数控插补多轴运动控制系统解剖实验
实验学时：8
实验类型：独立授课实验
实验要求：必修
一、实验目的
1、通过本实验使学生掌握数控插补多轴控制装置的基本工作原理；
2、根据常用低压电器原理分析各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运
动实现的控制原理；
3、根据机电一体化产品的设计要求和设计流程进行运动控制系统的功能分析、机
械结构分析、控制系统分析以及相关传感器选型等方面的设计内容。
本实验以数控插补多轴运动控制系统为具体对象，使学生掌握机电一体化产品设计和开发的技术流程和主要内容，通过运动控制系统的实现过程掌握常用电气元件识别和原理、数控插补原理、位置伺服控制系统等的设计和实现方式。
二、实验内容
1、通过数控插补多轴控制装置及其相关系统的测试和观察，分析数控插补的工作
原理；
2、分析系统的功能、机械结构分析、运动关系以及相关传感器等，分析其相关的
机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节等；
3、根据常用低压电器原理，分析系统各运动控制电气元件的应用原理，分析数控
插补运动过程实现的控制原理，并绘制相关的控制原理图和系统连接图。
三、实验设备
1、多轴运动控制系统一套（含电控箱）
2、PC机一台
3、GT-400-SG-PCI 卡一块（插在 PC机内部）
四、实验原理
该数控插补多轴运动控制系统是依据开放式数控系统原理构建的，其以通用计算机（PC）的硬件和软件为基础，采用模块化、层次化的体系结构，能通过各种形式向外提供统一应用程序接口的系统。开放式数控系统可分为 3类：（1）CNC 在 PC 中；（2）PC作为前端，CNC作为后端；（3）单 PC，双 CPU平台。
本实验采用第一类，把顾高公司的 GT-400-SG-PCI 多轴运动控制卡插入PC机的插槽中，实现电机的运动控制，完成多轴运动控制系统的控制。其优点如下：（1）成本低，采用标准 PC机；（2）开放性好，用户可自定义软件；（3）界面比传统的 CNC 友好。
图1为该系统的硬件构成图，运动平台机械本体采用模块化拼装，主要由普通PC机、电控箱、运动控制卡、伺服（步进）电机及相关软件组成。其主体由两个直线运动单元（GX系列）组成。每个GX系列直线运动单元主要包括：工作台面、滚珠丝杆、导轨、轴承座、基座等部分，其结构见图2。伺服型电控箱内装有交流伺服驱动器，开关电源，断路器，接触器，运动控制器端子板，按钮开关等。步进型电控箱则装有步进电机驱动器，开关电源，运动控制器端子板，船形开关等。
图1 数控插补多轴控制系统硬件构成
图2 直线运动单元结构图
五、实验步骤
1、根据数控机床插补原理，分析该系统的工作过程和基本原理。
2、确认系统连线正确，打开PC机，闭合控制箱的空气开关器，复位“急停按钮”，按下面板上的绿色“启动按钮”打开控制电路，此时控制电源指示灯(GREEN 点亮。
3、打开电脑，进入软件系统启动界面，并运行软件插补实例。
4、分析系统的的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节，建立该数控插补多轴控制系统的硬件连接关系图。
5、绘制该数控插补多轴控制系统的电源模块电气图、系统启停模块控制控制图、两个运动方向的伺服控制原理图以及系统限位保护电气原理图等。
6、实验完毕，关闭电脑，按控制面板的红色“停止按钮”，按下“急停按钮”，关闭空气开关，此时控制电源指示灯灭，系统停止工作。
六、注意事项
1、在进行系统连线、拆卸与安装前，必须关闭系统所有电源。
2、使用前请仔细检查连线。
3、使用系统平台时，必须先确认限位开关是有效的。
4、出现失控时，应立即按电控箱的急停按钮（电源开关），并详细检查故障原因。
七、课后作业
1、简述数控插补的工作原理。
2、分析系统的的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节，建立该数控插补多轴控制系统的硬件连接关系图。
3、绘制该数控插补多轴控制系统的电源模块电气图、系统启停模块控制控制图、两个运动方向的伺服控制原理图以及系统限位保护电气原理图。
实验1 了解运动控制实验系统 1．1 实验目的 1、了解运动控制系统中的步进电机，伺服电机，变频电机，及其他们的驱动，并掌握步进电机与伺服电机的区别。 2、掌握运动控制系统的基本控制原理，与方框图，知道运动控制卡是运动控制系统的核心。 3、了解电机的面板控制，在有些工业控制过程中，能在程序控制无响应的状态下用面板进行紧急停止运动。 1．2 实验设备 1、运动控制系统实验平台一台。 2、微型计算机一台。 1．3 概述 此多轴运动控制实验平台是基于“PC+运动控制卡”模式的综合性实验平台，对各类控制电机实施单轴和多轴混合运动控制。 该实验平台是学生了解和掌握现代机电控制的基本原理，熟悉现代机电一体化产品控制系统的入门工具。通过该平台的实物教学和实际编程操作，学生可以掌握现代各类控制电机基本控制原理、运动控制的基本概念、运动控制系统的集成方法，从而提高学生综合解决问题的能力。 1．4 运动控制系统组成 PC机（上位机）、运动控制器（下位机）、接口板、24V直流电源、交流伺服电机驱动器、交流伺服电机、步进电机驱动器、步进电机、变频调速电机驱动器、变频调速电机、导线及电缆。 运动控制实验台结构图如下： 图1.1系统硬件方框图
*上图中直流电源为24V，直流稳压电源，为接口卡与步进电机驱动器提供电压。 伺服电机（及其驱动器）： 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 交流伺服电机的工作原理：伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 步进电机（及其驱动器）： 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 变频电机（及其变频器）： 变频电机与普通交流电机并无大异。主要靠变频器来调节输入给变频电机交流信号的频率来改变电机转速。如数控机床上的主轴电机。 运动控制器（卡）： 运动控制器就是通过读取PC机把编程语言并把他们转化为控制电机的输入信号，以达到用户的控制要求的一个装置。 本系统所用控制器型号：GE-300-SV-PCI-R 1．5 系统接线： 伺服接线：伺服驱动器端L1，L2与220V交流电连接； 伺服电机端电源引线红线连U，蓝色连V，黄色连W，黄绿色连FG； 伺服电机端编码器引线与伺服驱动器端CN3端口相连； 伺服驱动器端CN2端口与运动控制器端子板CN5(CN6)连接起来。 步进接线：步进驱动器端V+/V-与直流24V电源相连； 步进电机与步进驱动器接线参考电机上的接线简图即可顺利完成； 步进驱动器端pu+端口与运动控制器端子板CN7(23口)相连，pu-端口与CN7(11口) 相连、DR+端口与CN7(9口)相连，DR-端口与CN7(22口)相连。 主轴接线：变频器R/L1，S/L2，T/L3任意两个端口与220V交流电电源连接； 交流电机三条引线与变频器U/T1，V/T2，W/T3相连（没有顺序，随意连接）；
《控制系统CAD及仿真》实验指导书 自动化学院 自动化系
实验一SIMULINK 基础与应用 一、 实验目的 1、熟悉并掌握Simulink 系统的界面、菜单、工具栏按钮的操作方法； 2、掌握查找Simulink 系统功能模块的分类及其用途，熟悉Simulink 系统功能模块的操作方法； 3、掌握Simulink 常用模块的内部参数设置与修改的操作方法； 4、掌握建立子系统和封装子系统的方法。 二、 实验内容： 1. 单位负反馈系统的开环传递函数为： 1000 ()(0.11)(0.0011) G s s s s = ++ 应用Simulink 仿真系统的阶跃响应曲线。 2．PID 控制器在工程应用中的数学模型为： 1 ()(1)()d p i d T s U s K E s T s T s N =+ + 其中采用了一阶环节来近似纯微分动作，为保证有良好的微分近似效果，一般选10N ≥。试建立PID 控制器的Simulink 模型并建立子系统。 三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。
实验二 控制系统分析 一、 实验目的 1、掌握如何使用Matlab 进行系统的时域分析 2、掌握如何使用Matlab 进行系统的频域分析 3、掌握如何使用Matlab 进行系统的根轨迹分析 4、掌握如何使用Matlab 进行系统的稳定性分析 5、掌握如何使用Matlab 进行系统的能观测性、能控性分析 二、 实验内容： 1、时域分析 （1）根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并在图上读标注出峰值，求出系统 的性能指标。 8 106) 65(5)(2 32+++++=s s s s s s G （2）已知两个线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)和2G (s)，绘制它们的单位脉冲响 应曲线。 4 5104 2)(2 321+++++=s s s s s s G ， 27223)(22+++=s s s s G （3）已知线性定常系统的状态空间模型和初始条件，绘制其零输入响应曲线。 ?? ??????????--=????? ???? ???212107814.07814.05572.0x x x x []?? ????=214493 .69691.1x x y ??? ???=01)0(x 2、频域分析 设线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)、2G (s)和3G (s)，将它们的Bode 图绘制在一张图中。 151)(1+= s s G ，4 53.0)(22++=s s s G ，16.0)(3 +=s s G 3、根轨迹分析 根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定 的K 值范围。 ) 2)(1()()(++= s s s K s H s G
实验一数控机床认识实验报告 、实验目的 、实验仪器与设备 三、实验内容简述 1.现场了解数控机床(如SK50数控车床、XK715E 数控立式铳床、 电火花线切割机、数控电火花成型机)的基本结构、加工对象及其用途。 (1)数控机床的基本结构 1) SK50数控车床的基本结构 2) XK715D 数控立式铳床的基本结构 3) DK77型数控电火花线切割机的基本结构 班级 __________ 学号 _________________ 姓名 ____________ 成绩 _______ DK77型数控
4) 数控电火花成型机的基本结构 (2) 数控机床的加工对象及其用途 1) SK50数控车床的加工对象及其用途 2) XK715D数控立式铳床的加工对象及其用途 3) DK77型数控电火花线切割机的加工对象及其用途 4) 数控电火花成型机的加工对象及其用途
2. 现场掌握数控机床的坐标系。 (1) 数控机床的坐标轴的确定方法 (2) 现场操作数控机床的坐标轴的运动( 注：根据实验老师讲解及要求练习操作，现场要求学生操作并打分) 1) SK50数控车床的坐标轴的运动 ① 实验老师要求操作内容 ② 学生操作得分 2) XK715D数控立式铳床的坐标轴的运动 ① 实验老师要求操作内容 ② 学生操作得分
3. 接通电源，启动系统，在数控车床、数控铣床上进行手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作。( 注：根据实验老师讲解及要求练习操作，并现场打分) (1) SK50数控车床手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作 1) SK50数控车床手动“回零”等操作步骤 2)学生操作得分 (2) XK715E数控立式铳床手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作 1)XK715□数控立式铳床手动“回零”等操作步骤
数控插补多轴运动控制系统解剖实验 实验学时：8 实验类型：独立授课实验 实验要求：必修 一、实验目的 1、通过本实验使学生掌握数控插补多轴控制装置的基本工作原理； 2、根据常用低压电器原理分析各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动实现的控制原理； 3、根据机电一体化产品的设计要求和设计流程进行运动控制系统的功能分析、机械结构分析、控制系统分析以及相关传感器选型等方面的设计内容。 本实验以数控插补多轴运动控制系统为具体对象，使学生掌握机电一体化产品设计和开发的技术流程和主要内容，通过运动控制系统的实现过程掌握常用电气元件识别和原理、数控插补原理、位置伺服控制系统等的设计和实现方式。 二、实验内容 1、通过数控插补多轴控制装置及其相关系统的测试和观察，分析数控插补的工作原理； 2、分析系统的功能、机械结构分析、运动关系以及相关传感器等，分析其相关的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节等； 3、根据常用低压电器原理，分析系统各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动过程实现的控制原理，并绘制相关的控制原理图和系统连接图。 三、实验设备 1、多轴运动控制系统一套（含电控箱） 2、PC机一台 3、GT-400-SG-PCI 卡一块（插在PC机内部）
四、实验原理 该数控插补多轴运动控制系统是依据开放式数控系统原理构建的，其以通用计算机（PC）的硬件和软件为基础，采用模块化、层次化的体系结构，能通过各种形式向外提供统一应用程序接口的系统。开放式数控系统可分为 3类：（1）CNC 在 PC中；（2）PC作为前端，CNC作为后端；（3）单 PC，双 CPU平台。 本实验采用第一类，把顾高公司的 GT-400-SG-PCI 多轴运动控制卡插入PC 机的插槽中，实现电机的运动控制，完成多轴运动控制系统的控制。其优点如下：（1）成本低，采用标准 PC机；（2）开放性好，用户可自定义软件；（3）界面比传统的 CNC 友好。 图1为该系统的硬件构成图，运动平台机械本体采用模块化拼装，主要由普通PC机、电控箱、运动控制卡、伺服（步进）电机及相关软件组成。其主体由两个直线运动单元（GX系列）组成。每个GX系列直线运动单元主要包括：工作台面、滚珠丝杆、导轨、轴承座、基座等部分，其结构见图2。伺服型电控箱内装有交流伺服驱动器，开关电源，断路器，接触器，运动控制器端子板，按钮开关等。步进型电控箱则装有步进电机驱动器，开关电源，运动控制器端子板，船形开关等。 图1 数控插补多轴控制系统硬件构成
电气与可编程控制器实验指导书 实验课是整个教学过程的—个重要环节.实验是培养学生独立工作能力,使用所学理解决实际问题、巩固基本理论并获得实践技能的重要手段。 一 LC控制系统实验的目的和任务实验目的 1.进行实验基本技能的训练。 2.巩固、加深并扩大所学的基本理论知识,培养解决实际问题的能。 3.培养实事求是、严肃认真,细致踏实的科学作风和良好的实验习惯。为将来从事生产和科学实验打下必要的基础。 4.直观察常用电器的结构。了解其规格和用途,学会正确选择电器的方法。 5.掌握继电器、接触器控制线路的基本环节。 6.初步掌握可编程序控制器的使用方法及程序编制与调试方法。 应以严肃认真的精神,实事求是的态度。踏实细致的作风对待实验课,并在实验课中注意培养自己的独立工作能力和创新精神 二实验方法 做一个实验大致可分为三个阶段,即实验前的准备;进行实验;实验后的数据处理、分及写出实验报告。 1.实验前的准备 实验前应认真阅读实验指导书。明确实验目的、要求、内容、步骤,并复习有关理论知识,在实验前要能记住有关线路和实验步骤。 进入实验室后,不要急于联接线路,应先检查实验所用的电器、仪表、设备是否良好,了解各种电器的结构、工作原理、型号规格,熟悉仪器设备的技术性能和使用
方法,并合理选用仪表及其量程。发现实验设备有故障时,应立即请指导教师检查处理,以保证实验顺利进行。 2. 联接实验电路 接线前合理安排电器、仪表的位置,通常以便于操作和观测读数为原则。各电器相互间距离应适当,以联线整齐美观并便于检查为准。主令控制电器应安装在便于操作的位置。联接导线的截面积应按回路电流大小合理选用,其长度要适当。每个联接点联接线不得多余两根。电器接点上垫片为“瓦片式”时,联接导线只需要去掉绝缘层,导体部分直接插入即可,当垫片为圆形时,导体部分需要顺时针方向打圆圈,然后将螺钉拧紧,下允许有松脱或接触不良的情况,以免通电后产生火花或断路现象。联接导线裸露部分不宜过长。以免相邻两相间造成短路,产生不必要的故障。 联接电路完成后,应全面检查,认为无误后,请指导老师检查后,方可通电实验。 在接线中,要掌握一般的控制规律,例如先串联后并联;先主电路后控制电路;先控制接点,后保护接点,最后接控制线圈等。 3.观察与记录 观察实验中各种现象或记录实验数据是整个实验过程中最主要的步骤,必须认真对待。 进行特性实验时,应注意仪表极性及量程。检测数据时,在特性曲线弯曲部分应多选几个点,而在线性部分时则可少取几个点。 进行控制电路实验时。应有目的地操作主令电器,观察电器的动作情况。进一理解电路工作原理。若出现不正常现象时,应立即断开电源,检查分析,排除故障后继续实验。 注意:运用万用表检查线路故障时,一般在断电情况下,采用电阻档检测故障点;在通电情况下,检测故障点时,应用电压档测量(注意电压性质和量程;此外,还要注意
数控技术实验报告 学院 班级 学号 姓名 成绩 井冈山大学机械系 2010年03月
注意事项 数控操作实验是数控技术课程的组成部分之一，对于培养学生理论联系实际和实际动手能力具有极其重要的作用。因此，要求每个学生做到： 一、每次实验前要认真预习，并在实验报告上填写好实验目的和所用 实验设备； 二、实验前，每人必须配合实验指导老师在实验室记录本上做好相关 记录； 三、实验中要遵守实验规则，爱护实验设备，仔细观察实验现象，认 真记录实验数据； 四、在实验结束离开实验室前，必须认真仔细清点整理实验仪器和实 验设备，经实验指导教师检查后后方可离开实验室； 五、实验结束后，要及时对实验数据进行整理、计算和分析，填写好 实验报告，并上交授课教师批阅。
实验一数控车床的认识 实验日期2010 年04 月10 日 同组成员指导教师（签字） 一、实验目的 1．了解数控车削加工工件坐标的设定方法； 2．掌握数控车床操作面板上常用按键的功能； 3．掌握数控车床的基本操作方法。 二、实验设备（规格、型号） 1．CAK3675V数控车床； 2．CAK3275V数控车床； 3．Fanuc 0i-mate TC数控系统。 三、实验记录及数据处理 1. 熟悉Fanuc 0i前置刀架数控车床的操作面板，依次解释、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、等的功能。
2．数控车削加工工件坐标系设定方法有哪些？并作简述说明。 答：数控车床设置工件坐标系的方法有三种： （1）使用刀具偏执功能设置工件原点，即直接使用Txxxx指令建立工件原点； （2）使用G50指令建立工件原点，其格式为G50X_Z_； （3）使用G54~G59中的一个指令设定工件原点，其编程格式为：G54/G55/G56/G57/G58/G59。 3．数控车床为什么要回零？回零顺序是？ 答：回零的原因： 目前，大多数数控机床均采用增量式位置检测装置来做位置环反馈元件，当机床在断电状态时NC系统会失去对机床坐标系值的记忆，因此每次机床重新通电之初，必须手动操作返回机床参考点一次，恢复记忆，以便进行自动加工。 对于前置刀架的数控车床来说，为了防止刀具与尾座套筒的碰撞，回零时应该注意先对X轴回零，再对Z轴回零。
电力拖动自动控制系统---- 运动控制系统 实验指导书 昆明理工大学信自学院自动化系 2012年9月 目录 实验须知 实验一双闭环不可逆直流调速系统调试 实验二双闭环不可逆直流调速系统的静特性研究 实验三双闭环不可逆直流调速系统的动特性研究 实验四逻辑无环流可逆直流调速系统实验 实验五矢量坐标变换仿真 实验六转差频率控制的交流异步电动机矢量控制系统仿真 实验七无速度传感器的矢量控制系统仿真 附录1双闭环不可逆直流调速系统原理图及所需挂件 附录2逻辑无环流直流可逆调速系统原理图及所需挂件 实验须知 实验课是教学中的重要环节之一，通过实验，是理论联系实际，加深理解和巩固所学的有关理论知识，培养、锻炼和提高对实际系统的调试和分析、解决问题的能力，同时通过实验也培养严谨的科学态度和良好的作风，以达到工程技术人员应有的本领，因此要求每个学生必须认真对待实验课，要求做到：
一、实验前预习，要求： 1、了解所有实验系统的工作原理 2、明确实验目的，各项实验内容、步骤和做法 3、拟定实验操作步骤，画出实验记录表格等。 二、实验中认真、要求： 1、熟知所有设备，认真按实验要求，有步骤地进行各项内容的实验。 2、测试前，必须熟悉仪器、仪表的使用，注意量程。 3、认真记录测试数据和波形。 4、不许带电操作，每次更换线路时，必须断点进行操作，通电前，必 须经指导老师检查，方可合闸。 5、同组同学，必须相互配合，共同完成实验任务。 三、实验后认真写实验报告 1、整理各项实验数据，列成表格，按要求绘制有关曲线，进行分析比 较。 2、记录和分析实验中的各种现象。 四、实验装置 自动控制系统实验全部在DJDK-Ⅱ型装置上进行。详见“DJDK-Ⅱ实验装置简介”。 实验一双闭环不可逆直流调速系统调试 一、实验目的 1、掌握调速系统各单元电路的调整方法，弄清他们的工作原理及其在系统中 的应用。 2、掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试方法和步骤。 二、系统组成及所需挂件 详见附录一。 三、实验内容 (一)双闭环调速系统调试原则 ①先单元、后系统，即先将单元的参数调好，然后才能组成系统。
过程控制系统实验指导书 王永昌 西安交通大学自动化系 2015.3
实验一先进智能仪表控制实验 一、实验目的 1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用； 2．掌握控制系统中PID参数的整定方法； 3．熟悉Smith补偿算法。 二、实验内容 1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序； 2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验； 3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。 4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。 三、实验原理 1、YS—1700介绍 YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。其外形图如下： YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。对YS1700编程可直接在PC机上完成。
SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：（1）基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。 （2）串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。 （3）选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。 当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下：（1）、单回路控制模式
吉大2016年数控技术综合实 验报告 《数控技术综合实践》实验考核大纲 课程名称：《数控技术综合实践》 学时学分：5 适用专业：数控技术机械类 先修课程：《机械制图》、《机械工程材料基础》 一、制定本大纲的依据 本大纲根据《数控技术综合实践》考试大纲对学生实验能力的培养要求而制定。 二、实践课程的内容安排及学分分布 1.数控机床结构理论教学（2学分） 2.数控机床及加工中心结构实习（3学分） 三、实践课程目的与要求 实习是根据教学计划来安排得非常重要的实践性教学环节。实习目的是使学生了解和掌握基本生产知识，巩固和丰富已学过的专业知识。培养学生理论联系实际，在生产实际中调查研究、观察问题、分析问题，以及解决问题的能力和方法。 在实习过程中，学生应该学习工人的组织性、纪律性等优秀品质，接受热爱祖国、热爱社会主义建设 的教育，养成在工厂工作和学习的习惯。 《数控技术综合》实验报告 一、实验心得： 1.通过实验我们了解了现代数控机床的生产方式和工艺过程。熟悉了一些材料的成形 方法和主要机械加工方法及其所用主要设备的工作原理和典型结构、工夹量具的使用以及安全操作技术。了解了数控机床方面的知识和新工艺、新技术、新设备在机床生产上的应用。 2.在数控机床的生产装配以及调试上，具有初步的独立操作技能。
3.在了解、熟悉和掌握一定的数控机床的基础知识和操作技能过程中，培养、提高和加强了我的动手能力、创新意识和创新能力。 4.这次实习，让我们明白做事要认真小心细致，不得有半点马虎。同时也培养了我们坚强不屈的本质，不到最后一秒决不放弃的毅力！ 5.培养和锻炼了劳动观点、质量和经济观念，强化遵守劳动纪律、遵守安全技术规则和爱护国家财产的自觉性，提高了我们的整体综合素质。 二、数控加工工艺分析（包括机床、刀具的选择，加工路线等）： 工件一（如图一）工件二（如图二）使用机床车床车床 装夹工具三爪卡盘夹紧定位三爪卡盘夹紧定位 加工路线 车右端面，循环粗车外圆（Φ10→圆弧 R5→端面→45°倒角），精车（Φ10→圆 弧R5→端面→45°倒角）； 循环车削螺纹（刀具初始 位置a→b点→c点→快速 到d→快速回到初始位置 a）刀具外圆粗精车刀（编号T02）螺纹车刀（编号T01）切削用量 粗车（主轴转速2800r/min,进给量 0.2mm/r）,精车（主轴转速2800r/min, 进给量0.2mm/r） 主轴转速500r/min； 三、数控加工程序：
实验二 步进电机控制实验 [实验目的] 1.掌握使用步进电机驱动器控制步进电机的系统设计方法； 2.熟悉步进电机驱动器的用法； 3.掌握基于步进驱动器的步进电机单轴控制方法。 [实验设备] 1.计算机; 2.台达EH 系列可编程序控制器； 3.步进电机驱动器WD3-007; 4.三相步进电机VRDM 3910/50 LWA 。 [实验原理及线路] 1.德国百格拉步进电机驱动器WD3—007如图1所示，驱动器面板说明如下： 信号接口：PULSE+ 电机输入控制脉冲信号； DIR+ 电机转动方向控制信号； RESET+ 复位信号，用于封锁输入信号； READY+ 报警信号； PULSE-、DIR-、RESET-和READY-短接公共地； 状态指示：RDY 灯亮表示驱动器正常工作； TEMP 灯亮表示驱动器超温； FLT 灯亮表示驱动器故障； 功能选择：MOT.CURR 设置电机相电流； STEP1、STEP2 设置电机每转的步数； CURR.RED 设定半流功能 PULSE.SYS 可设置成“脉冲和方向”控制方式； 也可以设置成“正转和反转”控制方式； 功率接口：DC+和DC-接制动电容； U 、V 、W 接电机动力线，PE 是地； L 、N 、PE 接驱动器电源，电源电压是220VAC 输入时，最大电流是3A 。电源线横截面≥1.5平方毫米，尽量短。驱动器的L 端和N 端接供电电源，同时要串接一个6.3A 保险丝；PE 为接地。 信号说明: （1）PULSE ：脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。 （2）DIR ：方向信号输入端，如“DIR ”为低电平，电机按顺时针方向旋转；“DIR ”为高电平电机按逆时针方向旋转。 （3）CW ：正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。 （4）CCW ：反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。 （5）RESET ：复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作用，如果复位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。 （6）READY ：输入报警信号：READY 是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电流是：35VDC ，10mA ≤I ≤200mA ，电阻性负载。如用该继电器，要把他串联到CNC 的某输入端。当驱动器正常工作时继 STEP1ON 1 2 3 4PULES.SYS CURR.RED STEP2 PACER W WD3-007PE N L PE U V DC-DC+READY-READY+ RESET-RESET+ DIR-/CCW-DIR+/CCW+ PULSE-/CW-PULSE+/CW+ MOT.CURR FLT TEMP RDY C 40 F E D 2 138A 9B 7 65 图1 步进电机驱动器
计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验 一、实验目的 1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。 2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。 3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。 二、实验设备 AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。 三、实验原理 图2-15为单回路水箱液位控制系统 单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。 图2-16 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线
《数控加工技术》 实验指导书 （第二版） 适用专业：机械电子工程 机械设计制造及其自动化 江苏科技大学 机械工程实验中心 2011年8月 实验二：插补原理实验 实验学时：2
实验类型：验证、设计 实验要求：必修 一 、实验目的 1要求学生学会独立查阅资料，掌握逐点比较法插补原理。 2通过插补原理实验，能够自主用逐点比较法完成手工计算直线和圆弧的插补轨迹。 3了解其他数控插补算法。 二、实验内容 1.逐点比较法（直线插补 、圆弧插补）验证。 2.其他插补算法（直线插补 、圆弧插补）验证（选做）。 三、数控机床插补原理 机床数控系统依据一定方法确定刀具运动轨迹，进而产生基本廓形曲线，如直线、圆弧等。其它需要加工的复杂曲线由基本轮廓逼近，这种拟合方式称为“插补”（Interpolation ）。“插补”实质是数控系统根据零件轮廓线型的有限信息（如直线的起点、终点，圆弧的起点、终点和圆心等），在轮廓的已知点之间确定一些中间点，完成所谓的“数据密化”工作。 数控系统常用的插补计算方法有：逐点比较法，数字积分法，时间分割法，样条插补法等。逐点比较法，即每一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，视该点在给定轨迹的上方或下方，或在给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向，使之趋近给定轨迹。如此，走一步，比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定的轨迹。下面以逐点比较法为例，阐述插补的原理。 直线插补计算原理： 偏差计算公式：以第一象限为例，取直线起点为坐标原点，如图2-1所示，m 为动点，有下面关系： X m X e Ym Ye = 取 m F Ym Xe Xm Ye =-作为偏差判别式， 若 Fm=0，表明 m 点在OA 直线上； 若 Fm>0，表明m 点在线上方的m ′处； 若 Fm<0，表明m 点在直线下方的m ″处。 从坐标原点出发，当Fm ≧0时，沿＋X 方向走一步，当Fm<0，沿＋Y 方向走一步，当两方向所走的步数与终点坐标（Xe,Y e ）相等时，停止插补。
插补原理：在实际加工中，被加工工件的轮廓形状千差万别，严格说来，为了满足几何尺寸精度的要求，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成，对于简单的曲线数控系统可以比较容易实现，但对于较复杂的形状，若直接生成会使算法变得很复杂，计算机的工作量也相应地大大增加，因此，实际应用中，常采用一小段直线或圆弧去进行拟合就可满足精度要求(也有需要抛物线和高次曲线拟合的情况)，这种拟合方法就是“插补”，实质上插补就是数据密化的过程。插补的任务是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值，每个中间点计算所需时间直接影响系统的控制速度，而插补中间点坐标值的计算精度又影响到数控系统的控制精度，因此，插补算法是整个数控系统控制的核心。插补算法经过几十年的发展，不断成熟，种类很多。一般说来，从产生的数学模型来分，主要有直线插补、二次曲线插补等；从插补计算输出的数值形式来分，主要有脉冲增量插补(也称为基准脉冲插补)和数据采样插补[26]。脉冲增量插补和数据采样插补都有个自的特点，本文根据应用场合的不同分别开发出了脉冲增量插补和数据采样插补。 1数字积分插补是脉冲增量插补的一种。下面将首先阐述一下脉冲增量插补的工作原理。2.脉冲增量插补是行程标量插补，每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。这种插补算法主要应用在开环数控系统中，在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱动电机运动。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，按机床设计的加工精度选定，普通精度的机床一般取脉冲当量为：0.01mm，较精密的机床取1或0.5 。采用脉冲增量插补算法的数控系统，其坐标轴进给速度主要受插补程序运行时间的限制，一般为1~3m/min。脉冲增量插补主要有逐点比较法、数据积分插补法等。逐点比较法最初称为区域判别法，或代数运算法，或醉步式近似法。这种方法的原理是：计算机在控制加工过程中，能逐点地计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，按规定图形加工出所需要的工件，用步进电机或电液脉冲马达拖动机床，其进给方式是步进式的，插补器控制机床。逐点比较法既可以实现直线插补也可以实现圆弧等插补，它的特点是运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，速度变化小，调节方便，因此在两个坐标开环的CNC系统中应用比较普遍。但这种方法不能实现多轴联动，其应用范围受到了很大限制。对于圆弧插补，各个象限的积分器结构基本上相同，但是控制各坐标轴的进给方向和被积函数值的修改方向却不同，由于各个象限的控制差异，所以圆弧插补一般需要按象限来分成若干个模块进行插补计算，程序里可以用圆弧半径作为基值，同时给各轴的余数赋比基值小的数(如R/2等)，这样可以避免当一个轴被积函数较小而另一个轴被积函数较大进，由于被积函数较小的轴的位置变化较慢而引起的误差。4.2 时间分割插补是数据采样插补的一种。下面将首先阐述数据采样插补的工作原理。2.1 数据采样插补是根据用户程序的进给速度，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期执行一次插补运算，计算出下一个插补点坐标，从而计算出下一个周期各个坐标的进给量，进而得出下一插补点的指令位置。与基准脉冲插补法不同的是，计算出来的不是进给脉冲而是用二进制表示的进给量，也就是在下一插补周期中，轮廓曲线上的进给段在各坐标轴上的分矢大小，计算机定时对坐标的实际位置进行采样，采样数据与指令位置进行比较，得出位置误差，再根据位置误差对伺服系统进行控制，达到消除误差使实际位置跟随指令位置的目的。数据采样法的插补周期可以等于采样周期也可以是采样周期的整数倍；对于直线插补，动点在一个周期内运动的
机械工程学科应用型研究生综合实验Ⅱ 实验指导书 （数控运动控制技术分册） 富宏亚主编 机电工程学院 2014年3月
目录 实验一数控系统硬件连接与电机测试实验 (1) 实验1.1 数控系统硬件连接实验 (1) 实验1.2 数控系统电机测试实验 (5) 实验二数控系统控制软件设计实验 (7) 实验2.1 单轴运动控制软件设计实验 (7) 实验2.2 直线插补运动控制软件设计实验 (13)
实验一数控系统硬件连接与电机测试实验 实验1.1 数控系统硬件连接实验 一、实验目的 1、了解数控综合实验台的组成和电路连接。 2、掌握数控系统的构成原理。 二、实验所用单元 计算机、雷泰DMC5480运动控制卡、实验台控制面板、小型3轴立式铣床。 三、实验原理 1、如图1-1所示，数控综合实验台由计算机、雷泰DMC5480运动控制卡、实验台控制面板、小型3轴立式铣床组成。运动控制卡安装在计算机的PCI插槽中；实验台控制面板上安装了电机驱动器、电源、继电器、空气开关、急停和接线板等元器件，小型3轴立铣床包括3个运动轴X、Y、Z和1个主轴。 图1-1硬件系统总体实物图 2、以X轴运动控制电路为例，X轴伺服电机驱动器1与运动控制卡的电路如图1-2所示，各连线引脚定义如表1-1和表1-2所示。Y轴伺服电机驱动器2、Z 轴伺服电机驱动器3与运动控制卡之间的电路可参考X轴运动控制电路进行接线。
图1-2 X轴电机驱动器与运动控制卡连接电路图 3、DMC5480运动控制卡为每个轴配有两个限位信号、1个原点信号。每路信号都加有滤波器可以过滤高频噪声，保证动作可靠。各传感器与运动控制卡接线电路图如图1-3所示： 图1-3 运动控制卡X1引脚与传感器的连接电路图
单回路控制系统实验 单回路控制系统概述 实验三单容水箱液位定值控制实验 实验四双容水箱液位定值控制实验 实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验 实验三 实验项目名称：单容液位定值控制系统 实验项目性质：综合型实验 所属课程名称：过程控制系统 实验计划学时：2学时 一、实验目的 1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。 2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。 3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。 5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。 二、实验内容和（原理）要求 本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃
给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。 三、实验主要仪器设备和材料 1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个； 2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根； 3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。 四、实验方法、步骤及结果测试 本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。 具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。 （一）、智能仪表控制 1．按照图3-5连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。 图3-4 中水箱单容液位定值控制系统
实验一数控机床认识实验报告 班级学号姓名成绩 一、实验目的 二、实验仪器与设备 三、实验内容简述 1.现场了解数控机床（如SK50数控车床、XK715D数控立式铣床、DK77型数控电火花线切割机、数控电火花成型机）的基本结构、加工对象及其用途。 (1)数控机床的基本结构 1)SK50数控车床的基本结构 2)XK715D数控立式铣床的基本结构
3)DK77型数控电火花线切割机的基本结构 4)数控电火花成型机的基本结构 (2)数控机床的加工对象及其用途 1)SK50数控车床的加工对象及其用途 2)XK715D数控立式铣床的加工对象及其用途 3)DK77型数控电火花线切割机的加工对象及其用途
4)数控电火花成型机的加工对象及其用途 2.现场掌握数控机床的坐标系。 (1) 数控机床的坐标轴的确定方法 (2) 现场操作数控机床的坐标轴的运动(注：根据实验老师讲解及要求练习操作，现场要求学生操作并打分) 1)SK50数控车床的坐标轴的运动 ①实验老师要求操作内容
②学生操作得分 2)XK715D数控立式铣床的坐标轴的运动 ①实验老师要求操作内容 ②学生操作得分 3.接通电源，启动系统，在数控车床、数控铣床上进行手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作。(注：根据实验老师讲解及要求练习操作，并现场打分) (1) SK50数控车床手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作 1）SK50数控车床手动“回零”等操作步骤 2）学生操作得分
(2) XK715D数控立式铣床手动“回零”、“点动”、“手轮操作”等基本运动操作 1)XK715D数控立式铣床手动“回零”等操作步骤 2)学生操作得分 四、思考与作业题 1. 数控机床由哪几部分组成？ 2. 为什么每次启动系统后要进行“回零”操作？
CNC装置的插补原理 一、插补的概念 为了加工零件的轮廓，在加工过程中，需要保证刀具相对工件时刻运动的位置是在零件轮廓的轨迹上，这就需要知道不同时刻刀具相对工件运动的位置坐标，以便实现位置控制。而在零件加工程序中仅提供了描述轮廓线形所必须的参数：直线—出发点和终点坐标；圆弧—出发点、终点坐标以及顺圆或逆圆。这就需要在加工（运动）过程中，实时地根据给定轮廓线形和给定进给速度要求计算出不同时刻刀具相对工件的位置，即出发点和终点之间的若干个中间点。这就是插补的概念。 插补定义：插补就是根据给定进给速度给定轮廓线形的要求，在轮廓已知点之间，确定一些中间点的方法，称为插补方法或插补原理。 每种线形的插补方法，有可以有不同的计算方法来实现，那么，具体实现插补原理的计算方法称为插补算法。 插补算法的优劣直接影响CNC系统的性能指标。 二、评价插补算法的指标 1、稳定性指标 插补运算是一种迭代运算，即由上一次计算结果求得本次的计算结果：Xi=Xi-1+Δi。作为数值计算，每次计算会存在计算误差和舍进误差。 计算误差：指由于采用近似计算而产生的误差； 舍进误差：指计算结果圆整时所产生的误差。 对于某一算法，误差可能不随迭代次数的增加而积累，而另一算法误差可能随迭代的次数增加而积累，那么，一种算法对计算误差和舍进误差有没有积累效应，就是算法的稳定性。 为了确保轮廓加工精度，插补算法必须是稳定的。插补算法稳定的充分必要条件是，在插补计算过程中，其舍进误差和计算误差不随迭代次数的增加而积累。 2、插补精度指标 插补精度指插补轮廓与给定轮廓的符合程度，可用插补误差来评价。 插补误差包括：逼近误差δa、计算误差δc、圆整误差δr。 逼近误差和计算误差与插补算法密切相关。 要求：插补误差（轨迹误差）不大于系统的最小运动指令或脉冲当量。 3、合成速度的均匀性指标 合成速度的均匀性是指插补运算输出的各轴进给量，经运动合成的实际速度与给定的进给速度的符合程度，由速度不均匀系数描述：
运动控制实验指导书 华南农业大学工程学院 2009.2 实验的基本要求 本实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所
需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备 实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。 实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。 认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工 每次实验都以小组为单位进行,每组由3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。 4、起动电机，观察仪表 在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后按一定规范起动电机，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5、测取数据 预习时对实验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。 6、认真负责，实验有始有终 实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。 三、实验报告 实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。 实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。