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1、 南京工程学院 本科毕业设计说明书（论文）题 目： 两轴联动数控系统轮廓误差分析与补偿 专 业： 机械设计 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 2013.2.252013.6.14 设计地点： 毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要： 数控系统是现代机械制造系统的重要基础之一。数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工零件的实际轮廓精度和加工精度都会受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为了提高数控系统进给运动控制的性能，本论文将从不同的角度对影响运动精度的因素进行分析与研究。利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink构建进给系统的仿真模型，获得了反应系统
2、性能的仿真曲线。 本设计具体研究了数控系统进给运动常规位置控制算法、前馈控制等对定位、直线插补、圆弧插补运动的影响。通过对数控机床进给伺服系统及机械中影响轮廓运动精度的几个主要因素进行仿真，给出了在不同因素影响下，轮廓运动的典型误差分布曲线，对数控机床精度调试具有指导意义。同时，分析了前馈控制对数控系统进给运动的轮廓误差影响，并进行了仿真与调试，对提高进给运动精度具有很大地理论研究意义和实际应用价值关键词：数控系统；轮廓误差；MATLAB/Simulink毕业设计说明书（论文）英文摘要Title Analysis and Compensation of Contour Error for 2-
3、axis CNC SystemAbstractNC system is one of the important basis of modern machine manufacturing system. The feeding movement of CNC machine tool is the direct object of digital control while the final contour and processing accuracy of the processed parts are affected by movement precision , sensitiv
4、ity and stability. In order to improve the performance of the motion control of NC system, it will be analysed and researched by different points of views. The simulation model is built up by the simulink of MATLAB and the simulation curve lines of reflecting the system performances are acquired.The
5、 design makes specific research into the impact of the movement of conventional position control algorithms, feed-forward control of positioning, linear interpolation, circular interpolation. Based on the simulation study and test for several main factors in the feed system and drive mechanism of th
6、e CNC machine tools that affect the contour movement accuracy, the typical error distribution curves of the contour movement are given, which are helpful for the adjustment of CNC machine tools. Meanwhile, it gives research on the feed-forward control with simulation and debugging. It is of great im
7、portance to improve the accuracy of the feed movement in theoretical study and practical application value.Key words: NC system; Contour error; MATLAB/Simulink南京工程学院工业中心毕业设计说明说（论文）目 录前言.1第一章 绪 论21.1 引言21.2 选题背景与意义51.3 研究现状51.4 本文的结构6第二章 MATLAB 开发环境72.1 MATLAB简介72.2 MATLAB的常用图形命令82.2.1 绘图函数plot( )82.
8、2.2 多次重叠绘制图形82.3 SIMULINK仿真工具概述82.3.1 MATLAB及其SIMULINK82.3.2 SIMULINK的适用对象92.3.4 SIMULINK的建模92.3.5 SIMULINK的仿真102.4 SIMULINK自定义子系统与子系统的封装102.4.1 自定义子系统102.4.2 子系统的封装11第三章 基于MATLAB的逐点比较法插补133.1 逐点比较法插补概述133.2 逐点比较法直线插补程序143.2.1 逐点比较法直线插补原理143.2.2 直线插补设计流程163.3 逐点比较法圆弧插补程序213.3.1 逐点比较法NR1圆弧插补原理213.3.2
9、 逐点比较法四象限圆弧插补设计流程24第四章 插补运动轮廓误差分析314.1 数控系统伺服结构模型314.2 伺服系统影响轮廓精度的数学分析314.2.1 加工直线轮廓与MATLAB仿真314.2.2 加工圆弧轮廓与MATLAB仿真35第五章 结 论41致 谢43参考文献44附件： 毕业论文光盘资料- 2 -前 言 在工业控制领域，如何更有效地实现控制算法一直是人们普遍关心的问题。目前，工控组态软件具有丰富的图形功能，强大的与硬件通信的能力，但是它的计算能力不强，难以实现复杂的控制策略。MATLAB语言具有强大的科学运算能力，借助其自带的工具箱可实现各种复杂算法的运算1。同时，在工业测控系统开
10、发过程中，实现测控系统与仿真系统的集成是当前的一个发展方向。因此，在工业控制中将工控组态软件与MATLAB相结合，实现优势互补一直是自动控制领域研究的热点。 伺服系统是数控机床的重要组成部分,其中进给伺服系统的性能又在很大程度上决定了数控机床的加工精度与质量。为了准确得到数控进给伺服系统各参数对数控加工轮廓误差的影响,借助软件MATLAB,应用其仿真集成环境工具SIMULINK,建立数控伺服系统结构模型,分析其加工轮廓的仿真结果。其直观的图形效果,为改善和提高数控机床进给伺服系统的性能提供理论依据。在数控技术领域内，对精度有较高的要求。尤其对动态性能分析和调试难度更大，但现在各个领域对加工精度
11、要求越来越高，所以解决这个技术问题成了当务之急。与此同时，在工业测控系统开发过程中，实现测控系统与仿真系统的集成是当前的一个发展方向。因此，在工业控制中将工控组态软件与MATLAB相结合，实现优势互补一直是自动控制领域研究的热点。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势。- 2 -第一章 绪 论1.1 引言 当代，数控技术的典型应用是FMC/FMS/CIM，其趋势是向高速化、高精度化、高效加工、多功能化、复合化和智
12、能化方向发展。其主要发展动向是研制开放式全功能通用数控系统。 1. 数控装置 (1)向高速度、高精度方向发展 随着数控机床向高速度、高精度方向发展的需要，数控装置要能高速处理输入的指令数据并计算出伺服机构的位移量，而且要求伺服电机能高速度地做出反应。目前高速主轴单元（电主轴）转速已达15000r/min100000r/min以上，进给运动部件不但要求高速度且具有高的加、减速功能，其快速移动速度达60120m/min以上，工作进给速度已高达60m/min以上。微处理器芯片的迅速发展，为数控系统采用高速处理技术提供了保障。CPU已由80年代的16（如FANUC-6M等）位发展为现今的32位（如FA
13、NUC-15等）以及64位CPU的数控系统，90年代还出现了精简指令集（RISC）芯片的数控系统（如FANUC-16等）。CPU的频率由原来的5MHz、10MHz，提高到几百兆MHz、上千兆MHz，甚至更高，进一步提高了系统的运算速度。由于运算速度的极大提高，当分辨率为0.1m，0.01m状况下仍能获得很高的进给速度和快速进给速度（100240m/min）。 (2)向基于个人计算机（PC）的开放式数控系统发展，由于PC机具有良好的人机界面，软件资源特别丰富，近来CPU主频已高达1000多MHz以上，内存128M以上，外存30GB以上已是常见之事；相应的Windows, Windows NT，界
14、面更加友好，功能更趋完善，其通讯功能，连网功能，远程诊断和维修功能将更加普遍。更重要的是微机成本低廉，可靠性高。日本，美国，欧盟等国家正在开放式的PC（微机）平台上进行“开放式数控系统”的研究，包括标准、结构、编程、通讯、操作系统以及样机的研制等。 (3)配置多种遥控接口和智能接口。系统除配置RS232C串行接口、RS422等接口外，还有DNC(Direct Numerical Control-直接数控，也称群控) 接口。为适应网络技术的需要，许多数控系统还带有与工业局域网络（LAN）通讯的功能，而且近年来不少数控系统还带有MAP (Manufacturing Automation Proto
15、col-制造自动化协议)等高级工业控制网络按口，以实现不同厂家和不同类型机床联网的需要。 (4)具有很好的操作性能。系统具有“友好”的人机界面，普遍采用薄膜软按钮的操作面板，减少指示灯和按钮数量，使操作一目了然。大量采用菜单选择操作方式，使操作越来越方便。CRT显示技术大大提高，彩色图像显示已很普遍，不仅能显示字符、平面图形，还能显示三维图影，甚至显示三维动态图形。 (5)数控系统的可靠性大大提高。大量采用高集成度的芯片，专用芯片及混合式集成电路，提高了硬件质量，减少了元器件数量，这样降低了功耗，提高了可靠性。新型大规模集成电路采用表面贴装技术，实现 了三维高密度安装工艺。元器件经过严格筛选，
16、建立由设计、试制到生产的一整套质量保证体系，使得数控系统的平均无故障时间（MTBF）达到1000036000小时。 2. 伺服系统 伺服驱动技术是数控技术的重要组成部分。与数控装置相配合，伺服系统的静态和动态特性直接影响机床的位移速度，定位精度和加工精度。现在，直流伺服系统被交流数字伺服系统所取代；伺服电机的位置，速度及电流环都实现了数字化；并采用了新的控制理论，实现了不受机械负荷变动影响的高速响应系统。其主要新发展的技术有： (1)前馈控制技术。过去的伺服系统，是把检测器信号与位置指令的差值乘以位置环增益作为速度指令。这种控制方式总是存在着跟踪滞后误差，这使得在加工拐角及圆弧时加工精度恶化。
17、所谓前馈控制，就是在原来的控制系统上加上速度指令的控制方式，这样使伺服系统的跟踪滞后误差大大减小。 (2)机械静止摩擦的非线性控制技术。对于一些具有较大静止摩擦的数控机床，新型数字伺服系统具有补偿机床驱动系统静摩擦的非线性控制功能。 (3)伺服系统的位置环和速度环（包括电流环）均采用软件控制，如数字调解和矢量控制等。为适应不同类型的机床，不同精度和不同速度要术，预先调整加、减速性能。 (4)采用高分辨的位置检测装置。如高分辨率的脉冲编码器，内有微处理器组成的细分电路，使得分辨率大大提高，增量位置检测为10000 p/r（脉冲数/每转）以上；绝对位置检测为1000000 p/r以上。 (5) 补
18、偿技术得到了发展和应用。现代数控系统都具有补偿功能，可以对伺服系统进行多种补偿，如丝杠螺距误差补偿，齿侧间隙补偿、轴向运动误差补偿、空间误差补偿和热变形补偿等。 3. 机械结构技术 为适应数数控技术的发展，机械结构也发生了很大的变化。为缩小体积，减少占地面积，更多地采用机电一体化结构。为了提高自动化程度，而采用自动交换刀具，自动交换工件，主轴立、卧自动转换，工作台立、卧自动转换，主轴带C轴控制，万能回转铣头，以及“数控夹盘”，“数控回转工作台”，“动力刀架”和“数控夹具”等。为了提高数控机床的动态特性，伺服系统和机床主机进行很好的机电匹配。同时主机也借助计算机进行模块化、优化设计。 4. 数控
19、编程技术 数控编程技术是实现数控加工的主要环节，当前其发展趋势有： (1)脱机编程发展到在线编程。传统的编程是脱机进行的。由人工、计算机以及采用编程机来完成，然后再输入给数控装置。现代的CNC装置有很强的存储和运算能力，把很多自动编程机具有的功能，移植到数控装置的计算机中来，在人工操作键盘和彩色显示器的作用下，在线的以人机对话方式进行编程，并具有前台操作、后台编程的功能。 (2)具有机械加工技术中的特殊工艺和组合工艺方法的程序编制功能。除了具有圆切削、固定循环和图形循环外，还有宏程序设计、子程序设计功能，会话式自动编程、蓝图编程和实物编程功能。 (3)编程系统由只能处理几何信息发展到几何信息和
20、工艺信息同时处理的新阶段。新型的CNC系统中装入了小型工艺数据库，使得在线程序编制过程中可以自动选择最佳切削用量和适合的刀具。 5. 向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化将不断提高。 (1)应用自适应控制（Adaptive Control）技术。数控系统检测加工过程中的一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。 (2)引入专家系统指导加工。将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律与特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。当前已开发出模糊逻辑控制和带自学习功能的人工神经网络的数控系统和其它数控加工系统。
21、 (3)引入故障诊断专家系统 (4)智能化伺服驱动装置。可以通过自动识别负载而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行状态。1.2 选题背景与意义由于伺服系统是数控机床进给运动的执行者，其工作性能优劣与否，以及是否调整至最佳状态，对机床的加工精度影响至深。目前，国内各伺服系统的制造生产单位和机床厂家缺乏对带有负载的伺服系统进行动态性能分析和在线调试的有效手段，往往出现超调、振荡、位置控制过于滞后等现象，需要一种新方法来解决这一难题。伺服系统的主要参数与负载有密切关系，只有通过带负载的在线调试，才能保证伺服系统最佳动态性能，使工作处于最佳状态。本次毕业设计是通过MATLAB软件进行计算机数控系统的
22、仿真和分析，很方便地通过系统输出观察其动态性能。分析多轴联动插补计算机数控系统零件轮廓误差形成的原因，利用MATLAB语言结合Simulink编程，在进行仿真分析的过程中特别关注动态过程的仿真和理论分析(以往主要是关注静态过程)，通过查看各个环节参数变化对系统精度的影响，总结出减小综合误差的方法与途径，为提高数控机床的精度作出理论指导，具有很大的理论价值和现实意义。1.3 研究现状 从宏观上看数控系统可分为专用计算机数控系统和通用计算机数控系统两大类。目前国内外众多厂商普遍看好的数控系统发展方向是通用计算机数控系统。在通用机数控中最成功的当属PC数控系统。目前，PC数控系统的体系结构主要有以下
23、几种形式：(1)专用数控加PC前端的复合式结构,这类系统的设计思想是将通用PC和专用NC通过高速信息交换通道连接到一起组成一复合式数控系统。这类系统的优点是可以保持原有数控基础，发挥厂家在以硬件专用芯片实现特殊控制功能等方面的优势，且技术上容易保密，因此多为一些老的数控厂商或实力较强的厂家所采用。这类系统的最大缺点是开放性有限、开发和生产成本较高，技术升级换代较慢。可以预计，在我国现有条件下，此类系统不会有大的发展。(2)通用PC加实时控制单元的递阶式结构其设计思想是利用PC机作为数控系统软硬件平台，在其标准总线上直接连接实时控制单元(将实时控制板卡插入总线插槽中)而组成完整的数控系统。其中，
24、PC机主要完成数控系统中上层一些实时性不是很强的任务并对全系统的运行进行协调和管理，而实时控制单元则完成数控下层的高实时性控制任务。实时控制单元可以是带轨迹插补计算、位置控制、开关量控制(PLC)等的完整的CNC单元，也可以是仅具有位置控制功能的简单位控卡或与数字式伺服接口的数字脉冲转换卡。由于这类系统结构简单、易于实现开放性、成本相对较低，因此得到了国内外许多厂商，特别是中小厂家的广泛采用。但这类系统也存在一些缺点。最突出的就是实时控制单元与伺服驱动单元间的信息交换问题。目前，将实时控制信息送往伺服驱动单元的方法主要有两种：一种是通过模拟量形式进行，主要问题是难以消除零飘、温飘对精度的影响，
25、容易受外部干扰。另一种是通过脉冲量形式进行，主要缺点是实时控制单元与伺服驱动单元间需通过非编码方式直接传递指令脉冲信号，一旦丢失脉冲或引入了干扰脉冲，难以进行查错纠错，不易保证信息的高可行性。(3)数字化分布式结构,其方案是将由DSP等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与PC数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。由于这种系统采用分布式计算和控制，并通过具有高可靠性和高实时性的网络进行通讯和协调，因而可以最大限度地发挥各子系统的能力，使整个数控系统具有很好的性能。但是，这种系统的开发和生产成本很高。1.4 本文的结构本论文主要是对数控系统进给运动控制性能的研究，并建立进给运动控制的数学模
26、型，构建SIMULINK模型进行仿真分析。全文共分为五章，各章的主要内容如下：第一章简述了数控系统的概念，发展趋势，特点与相关研究背景；第二章介绍了MATLAB软件的功能，SIMULINK仿真工具的建模；第三章对给出的流程图，进行分析，并使用MATLAB软件进行编程模拟；第四章插补运动轮廓分析，其中主要对X,Y轴增益影响直线运动和圆弧运动的精度进行了理论分析和SIMULINK建模仿真；第五章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。第二章 MATLAB 开发环境2.1 MATLAB简介MATLAB是MathWorks公司于1982年推出的一款功能强大、易于使用的高效数值计算和可
27、视化软件，设计者的初衷是为了解决“线性代数”的矩阵运算问题，取名MATLAB即Matrix Laboratory（矩阵实验室）的意思，它为进行算法开发、数据计算与可视化、信号分析与图形显示提供了交互式应用开发环境。MATLAB是MathWorks产品家族中所有产品的基础，它包括了基础数学计算、编程环境（M语言）、数据可视化、GUIDE等。附加的大量支持建模、分析、计算应用的工具箱扩展了MATLAB基本环境用于解决特定领域的工程问题，如MATLAB已广泛应用于数字信号处理、自动控制、动态仿真、小波分析、神经网络等领域。MATLAB Compiler是一种编译工具，它能够将那些利用MATLAB提供
28、的编程语言M语言编写的函数文件编译生成为函数库、可执行文件COM组件等。这样就可以扩展MATLAB功能，使MATLAB能够同其他高级编程语言例如C、C+语言进行混合应用，取长补短，以提高程序的运行效率，丰富程序开发的手段。利用M语言还开发了相应的MATLAB专业工具箱函数供用户直接使用。这些工具箱应用的算法是开放的、可扩展的，用户不仅可以查看其中的算法，而且可以针对一些算法进行修改，甚至允许开发自己的算法扩充工具箱的功能。目前MATLAB产品的工具箱有四十多个，分别涵盖了数据采集、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。Simulink
29、是基于MATLAB的动态仿真设计环境，可用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控制指导系统、通信系统等，其中包括连续、离散、条件执行、事件驱动、单速率、多速率和混杂系统等。Simulink提供了利用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形界面，而且它还提供了丰富的功能模块以及不同的专业模块集合，利用Simulink几乎可以做到不用写一行代码完成整个动态系统的建模工作。Stateflow是一个交互式的设计工具，它基于有限状态机的理论，可以用来对复杂事件驱动系统进行建模和仿真。Stateflow与Simulin
30、k和MATLAB紧密集成，可以将Stateflow创建的复杂控制逻辑有效地结合到Simulink的模型中。MATLAB结合第三方软硬件产品组成了在不同领域内的完整解决方案，实现了从算法到实时仿真再到代码生成与最终产品实现的完整过程。2.2 MATLAB的常用图形命令2.2.1 绘图函数plot( )MATLAB提供了丰富的绘图功能，可以将设计或分析结论转化为直观的2-D或3-D图形表示。因为MATLAB基于矩阵运算，而2-D图形的构建正是一个向量相对于另一个向量的数值变化，所以绘图在建立向量后使用绘图函数就可以方面地完成。最常用的2-D线性绘图函数是plot函数，其一般形式如下： plot(x
31、 , y) 画矢量y相对于x的图形。 plot(x , y, s) S是特征字符串，用于选取线型、颜色和标识。 plot(x1,y1,s1,x2,y2,s2,x3,y3,s3,) 在同一个图形窗口绘制多个图形。例如：plot(x ,y ,r+: ) %绘制红色点划线，每一个数据点用+标识2.2.2 多次重叠绘制图形控制系统的仿真与计算中，还会有在已经存在的图上再重复绘制一条或多条曲线的情况。为此，MATLAB提供了以下指令。hold on 指令的功能是使当前轴与图形保持不变，准备此后在此图上再叠加绘制的新曲线。hold off 指令的功能是使当前轴与图形不再具备不被刷新的功能。hold 当前图
32、形是否具备被刷新功能的双向切换开关。2.3 SIMULINK仿真工具概述2.3.1 MATLAB及其SIMULINKMathworks开发的SIMULINK是MATLAB里的工具箱之一，主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析，从而可以在实际系统制作出来之前，预先对系统进行仿真与分析，并可以对系统做适当的实时修正或者按照仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数，以提高系统的性能，减少设计系统过程中反复修改的时间，实现高效率地开发系统的目标。2.3.2 SIMULINK的适用对象SIMULINK支持连续与离散系统以及连续离散混合系统，也支持线性与非线性系统，还支持具有多种采样频率(Multirat
33、e)的系统，也就是不同的系统能够以不同的采样频率进行组合，以仿真较大较复杂的系统。2.3.3 SIMULINK的模块库与模型窗口在MATLAB的命令窗口里输入“SIMULINK”命令然后按回车键；或者连续选择MATLAB命令窗口中的【File】下的【New】下的【Model】选项命令或者选择【】按钮选项均可进入SlMULINK界面即仿真器或模块库(图2.1)。再点击图2.1上部工具栏的【】按钮，就可进入“untitled”空白设计区桌面即模型窗口，用户可以在此窗口中画出SlMULINK仿真图。图2.1 SIMULINK界面2.3.4 SIMULINK的建模SIMULINK为用户提供了用方框图进
34、行系统建模的图形窗口，采用这种建模方式来绘制控制系统的动态模型结构图，就像用笔与纸来画图一样容易，且更简单、准确而快捷。它与传统的仿真软件采用微分方程或者差分方程建模相比，具有更直观、更简单方便与更灵活的优点。这样可大大简化设计流程，减轻设计负担，降低设计成本，提高工作效率。根据实际工程中控制系统的具体构成，将上述模块库中提供的各种标准环节拷贝到SIMULINK的模型窗口中，再用SIMULINK的连线方法连接成一个完整的SIMULINK动态结构图。各个环节可按SIMULINK特定的方法改变或设定其参数以与实际控制系统相对应。在对于较大的系统建立模型时，SIMULINK提供了系统分层排列的功能。
35、SIMULINK可将系统分为从高级到低级的好几层，每层又可以分为好几个小部分；每层系统模型创建完成后，再将其连接起来就是一个完整的系统了。分层的功能使我们可以方便地组织系统。2.3.5 SIMULINK的仿真在定义完一个模型以后，可以通过SIMULINK的菜单或者MATLAB命令窗口键入命令来对系统进行仿真以及分析其动态特性。对于使用者而言，菜单方式交互性强，非常方便；而命令方式对于运行某些方面的仿真程序是非常有用的。SIMULINK内置的分析工具包括各种仿真算法、系统线性化、寻找平衡点等等。采用Scope模块与其他的画图模块，可以在仿真进行的同时，就观看到仿真结果除此之外，使用者还可以在改变
36、系统参数后观看系统中发生的迅速变化情况。仿真的结果还可以以变量的形式保存起来，并将其输入到MATLAB的工作空间里做进一步的分析、处理或利用。2.4 SIMULINK自定义子系统与子系统的封装2.4.1 自定义子系统定义子系统的实用性：每次创建一个新的系统模型时，许多常用的模型要不断地重新建立，这样非常麻烦；或者觉得SIMULINK原有的17类基本模块库太多，常常有许多门类模块或者某一类里的很多标准功能模块，对于解决一个特定的问题时根本用不到；对于复杂、大型系统的模型，为了减少功能模块的个数，简化图形，使控制系统仿真模型的结构清晰，上下层次分明，相互关系明确，而方便大型复杂系统的仿真。把能够实
37、现某些功能的相关模块组合（Group）在一起，构成一个新的功能模块，成为子系统。自定义新功能模块有两种方法。一种方法是采用SIMULINK6.1模块库浏览器的“Ports & system”模块组中的“Subsystem”功能模块，利用其编辑区重新设计组合新的功能模块。这种方法是先复制“Subsystem”子系统的外套（罩），而后打开“Subsystem”子系统窗口，将要组合的功能模块复制其中。另外一种方法是在模块窗口中执行菜单【Edit】下的【Create Subsystem】命令，创建新功能模块。这种方法是先有由多个标准基本模块相组合成的子系统内容，而后再将其创建子系统，即套以“Subsy
38、stem”的外套（罩）。2.4.2 子系统的封装当一大系统中子系统很多时，管理起来会相当麻烦。原因是当需要修改子系统，特别是要改变子系统内多个模块的参数时，就要逐个打开模块参数对话框来进行操作。如果要修改的模块参数很多时，修改的工作也会相当繁琐。对子系统封装后，首先，将子系统的多个模块参数对话框集成为一个对话框，可在该对话框内输入或者修改同属于一个子系统的不同模块参数。使用封装定制的参数对话框，可以避免不小心修改了不该改变的参数。其次，可以制作被封装子系统的图标，用来形象标识被封装子系统模块并说明其用途。最后，可以将对个别模块的描述或者帮助集成在一起，这样能够有效地帮助了解被封装定制的子系统。
39、这就是子系统封装的意义所在。例如,对双闭环调速系统中电流环子系统（如图2.2）定义并进行封装，其操作如下：图2.2 被封装的电流环子系统“Subsystem”（1）在图2.2里，按住鼠标左键冰拖曳形成虚线框将要定义子系统的部分框住。被框住的模块与其连线将被选中。（2）在图2.2的模型窗口里，选择【Edit】下的【Create Subsystem】命令，执行后会弹出图2.3所示的被定义的子系统模块Subsystem。图2.3 带子系统的系统（3）在观察模型窗口，会发现被虚线框住的部分已经被“Subsystem”的新模块所代替。此时，子系统创建成功。第三章 基于MATLAB的逐点比较法插补3.1逐
40、点比较法插补概述 数控系统轮廓误差的分析软件采用模块化程序结构，由于MATLAB语言是现有程序设计语言中高级语言之一，而且MATLAB语言书写形式比较自由，表达方式简洁，使用一些简单方法就可以构造出相当复杂的数据类型和程序结构。本课题所采用的插补算法是逐点比较法，其基本原理是，在刀具按要求轨迹运动加工轮廓的过程中，不断比较刀具与被加工零件轮廓之间的相对位置，并根据比较结果决定下一步的进给方向，使刀具沿着坐标轴向减小偏差进给，且只有一个方向的进给。逐点比较法插补过程每一步都要经历如图3.1所示的四个工作节拍。(1) 偏差判别：判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏差情况，即通过偏差值符号确定加工点处
41、在理想轮廓的那一侧，并以此决定进给方向。(2) 坐标进给：根据偏差判别结果，控制相应坐标轴进给一步，使加工点向理想轮廓靠拢，从而减小其间偏差。(3) 偏差计算：刀具进给一步以后，针对新的加工点计算出能反映偏离理想轮廓的新偏差，为下一步偏差判别提供依据。(4) 终点判别：每进给一步都要判别刀具是否达到被加工零件轮廓终点，若达到则结束插补，否则继续重复上述四个节拍的工作，直至终点。到终点?N偏差判别坐标进给偏差计算结束Y开始图3.1 逐点比较法插补工作节拍3.2 逐点比较法直线插补程序3.2.1 逐点比较法直线插补原理设第一象限直线，起点为坐标原点O(0，0)，终点为E(，)，另有一个动点为(，)
42、，如图3.2所示。 E(，) 图3.2 第一象限动点与直线之间的关系当动点正好在直线上时，则下式成立：即 当动点处于直线的下方处时，直线的斜率小于直线的斜率，从而，有当动点处于直线的上方处时，直线的斜率大于直线的斜率，从而，有依据上述原理，定义出偏差函数为根据逐点比较法的基本思想，当动点处于直线上方时，应当进给(+X)方向一步；当动点处于直线下方时，应当进给(+Y)方向一步；当动点正好处于直线上时，既可以进给(+X)方向一步，也可以进给(+Y)方向一步，这里约定进给(+X)方向一步。当按照要求实施坐标进给以后，很容易推得新的偏差函数值为：当时，进给(+X)方向，则。当时,进给(+Y)方向，。同
43、时，在进给的过程中还要不断地比较是否到达了终点，否则将继续重复上述四个节拍进行插补处理，直至终点为止。类似地，也可以仿照上述过程推导出其余四个象限的插补情况，现总结出、的插补进给方向如图3.3所示，相应的偏差计算及坐标修正见表3.1。 图3.3 逐点比较法四个象限直线插补进给方向表3.1 逐点比较法四个象限直线插补偏差计算和坐标进给线型偏差计算坐标进给偏差计算坐标进给+-+-在轴或轴进给一步用和表示，即以增量形式输入，然后在前面加正号或负号表示进给正方向或反方向。3.2.2 直线插补设计流程根据上面的推导过程，可以设计出逐点比较法四个象限内直线插补计算的通用软件，其流程如图3.4所示。图3.4 逐点比较法四个象限直线插补流程图初始化，JF0?L1和L4？L1和L2？+XX+YYJF JY JFJF Jx JFJ10？YNYNYNNY开 始结 束在编写此程序时要清楚四个象限偏差怎么计算，坐标怎么进给；在当和两种情况下，计算公式是不同的，上面已经做了详细介绍。通过上面的流程图，用MATLAB语言编写程序如下：% 逐点比较法直线插补Xe = input(输入终点横坐标 XnXe = );Ye = input(输入终点纵坐标 YnYe = );h = input(输入步长nh = );Tstep= (abs(Xe)+abs(Ye)/h;Step