Геометрическая задача управления

Важнейшей из задач управления является геометрическая (motion control). Она присутствует во всех системах ЧПУ типа PCNC.

Геометрическая задача состоит из трех крупных модулей: интерпретатор управляющих программ; интерполятор; модуль управления следящими приводами.
ИНТЕРПРЕТАТОР УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ

Интерпретатор транслирует кадры управляющей программы, представляя их в формате, удобном для работы интерполятора. В фазе интерпретации кадра система ЧПУ выполняет эквидистантные расчеты и расчеты, связанные со стыковкой эквидистантных контуров; осуществляет преобразование координатных систем (абсолютная, относительная), преобразование систем измерения (мм, дюймы); вызывает стандартные циклы и подпрограммы; разделяет потоки данных геометрической, логической и других задач.

^ Шаг 1: перевод кадра управляющей программы во внутренний формат. Происходит сортировка информации по типу параметров: G -функции, перемещения, адреса, комментарии.

Таблица 2.1

Пример разбора кадра на первом шаге интерпретации.

Пример кадра	N 20	G 91	G 01	X 20,5	Y 37,5	F 2500	* Comment
G -функции		G 91	G 01
Перемещения				X 20,5	Y 37,5
Адреса	N 20					F 2500
Комментарии							* Comment

Шаг 2: Формирование активного G -вектора, число координат которого соответствует числу групп ^ G -функций. Всякая новая G -команда включается в ту координату G -вектора, которая соответствует номеру группы G -функции и будет существовать, пока ее не заменит другая G -функция из той же группы.

^ Шаг 3: интерпретация кадра групповыми интерпретаторами, соответствующими группе G -функций.

Шаг 4: назначение геометрических перемещений.

Шаг 5: эквидистантная коррекция с учетом размеров инструмента.

^ Шаг 6: стыковка соседних эквидистантных контуров.

Шаг 7: генерация выходного сигнала в соответствии с текущими значениями параметров.

На завершающей стадии данные поступают в кольцевой буфер, позволяющий анализировать на совместимость группу соседних кадров с эквидистантной коррекцией. Окончательный результат интерпретации представлен в виде IPD - кода.

ИНТЕРПОЛЯТОР

Задание приращений по двум осям координат не определяет заданного прямолинейного движения инструмента между точками. При постоянной скорости подачи по осям вследствие неравенства координат заданной точки время движения по оси X не будет равно времени движения по оси Y, и заданная траектория будет искаженной (на рис. 2.1, а она показана штрихами).

Приблизить фактическую траекторию к заданной можно, введением промежуточных опорных точек (точки 2—5 на рис. 2.1, б) и заданием соответствующей последовательности перемещений инструмента между этими точками, например: (Δ х, Δ у); (2Δ х); (2Δ х, 2Δ у); (Δ х); (Δ х, Δ у), т. е. траекторию приходится разбивать на более мелкие участки. Величина δ определит ошибку в отработке.

При программировании введение дополнительных опорных точек приводит к резкому увеличению расчетов и объема программы. Поэтому в практике детальное представление заданной траектории движения инструмента между двумя опорными точками осуществляется с помощью специального вычислительного устройства интерполятора.

Интерполятор непрерывно, т.е. в каждый данный момент, в процессе перемещения инструмента от одной опорной точки к другой поддерживает функциональную связь между координатами опорных точек. Если функция выражает прямую линию, то отрабатываемая траектория будет линейной, а интерполятор называется линейным. В процессе работы такой интерполятор при исходных заданных приращениях Δ х ₁ и Δ у ₁ (см. рис. 2.1, а)непрерывно должен поддерживать такое соотношение скоростей движения инструмента по осям, при котором инструмент будет перемещаться по заданной линейной траектории.

Рис. 2.1. Линейные траектории перемещения центра инструмента

Обеспечить точно функциональную связь между движениями по осям координат в каждой данной точке траектории очень сложно. В большинстве существующих станков перемещение инструмента по заданной траектории осуществляется приближенно, путем включения подачи попеременно то вдоль одной, то вдоль другой оси. При этом интерполятор системы управления непрерывно оценивает отклонения от заданной траектории и стремится свести эти отклонения к минимуму. Скачки ступенчатой траектории при формировании заданной незначительны. Они равны или кратны цене одного управляющего импульса, поступающего из интерполятора, или импульса, формируемого датчиком обратной связи. Например, прямая наклонная линия может формироваться попеременной подачей на приводы импульсов в такой последовательности: один импульс по оси Y и два импульса по оси X (рис. 2.1, в). Поскольку в современных станках наиболее часто цена импульса принимается равной 0,001 мм, то перемещение между двумя соседними опорными точками практически можно рассматривать как плавное. Интерполяция может быть также круговой, с помощью полиномов второй и высших степеней и др.

Работа интерполятора основана на решении определенных задач. Известно несколько методов интерполяции, среди которых наиболее распространен метод оценочной функции, основанный на решении алгебраических уравнений. Различают линейную интерполяцию и круговую, и соответствующие им интерполяторы. Современные станки с ЧПУ, как правило, имеют линейно-круговые интерполяторы, решающие задачи как линейной, так и круговой интерполяции, а в ряде случаев и задачи интерполяции кривых второго порядка.

В последнее время к интерполятору предъявляют новые требования: уменьшение цен дискреты в приводе до 0,5 микрона и меньше, прямой выход на приводы, что необходимо при особо высоких скоростях подачи, разложение сложных перемещений на линейные комбинации простых перемещений. Эти требования определяют открытую структуру интерполятора, в которой четко обозначены отдельные блоки. Открытый интерполятор допускает свободное наращивание алгоритмов интерполяции и произвольную их комбинацию при воспроизведении сложных траекторий в многокоординатном пространстве. Режим работы определяется в зависимости от содержания кадра управляющей программы. Например, при обработке винтовой линии будут включены блоки линейного разгона-торможения, круговой интерполяции, линейной интерполяции, управления приводами подач. При обработке деталей на пяти- и более координатных станках возможна одновременная работа нескольких круговых, линейных и сплайновых интерполяторов.