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文檔簡介

變頻與伺服驅(qū)動器伺服的基本概念是準(zhǔn)確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個必須的內(nèi)部環(huán)節(jié),伺服驅(qū)動器中同樣存在變頻(要進行無級調(diào)速)?,F(xiàn)在市面上流通的交流伺服電機多為永磁同步交流伺服,但這種電機受工藝限制,很難做到很大的功率,十幾KW以上的同步伺服價格及其昂貴,這樣在現(xiàn)場應(yīng)用允許的情況下多采用交流異步伺服交流伺服的技術(shù)本身就是借鑒并應(yīng)用了變頻的技術(shù),在百流電機的伺服控制的基礎(chǔ)上通過變頻的PWM方式模仿直流電機的控制方式來實現(xiàn)的,也就是說交流伺服電機必然有變頻的這一環(huán)節(jié):變頻就是將工頻的50、60HZ的交流電先整流成直流電,然后通過可控制門極的各類品體管(IGBT,IGCT等)通過載波頻率和PWM調(diào)節(jié)逆變?yōu)轭l率可調(diào)的波形類似于正余弦的脈動電,由于頻率可調(diào),所以交流電機的速度就可調(diào)了(n=60f/p,n轉(zhuǎn)速,f頻率,p極對數(shù))恒功率和恒轉(zhuǎn)矩的區(qū)別恒功率和恒轉(zhuǎn)矩是同一個電機的不同工作區(qū)間;大家都知道汽車在低速時的輸出扭矩比較大,而高速時其輸出最大扭矩隨速度增加在變小,這就表明汽車發(fā)動機進入了恒功率區(qū);電機的工作狀態(tài)已是一樣;對于額定功率為po電機,在電機輸出功率未到額定功率時,可以進行額定扭矩范圍內(nèi)的恒扭矩輸出控制,而隨著轉(zhuǎn)速的提高輸出功率一旦達(dá)到P0,則將保持功率恒定,轉(zhuǎn)速和扭矩成反比的關(guān)系!電動機接線盒內(nèi)的接線方法一般電動機每相繞組都有兩個引出線頭o-頭叫做首瑞,而另一頭叫做末端第一相繞組的首端用D1表示,末端用D4表示;第二相繞組的首端和末端分別用D2和D5表示;第三相繞組的首端和末端分別用D3和D6表示。這六個引出線頭引入接線盒的接線柱上簡單地說,運動控制器主要用于對機械傳動裝置的位置、速度進行實時的控制管理,使運動部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運動參數(shù)完成相應(yīng)的動作。根據(jù)運動控制的特點和應(yīng)用可將運動控制器分為以下三種:點位控制運動控制器、連續(xù)軌跡控制運動控制器和同步控制運動控制器位置傳感器一般采用高分辨率的旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器、磁編碼器等元件。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出兩相正交波形,能輸出轉(zhuǎn)子的絕對位置,但其解碼電路復(fù)雜,價格昂貴。磁編碼器依靠磁極變化檢測位置,目前正處于研究階段,其分辨率較低。光電編碼器分為增量式和絕對式,較其它檢測元件有直接輸出數(shù)字量信號,慣量低,低噪聲,高精度,高分辨率,制作簡便,成本低等優(yōu)點。增量式編碼器結(jié)構(gòu)簡單,制作容易,一般在碼盤上刻A、B、Z三道均勻分布的刻線。由于其給出的位置信息是增量式的,當(dāng)應(yīng)用于伺服領(lǐng)域時需要初始定位。格雷碼絕對式編碼器一般都做成循環(huán)二進制代碼,碼道道數(shù)與二進制位數(shù)相同。格雷碼絕對式編碼器可直接輸出轉(zhuǎn)子的絕對位置,不需要測定初始位置。但其工藝復(fù)雜、成本高,實現(xiàn)高分辨率、高精度較為困難。通用的交流伺服系統(tǒng)上采用的絕對式編碼器精度一般在12位至20位之間。當(dāng)前世界上生產(chǎn)光電軸角編碼器的主要廠家有:德國Heidenhain公司,OPTION公司,美國的Itek公司,B&L公司,三豐公司,日本的尼康公司和佳能公司直角坐標(biāo)機器人概念:工業(yè)應(yīng)用中,能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機。他能夠搬運物體、操作工具,以完成各種作業(yè)。關(guān)于機器人的定義隨著科技的不斷發(fā)展,在不斷的完善,直角坐標(biāo)機器人作為機器人的一種,其含義也在不斷的完善中。根據(jù)對于這一概念的分析,我們作如下闡述:一、 直角坐標(biāo)機器人的特點:1,多自由度運動,每個運動自由度之間的空間夾角為直角。2,自動控制的,可重復(fù)編程,所有的運動均按程序運行。3,一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、操作工具等組成。4,靈活,多功能,因操作工具的不同功能也不同。5,高可靠性、高速度、高精度。6,可用于惡劣的環(huán)境,可長期工作,便于操作維修。二、 直角坐標(biāo)機器人的應(yīng)用:因末端操作工具的不同,直角坐標(biāo)機器人可以非常方便的用作各種自動化設(shè)備,完成如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、(軟仿型)噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種,便批量的柔性化作業(yè),對于穩(wěn)定,提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高勞動生產(chǎn)率,改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代期著十分重要的作用。三、 直角坐標(biāo)機器人的分類:1,按用途分:焊接機器人、碼垛機器人、涂膠(點膠)機器人、檢測(監(jiān)測)機器人、分揀(分類)機器人、裝配機器人、排爆機器人、醫(yī)療機器人、特種機器人等。按結(jié)構(gòu)形式分:壁掛(懸臂)機器人、龍門機器人、倒掛機器人等3,按自由度分:兩坐標(biāo)機器人、三坐標(biāo)機器人、四坐標(biāo)機器人、五坐標(biāo)機器人、六坐標(biāo)機器人。還有其他一些分法,這里就不一一介紹了。四、 直角坐標(biāo)機器人核心元件一一直線定位單元為了降低直角坐標(biāo)機器人的成本,縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期,增加產(chǎn)品的可靠性、提高產(chǎn)品性能,在歐美的許多國家都已將直角坐標(biāo)機器人模塊化,而直線定位單元(系統(tǒng))則是模塊化的最典型的產(chǎn)品。一個完整的定位單元(系統(tǒng))由幾部分組成1,定位體型材:作為軌道的安裝支撐部分,該型材不同于一般的框架型材,它要求非常高的直線度,平面度。運動軌道:安裝在定位體型材上,直接支撐運動的滑塊。一個定位體型材(系統(tǒng))上,可能安裝一根運動軌道,也可能安裝多根運動軌道,軌道的特性及數(shù)量直接影響定位單元(系統(tǒng))的力學(xué)特性。組成定位系統(tǒng)的軌道種類很,通用的有直線滾珠軌道,直線圓柱鋼軌道。運動滑塊:由負(fù)載安裝板、軸承架、滾輪組(滾珠組)、除塵刷、潤滑腔、密封蓋組成。運動滑塊與軌道通過滾輪或滾珠藕合在一起。實現(xiàn)運動的導(dǎo)向。傳動元件:通用的傳動元件有同步帶、齒形帶、絲杠/滾珠絲杠、齒條、直線電機等。7,軸承及軸承座:用于安裝傳動元件及驅(qū)動元。五、 直角坐標(biāo)機器人驅(qū)動元件一一電機驅(qū)動系統(tǒng)直線定位單元(系統(tǒng))之所以能夠?qū)崿F(xiàn)精確的運動定位,是由電機驅(qū)動系統(tǒng)決定的。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有:交流/支流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)、步進電機驅(qū)動系統(tǒng)、直線伺服電機/直線步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。每一個驅(qū)動系統(tǒng)都由電機和驅(qū)動器兩部分組成。驅(qū)動器的作用是將弱電信號放大,將其加載在驅(qū)動電機的強電上,驅(qū)動電機。電機則是將電信號轉(zhuǎn)化成精確的速度及角位移。在要求高動態(tài),高速運行狀態(tài)、大功率驅(qū)動等場合多用交流/支流伺服電機系統(tǒng)作為驅(qū)動;在要求低動態(tài),低速運行狀態(tài)、小功率驅(qū)動等場合可用步進電機系統(tǒng)作為驅(qū)動;而在在要求極高動態(tài),高速運行狀態(tài)、高定位精度等場合才會用到直線伺服系統(tǒng)驅(qū)動。六,直角坐標(biāo)機器人的靈魂 控制器為實現(xiàn)機器人的靈活多變的運動功能、迅速的反應(yīng)處理功能,機器人必須要有一個大腦一一控制器。控制器的功能是指令源,它可以根據(jù)編號的程序時時發(fā)出控制指令、時刻接受反饋信號、時刻判斷處理信息。根據(jù)功能的不同,控制器可以有很多種:1,工控機與運動控制卡的組合:運動控制卡借用計算機的資源,利用自身的運動控制功能實現(xiàn)控制。2,脫機運動控制卡:借用計算機編好程序,可將程序自我存儲,脫機運行。3,PLC-借用計算機編好程序,可將程序自我存儲,脫機運行。4,專用控制器。七,直角坐標(biāo)機器人的終端設(shè)備一一操作工具直角坐標(biāo)機器人的終端設(shè)備應(yīng)用途不同,可以裝配各種各樣的操作工具:如焊接機器人的終端操作工具是焊槍:碼垛機器人終端操作工具是抓手;涂膠(點膠)機器人終端操作工具是膠槍、檢測(監(jiān)測)機器人終端操作工具是相機或激光。有些工作復(fù)雜的工作,單一操作工具不能完成,需要安裝兩個或以上操作工具才可以。如對于非固定軌跡運動物體的抓取除需要機械抓手外,還需要一個相機,時刻跟蹤計算物體的空間位置主軸直接承受切削力,轉(zhuǎn)速范圍變化又較大。所以對主軸組件的主要性能提出如下要求:1) 回轉(zhuǎn)精度:是指主軸在無負(fù)荷的轉(zhuǎn)動條件下,主軸前端工作部位的徑向和軸向跳動值,回轉(zhuǎn)精度的測量一般分為靜態(tài)測量、動態(tài)測量、間接測量。目前我國在生產(chǎn)中大都還是運用傳統(tǒng)的靜態(tài)測量。2) 運動精度:是指工作狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)精度。這個精度通常與低速回轉(zhuǎn)精度有較大差別,運動狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸的工作速度、軸承性能以及主軸本身的平衡性能。3) 剛度:是指在受外力時,主軸抵抗變形的能力。剛性不足在切削力的作用下,主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形。不僅影響加工質(zhì)量,還會破壞軸承的正常工作條件、加快磨損。4)抗振性:是指切削加工時,主軸保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)而又不發(fā)生振動的能力。是主軸及箱體受5)主軸溫升:主軸運轉(zhuǎn)時,溫升過高會引起兩方面的不良結(jié)果。是主軸及箱體受熱變八、、形直接影響加工精度;二是軸承的正常潤滑條件遭到破壞,影響軸承的正常工作,甚至出現(xiàn)“抱軸”。6)耐磨性:只有具備足夠的耐磨性,才能長期保持精度。因此主軸的關(guān)鍵部位(如主軸錐孔)要經(jīng)良好的表面熱處理。Q:我用SV控制卡控制伺服電機的時候,一打開伺服電機就飛轉(zhuǎn)。請問這是什么原因?A:電機飛轉(zhuǎn)可能主要有以下幾種原因:控制卡的編碼器方向設(shè)置錯誤,形成正反饋控制,造成電機飛轉(zhuǎn)。解決方法:將編碼器A、B向反相。伺服電機的參數(shù)設(shè)置錯誤,比如松下伺服電機的正方向設(shè)置為反向也會造成電機飛轉(zhuǎn)。解決方法:將驅(qū)動器的運動方向參數(shù)做修改。Q:在Windows下使用ISA總線的控制卡時,在開始進入演示程序時,系統(tǒng)總是提示控制卡打開失敗,請問是什么原因?A:這說明控制卡和計算機之間的通訊沒有建立起來,造成這樣的情況可能有以下幾方面的原因:如果你沒有安裝ISA、PCI卡的驅(qū)動程序,你首先安裝驅(qū)動程序。首先應(yīng)該把電腦關(guān)掉,檢查控制卡與ISA(PCI)插槽之間的接觸是否良好。檢查控制卡的跳線是否正確,JP1的跳線一般選用默認(rèn)的地址(0X300)在DEMO目錄下有GTCmd.ini配置文件,需要對板卡做相應(yīng)的設(shè)置。如果上述方法執(zhí)行之后,板卡仍然不能工作,聯(lián)系固高科技公司的技術(shù)服務(wù)部門咨詢Q:我在安裝PCI總線的控制卡時,系統(tǒng)提示我找不到該設(shè)備的驅(qū)動程序,請問這是什么原因?A:請嘗試更換插槽、清潔金手指或更換計算機后使用。Q:我在Windows2000下使用PCI控制卡時,驅(qū)動程序安裝成功,板卡使用正常,但是當(dāng)我重新開機時,進入演示程序時,系統(tǒng)提示沒有此PCI設(shè)備,PCI設(shè)備打開失敗。請問這是什么原因?A:這種現(xiàn)象說明PCI控制雖然可以使用,但是運行不穩(wěn)定,出現(xiàn)這種情況,應(yīng)該檢查Windows設(shè)備管理器,查看PCI控制卡的資源與其它PCI卡的資源,查看它們的中斷號是否有一樣的情況,如果有就應(yīng)該更換PCI插槽,直到PCI卡之間的中斷不一樣為止Q:我使用的是步進控制卡,控制步進電機,但無論發(fā)正向運動指令還是反向指令電機都是朝一個方向走,請問這是什么原因?A:運動控制器控制步進電機有兩種控制模式,一種是正負(fù)脈沖控制模式,一種是脈沖加方向模式,所以電機只朝一個方向走可能是控制方式設(shè)置錯誤,造成。請換另一種控制方式試一下。Q:為什么在運動過程中讀取狀態(tài)值、位置值不準(zhǔn)確,與實際狀態(tài)、位置不符合。我使用的是PCI卡,Windows系統(tǒng)。A:為在Windows下實現(xiàn)對中斷的管理,我們在驅(qū)動中做了中斷處理程序。在中斷產(chǎn)生,應(yīng)用程序未對中斷處理時,驅(qū)動程序自動將中斷產(chǎn)生軸設(shè)置為當(dāng)前軸,并清除中斷標(biāo)識。所以在PCI卡的初始化中,應(yīng)按照說明書初始化的說明,將各個軸的中斷屏蔽字設(shè)置為0。Q:在發(fā)出速度、加速度、位置值后,位置值直接跳到目標(biāo)值。速度設(shè)置為100Pulse/ST,位置值為1000脈沖。A:速度值比較大,位置值比較小。以上述數(shù)據(jù)為例只需十幾個控制周期就可以到達(dá)位置。我們卡的速度、加速度的單位是脈沖每控制周期,默認(rèn)的控制周期為200微妙(或400微妙),在設(shè)置參數(shù)前,需要參考說明書注意并計算速度和加速度值。Q:在板卡使用中發(fā)現(xiàn)端子板的LED不亮了,請問是什么問題?A:卡的保險電阻燒了。在產(chǎn)品包裝中備有兩個保險電阻,可以直接更換。在使用中注意不要帶電插拔控制器和端子板。另外亦可自己購買保險電阻,型號為2A,靜態(tài)電阻<1。Q:我使用GT-400-SG卡,我的驅(qū)動器沒有驅(qū)動報警信號,是否可以不接(懸空)?A:可以,但需將端子板的CN5(CN6,CN7,CN8)Pin1和Pin2腳短接。Q:我使用GT-400-SG-PCI-S卡,運行DEMO程序時,顯示“設(shè)備打開失敗”,是什么問題?A:打開DEMO目錄下的GTCmd.ini配置文件,將基地址做如下設(shè)置Address=65535后,保存文件,再運行DEMO。Q:我使用GT系列運動控制器控制步進電機,在進行多段直線或圓弧連續(xù)插補運動時,機臺出現(xiàn)震動,加工軌跡有抖動現(xiàn)象,尤其在兩段軌跡的連接處。A:這是由步進電機的特性引起的,在短時間內(nèi)速度有較大變化時,步進電機會丟步,堵轉(zhuǎn)。針對這種情況,運動控制器有專門的處理措施。用戶只需在初始化程序中加入GT_SetAccLmt()函數(shù)。調(diào)整加速度極限的設(shè)置,就可以解決上述問題。Q:我使用的是PC104總線運動控制器,開發(fā)時我們是在ISA總線下設(shè)計調(diào)試的,運行正常,沒有任何問題??墒菗Q到PC104總線下,一上電,電機就開始運動,不能停止。請問是什么問題?A:請檢查運動控制器的CN5是否正常連接并供電。Q:在緩沖區(qū)命令中,GT_SetSynVel(),GT_SetSynAcc()是否占用段號?A:不占用。緩沖區(qū)命令只有直線、圓弧插補占用段號。Q:我在Windows下使用多線程編程,為什么有時從運動控制器讀取的數(shù)值是錯誤的?A:在使用多線程編程時,注意:不能同時對板卡發(fā)送命令°GT系列運動控制器是單線程的,對于同時對運動控制器發(fā)送的兩個或更多命令,會出現(xiàn)錯誤。Q:我使用GT卡,單端接入光柵尺信號,在實驗室工作正常,可是在現(xiàn)場卻出現(xiàn):電機不動情況下,編碼器計數(shù)值緩慢變化的問題,如何解決?A:請檢查光柵尺的供電情況、接地情況以及屏蔽情況。Q:我在將板卡插接到PC機PCI(或ISA)槽時,由于板卡上擋片過高,板卡金手指與插槽接觸不良,造成運行時通訊異常,怎么辦?A:一般為機箱尺寸不標(biāo)準(zhǔn)引起,建議使用品牌計算機或工控機絕對型編碼器輸出的是多位數(shù)碼(格雷碼或純二進制碼),并行輸出就是在接口上有多點高低電平輸出,以代表數(shù)碼的1或0,對于位數(shù)不高的絕對編碼器,一般就直接以此形式輸出數(shù)碼,可直接進入PLC或上位機的I/O接口,輸出即時,連接簡單。但是并行輸出有如下問題:1。 必須是格雷碼,因為如是純二進制碼,在數(shù)據(jù)刷新時可能有多位變化,讀數(shù)會在短時間里造成錯碼。2。 所有接口必須確保連接好,因為如有個別連接不良點,該點電位始終是0,造成錯碼而無法判斷。3。 傳輸距離不能遠(yuǎn),一般在一兩米,對于復(fù)雜環(huán)境,最好有隔離。4。 對于位數(shù)較多,要許多芯電纜,并要確保連接優(yōu)良,由此帶來工程難度,同樣,對于編碼器,要同時有許多節(jié)點輸出,增加編碼器的故障損壞率。并行:時間上,數(shù)據(jù)同時發(fā)出;空間上,每個位數(shù)的數(shù)據(jù)各占用一根線纜。增量型編碼器輸出的通常是并行輸出。串行輸出:串行輸出就是通過約定,在時間上有先后的數(shù)據(jù)輸出,這種約定稱為通訊規(guī)約,其連接的物理形式有 RS232、RS422(TTL)、RS485等。串行輸出連接線少,傳輸距離遠(yuǎn),對于編碼器的保護和可靠性就大大提高了,一般高位數(shù)的絕對編碼器都是用串行輸出的。由于絕對型編碼器的部分知名廠家在德國,所以串行輸出大部分是與德國的西門子配套的,如SSI同步串行輸出,總線型是PROFIBUS-DP的輸出等。串行輸出編碼器連接德國西門子的設(shè)備是比較容易的,但是連接非德國系的設(shè)備,接口就是問題。串行:時間上,數(shù)據(jù)按照約定,有先后;空間上,所有位數(shù)的數(shù)據(jù)都在一組線纜上(先后)發(fā)出。決定質(zhì)點空間位置需要三個坐標(biāo),決定剛體空間位置需要六個坐標(biāo)。一個運動控制系統(tǒng)可以控制的坐標(biāo)的個數(shù)稱做該運動控制系統(tǒng)的軸數(shù)。一個運動控制系統(tǒng)可以同時控制運動的坐標(biāo)的個數(shù)稱做該運動控制系統(tǒng)可聯(lián)動的軸數(shù)。聯(lián)動各軸的運動軌跡具有一定的函數(shù)關(guān)系,例如直線,園弧,拋物線,正弦曲線。直接計算得出運動軌跡的坐標(biāo)值往往要用到乘除法,高次方,無理函數(shù),超越函數(shù),會占用很多的CPU時間。為了實時快速控制運動軌跡,往往預(yù)先對運動軌跡進行直線和圓弧擬合,擬合后的運動軌跡僅由直線段和圓弧段所組成,而計算運動軌跡時,每一點的運動軌跡跟據(jù)前一個坐標(biāo)點的數(shù)據(jù)通過插補運算得到,這樣就把計算簡化為增量減量移位和加減法。實現(xiàn)多軸聯(lián)動的直線插補并不困難,圓弧插補一般為兩軸聯(lián)動。實現(xiàn)插補運算可以有多種算法,例如"DDA算法”,”逐點比較法”,"正負(fù)法”,”最小偏差法(Bresenham算法)"等,其中最小偏差法具有最小的偏差和較快的運行速度。滾珠絲杠副的特性)高效性 滾珠絲杠的機械傳動效率高達(dá)98%且比梯形絲杠需要更少的驅(qū)動力。)高精度 通常現(xiàn)貨提供的滾珠絲杠精度50um/300mm和23um/300mm;也可提18um/300mm12um/300mm的滾珠絲杠副。預(yù)緊的螺母單元有很高的重復(fù)定位精度。)高速度在理想的運行狀態(tài)下允許最高轉(zhuǎn)速3000rpm;其高速性相應(yīng)縮短了工作周期。)安裝方式可隨意選擇安裝滾珠絲杠副位置,當(dāng)應(yīng)考慮由外部導(dǎo)軌承受所有徑向力。(注意:滾珠絲杠不能承受任何徑向力。))低摩擦性由于滾珠絲杠螺母與滾珠之間均為點接觸,且均經(jīng)過硬化熱處理,所以其摩擦系數(shù)極小,因而大大提高使用壽命。數(shù)據(jù)采樣插補是根據(jù)用戶程序的進給速度,將給定輪廓曲線分割為每一插補周期的進給段,即輪廓步長。每一個插補周期執(zhí)行一次插補運算,計算出下一個插補點坐標(biāo),從而計算出下一個周期各個坐標(biāo)的進給量,進而得出下一插補點的指令位置。與基準(zhǔn)脈沖插補法不同的是,計算出來的不是進給脈沖而是用二進制表示的進給量,也就是在下一插補周期中,輪廓曲線上的進給段在各坐標(biāo)軸上的分矢大小,計算機定時對坐標(biāo)的實際位置進行采樣,采樣數(shù)據(jù)與指令位置進行比較,得出位置誤差,再根據(jù)位置誤差對伺服系統(tǒng)進行控制,達(dá)到消除誤差使實際位置跟隨指令位置的目的。數(shù)據(jù)采樣法的插補周期可以等于采樣周期也可以是采樣周期的整數(shù)倍;對于直線插補,動點在一個周期內(nèi)運動的直線段與給定直線重合,對于圓弧插補,動點在一個插補周期運動的直線段以弦線逼近圓弧。數(shù)據(jù)采樣插補主要有:時間分割法、擴展DDA法、雙DDA法等等。4.1數(shù)字積分插補數(shù)字積分插補是脈沖增量插補的一種。下面將首先闡述一下脈沖增量插補的工作原理。4.1.1脈沖增量插補脈沖增量插補是行程標(biāo)量插補,每次插補結(jié)束產(chǎn)生一個行程增

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