理及接口技术,数控轮廓插补原理,计算机高级语言硬件编程等知识。
实验结果:
步进电机驱动技术:
控制信号接口:
(1)PUL:
单脉冲控制方式时为脉冲控制信号,每当脉冲由低变高是电机走一步;双
脉冲控制方式时为正转脉冲信号。
(2)DIR:
单脉冲控制方式时为方向控制信号,用于改变电机转向;双脉冲控制方式
时为反转脉冲信号。
(3)OPTO:
为PUL、DIR、ENA的共阳极端口。
(4)ENA:
使能/禁止信号,高电平使能,低电平时驱动器不能工作,电机处于自由状
态。
电流设定:
(1)工作电流设定:
(2)静止电流设定:
静态电流可用SW4拨码开关设定,off表示静态电流设为动态电流的一半,on表示静态电流与动态电流相同。
一般用途中应将SW4设成off,使得电机和驱动器的发热减少,可靠性提高。
脉冲串停止后约0.4秒左右电流自动减至一半左右(实际值的60%),发热量理论上减至36%。
(3)细分设定:
(4)步进电机的转速与脉冲频率的关系
电机转速v=脉冲频率P*电机固有步进角e/(360*细分数m)
逐点比较法的直线插补和圆弧插补:
1.直线插补原理:
如图所示的平面斜线AB,以斜线起点A的坐标为x0,y0,斜线AB的终点坐标为(xe,ye),则此直线方程为:
取判别函数F=(Y—Y0)(Xe—Xo)—(X-X0)(Ye—Y0)
用逐点比较法加工时,每一次只在一个坐标方向给出一个脉冲,使运动件在该坐标方向上进给一步,因此刀具的运动轨迹是折线,而不是斜线AB。
折线拐点M与斜线AB之间的位置关系有如下三种情况:
1)M点在AB线的上方.判别函数F>0;
2)M点在AB线上,F=0
3)M点在AB线的下方,F<0
象限判别和电机方向
方向
第一象限
第二象限
第三象限
第四象限
Xe-X0
>0
<0
<0
>0
Ye-Y0
>0
>0
<0
<0
X向电机
正
反
反
正
Y向电机
正
正
反
反
2.圆弧插补原理:
图中AB是被加工圆弧。
加工程序中给出的已知条件通常是A点B点的坐标值,圆心O’点相对圆弧起点A的增量坐标值。
由图可知:
圆心O’点相对A点的增量坐标值为(—Io,—Jo)。
改变符号后就成为A点相对O’点的增量值Io,Jo。
由此可求出圆弧的半径值R:
R2=Io2+Jo2在以圆心O’点为原点的I、J坐标系中,圆的方程
可表示为:
I2+J2=R2设刀具已位于M1点,则Mi点对圆弧AB的位置有三种情况:
1)Mi在圆弧外侧,则0’Mi>R,Ii2+Ji2>R2
2)Mi在圆弧上,则0’Mi=R,Ii2+Ji2=R2
3)Mi在圆弧内侧,0’Mi 在第一象陨顺时针加工圆弧(顺圆弧)和第二、三、四象限加工顺圆弧和逆圆弧时,判别式都不相同。 带符号运算时,无论在哪个象限工作,顺圆弧或逆圆弧,归纳起来有如下四种情 1.+X方向走一步 Ii+1=Ii+1 Fi+1=Fi+2Ii+1 2.-X方向走一步 Ii+1=Ii-1 Fi+1=Fi-2Ii+1 3.+Y方向走一步 Ji+1=Ji+1 Fi+1=Fi+2Ji+1 4.-Y方向走一步 Ji+1=Ji+1 Fi+1=Fi+2Ji+1 四个象限进给方向 象限判断和电机转向 第一象限 第二象限 第三象限 第四象限 Ii的符号 + - - + Ji的符号 + + - - X向电机 顺圆 + + - - 逆圆 - - + + X向电机 顺圆 - + + - 逆圆 + - - + 实验二.键盘显示综合实验 实验目的: 1、复习单片机键盘显示编制方法 2、为下步工作奠定基础 实验内容: 1、编制键盘扫描程序和数码管的静态显示程序 2、编制键盘数据输入程序 3、编制十进制到二进制转换程序 4、编制二进制到十进制转换程序 5、编写显示程序 6、编制功能键跳转程序 7、联机作总体调试 实验结果: #include #include #include #include sbitP32=P3^2; #defineLEDLen8//六个八段管 #definemode0x81//8255工作模式//方式0,A口、B口及上C口作为输出,下C口作为输入 #defineLEDSELP2 #defineLEDSEL_00x60//八段管地址 #defineLEDSEL_10x64 #defineLEDSEL_20x68 #defineLEDSEL_30x6C #defineLEDSEL_40x70 #defineLEDSEL_50x74 #defineLEDSEL_60x78 #defineLEDSEL_70x7C #defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint //codeucharhang[]={0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80}; codeucharlie[][8]={0xFF,0x99,0x00,0x00,0x00,0x81,0xC3,0xE7, 0xFF,0xFF,0xDB,0x81,0x81,0xC3,0xE7,0xFF}; #defineTick200 #defineT100us(256-200) unsignedintC100us=Tick;//200us记数单元 unsignedcharBit=0; unsignedcharSelectLed[LEDLen]= { LEDSEL_0,LEDSEL_1,LEDSEL_2,LEDSEL_3,LEDSEL_4,LEDSEL_5,LEDSEL_6,LEDSEL_7 }; xdataunsignedcharCS8255_at_0x60;//8255 xdataunsignedcharPA_at_0x6000;//8255的PA口 xdataunsignedcharPB_at_0x6001;//8255的PB口 xdataunsignedcharPC_at_0x6002;//8255的PC口 xdataunsignedcharCTL_at_0x6003;//8255控制字地址 unsignedcharLEDBUFF[8]; codeunsignedcharKeyTable[]=//键值表 { 0x7E,0xBE,0xDE,0xEE, 0x7D,0xBD,0xDD,0xED, 0x7B,0xBB,0xDB,0xEB, 0x77,0xB7,0xD7,0xE7 }; codeunsignedcharSWEEP[]=//扫描信号 { 0x7f,0xBf,0xDF,0xEF }; codeunsignedcharLEDMAP[]=//八段显示管键码 { 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71 }; //延时 voiddelay(unsignedintCNT) { unsignedchari; while(CNT--! =0) for(i=100;i! =0;--i); } unsignedcharTestKey() { unsignedchari,Temp; Temp=PC;//PC是变化的 i=~Temp&0x0f; returni; unsignedcharGetKey() { unsignedchari,Num=16; if(TestKey()) { for(i=0;i<16;i++) { if(KeyTable[i]==PC)//有键按下时 { Num=i;//确定键值 do { delay(200);//消除键抖动 } while(TestKey());//等待按键松开 returnNum;//返回键值 } } } returnNum; } voidDisplayResult(unsignedcharNum) { LEDBUFF[7]=LEDMAP[Num]; } voidDisplayLED() { unsignedchari; for(i=0;i<8;++i) { LEDSEL=SelectLed[i]; PB=LEDBUFF[i]; delay (1); } } 实验三.步进电机单片机控制实验 (1) 实验目的: 1、掌握步进电机控制基本方法 2、测试出步进电机工作频率范围,确定其正常工作中脉冲频率 3、掌握步进电机加减速控制方法 实验内容: 1、编制步进电动机正反转实验: 采用三相六拍和三相三拍控制方式分别编写步进电动机正反转程序。 2、步进电动机的频率特性测定实验: 改变延时大小,测试步进电动机频率特性,找出不失步的最大频率。 3、编制步进电动机加减速程序,要求实现梯形加减速曲线。 4、结合键盘显示程序编制X、Y轴点动实验: 实现+X、+Y、-X、-Y四个方向的点动功能,按下某个功能键+X,工作台即向该正方向运动,松开该键工作台停止运动。 实验结果: 控制电机直线插补子程序: voidline(intx1,inty1,intx2,inty2) { intdx,dy,n,k,i,f; intx,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; } for(i=0,f=0;i if(f>=0) switch(k){ case1: f-=dy; PA=0xff;delay (2);//X轴正转 PA=0xfe;delay (2); break; case2: f-=dx; PA=0xff;delay (2); PA=0xef;delay (2);//Y轴正转 break; case3: f-=dy; PA=0xfd;delay (2); PA=0xfc;delay (2);//X轴反转 break; case4: f-=dx; PA=0xdf;delay (2); PA=0xcf;delay (2);//Y轴反转 break; } else switch(k){ case1: f+=dx; PA=0xff;delay (2); PA=0xef;delay (2);//Y轴正转 break; case2: f+=dy; PA=0xfd;delay (2); PA=0xfc;delay (2);//X轴反转 break; case3: f+=dx; PA=0xdf;delay (2); PA=0xcf;delay (2);//Y轴反转 break; case4: f+=dy; PA=0xff;delay (2);//X轴正转 PA=0xfe;delay (2); break; } } 实验四.步进电机单片机控制实验 (2) 实验目的: 1、掌握运动控制系统常用控制方法 2、掌握直线的逐点比较插补方法 实验内容: 1、编制第一象限直线插补程序。 2、结合键盘显示程序,输入直线的终点坐标值Xe、Ye,按下直线键后进行插补运动,检验图纸上所走轨迹是否与设定直线相符合。 3、加入插补过程数据动态显示功能,插补过程中动态显示X、Y任意某轴坐标,或者总步数值。 4、编制四象限直线插补程序。 5、编制一象限圆弧插补程序。 实验结果: 圆弧插补子程序: voidcircle(intx0,inty0,intxe,intye) { intxm,ym,rns; intnxy; intfm=0; xm=x0; ym=y0; nxy=abs(xe-xm)+abs(ye-ym); if(xe>xm) { if(ye>ym) { if(xm>=0) { rns=8; } else { rns=2; } } else { if(xm>=0) { rns=1; } else { rns=7; } } } else { if(ye>ym) { if(xe>=0) { rns=5; } else { rns=3; } } else { if(xe>=0) { rns=4; } else { rns=6; } } } while(nxy--) { if(fm>=0) { if(rns==1||rns==3||rns==6||rns==8) { if(rns==1||rns==6) { PA=0xdf;delay(5); PA=0xcf;delay(5);//-y } elseif(rns==3||rns==8) { PA=0xff;delay(5); PA=0xef;delay(5);//+y } fm=fm-2*abs(ym)+1; ym=abs(ym)-1; } elseif(rns==2||rns==4||rns==5||rns==7) { if(rns==2||rns==7) { PA=0xff;delay(5);//+x PA=0xfe;delay(5); } elseif(rns==4||rns==5) { PA=0xfd;delay(5);//-x PA=0xfc;delay(5); } fm=fm-2*abs(xm)+1; xm=abs(xm)-1; } } else { if(rns==1||rns==3||rns==6||rns==8) { if(rns==1||rns==8) { PA=0xff;delay(5);//+x PA=0xfe;delay(5); } elseif(rns==3||rns==6) { PA=0xfd;delay(5);//-x PA=0xfc;delay(5); } fm=fm+2*abs(xm)+1; xm=abs(xm)+1; } elseif(rns==2||rns==4||rns==5||rns==7) { if(rns==2||rns==5) { PA=0xff;delay(5);//+y PA=0xef;delay(5); } elseif(rns==4||rns==7) { PA=0xdf;delay(5);//-y PA=0xcf;delay(5); } fm=fm+2*abs(ym)+1; ym=abs(ym)+1; } } } } 实验五.单片机控制位置检测实验 实验目的: 1、熟悉光电开关的用法 2、掌握一般运动控制系统中位置检测方法 3、掌握相应检测电路原理。 实验内容: 1、测试各个光电开关对应位 2、编制运动中的检测程序 实验六、单片机运动控制系统总体实验 实验目的: 1、培养学生系统设计能力。 2、掌握一般系统功能模块集成方法和调试方法。 3、了解单片机应用系统从设计到应用实际操作流程。 实验内容: 1、由键盘显示程序将各个功能模块综合到一起。 2、调试好程序后,烧入EPROM,脱机运行。 实验总结: 通过这次实验,复习了去年单片机实习的内容,巩固了对单片机各模块的编程操作,掌握了电机驱动器的工作原理和步进电机的工作方式等知识,在实习过程中,理论与实践相结合,加强了对理论知识的理解和掌握,和同学进行团队合作完成实验,也锻炼了我们的团队意识,为在以后的学习和工作能够更好地利用书本知识打下基础。 在实验中,单片机控制位置检测实验这个部分完成地不是很好,需要在以后的学习中,加强这方面知识的学习,使自己的实验结果更加完美。 程序附录: #include #include #include #include #include #include sbitP32=P3^2; #defineLEDLen8//六个八段管 #definemode0x81//8255工作模式//方式0,A口、B口及上C口作为输出,下C口作为输入 #defineLEDSELP2 #defineLEDSEL_00x60//八段管地址 #defineLEDSEL_10x64 #defineLEDSEL_20x68 #defineLEDSEL_30x6C #defineLEDSEL_40x70 #defineLEDSEL_50x74 #defineLEDSEL_60x78 #defineLEDSEL_70x7C #defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint //codeucharhang[]={0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80}; codeucharlie[][8]={0xFF,0x99,0x00,0x00,0x00,0x81,0xC3,0xE7, 0xFF,0xFF,0xDB,0x81,0x81,0xC3,0xE7,0xFF}; #defineTick200 #defineT100us(256-200) unsignedintC100us=Tick;//200us记数单元 unsignedcharBit=0; unsignedcharSelectLed[LEDLen]= { LEDSEL_0,LEDSEL_1,LEDSEL_2,LEDSEL_3,LEDSEL_4,LEDSEL_5,LEDSEL_6,LEDSEL_7 }; xdataunsignedcharCS8255_at_0x60;//8255 xdataunsignedcharPA_at_0x6000;//8255的PA口 xdataunsignedcharPB_at_0x6001;//8255的PB口 xdataunsignedcharPC_at_0x6002;//8255的PC口 xdataunsignedcharCTL_at_0x6003;//8255控制字地址 unsignedcharLEDBUFF[8]; codeunsignedcharKeyTable[]=//键值表 { 0x7E,0xBE,0xDE,0xEE, 0x7D,0xBD,0xDD,0xED, 0x7B,0xBB,0xDB,0xEB, 0x77,0xB7,0xD7,0xE7 }; codeunsignedcharSWEEP[]=//扫描信号 { 0x7f,0xBf,0xDF,0xEF }; codeunsignedcharLEDMAP[]=//八段显示管键码 { 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71 }; voiddelay(unsignedintCNT) { unsignedchari; while(CNT--! =0) for(i=10
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