Mục Lục Câu hỏi ôn tập CNC 2 Phần 1: Ví dụ về các loại bộ lọc (Revised) 2 Phần 2: Các sơ đồ khối cần quan tâm 5 2.1. Cấu trúc quy trình hoạt động 5 2.2. Tổng quan của hệ thống cả về phần cứng và phần mềm 6 2.3. BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 7 2.4. Nội suy tuyến tính và nội suy trung bình 8 2.5. Cấu trúc các mạch vòng điều khiển 9 2.6. Look ahead 10 Chương 3. Các dạng toán về DDA và Direct search 10 3.1. DDA 10 3.2. Direct Search 11 Câu hỏi ôn tập CNC Phần 1: Ví dụ về các loại bộ lọc (Revised) Phương trình sai phần của các bộ lọc: Tuyến tính V_LO (k)=1m (V_i (k)V_i (km))+V_LO (k1) Theo hàm e mũ V_EO (k)=(1e(1τ) ) V_i (k)+e(1τ) V_EO (k1) Theo hình chữ S V_SO k=1m2 (V_i k12V_i km1+V_i k2m1)+(2V_SO k1V_SO k2) Ví dụ lập bảng tính các giá trị sau bộ lọc Cho các tham số của bộ lọc như: m = 2, τ=2, đầu vào V_i là xung vuông có biên độ bằng 1 như hình dưới: k 1 2 3 4 5 6 7 8 V_LO k 0.5 1 0.5 0 0 0 0 0 V_EO k 0.3934 0.6321 0.3840 0.2325 0.141 0.0855 0.052 0.0314 Đặc biệt với bộ lọc kiểu hình chữ S. Tín hiệu đầu vào nên được lấy từ giá trị bắt đầu phải được lấy từ 2m+2. Giá trị tính toán bắt đầu từ k = 2m+2 để các chỉ số của biểu thức là có nghĩa: Chẳng hạn: Cho m = 2 thì giá trị đầu vào bắt đầu phải từ 22+2 = 6 đến giá trị kết thúc chẳng hạn lấy bằng 10. Lúc đó, thay vào biểu thức mới có nghĩa. Yêu cầu: Tính tay các giá trị của bộ lọc loại S shape: Với các tham số của bộ lọc như: Giá trị m = 2 Tín hiệu đầu vào là xung vuông bắt đầu từ k0 = 6 đến điểm kết thúc là 10 Bảng giá trị sẽ là: k 1>6 7 8 9 10 11 12 13 Vk 0 0.25 0.75 1 1 0.75 0.25 0 Ví dụ tính giá trị thứ 7. VSO6 = ¼ (Vi5 2Vi3 + Vi1) + 2VSO5 – VSO4 = 0.25 (0 – 20 + 0) + 20 – 0 = 0 VSO7 = 0.25(Vi6 – 2Vi4 + Vi2) + 2VSO6 – VSO5 = 0.25(1 – 20 + 0) + 20 – 0 = 0.25 VSO8 = 0.25 (Vi7 – 2Vi5 + Vi3) + 2VSO7 – VSO6 = 0.25 (1 – 20 + 0) + 2.25 – 0 = 0.7. Phần 2: Các sơ đồ khối cần quan tâm Các sơ đồ khối chức năng (Revised) 2.1. Cấu trúc quy trình hoạt động CAD(Computer Aided Design): quá trình phác thảo, dựng mô hình, quỹ đạo chuyển động. Từ sự hỗ trợ của máy tính, người ta dựng bản phác thảo 2D sau đó dựng mô hình chuyển động chi tiết. CAPP: CAPP là mối liên kết giữa CAD và CAM. Tại đây, người ta lập kế hoạch cho quá trình sản xuất. Dự trù máy móc, thiết bị, cách vận hành, các điều kiện vận hành,… CAM ( Computeraided manufacturing) phần mềm dùng để sinh ra những đoạn mã hợp lệ cho máy CNC và được máy CNC cắt theo một hình dạng đã được thiết kế trước bởi hệ thống Các đoạn mã đã xây dựng xong sẽ được đưa vào CNC board. CNC Board sẽ đọc mã và tiến hành điều khiển Driver, Motor để lưỡi cắt chạy theo đúng quỹ đạo đặt trước. Các tín hiệu đo về như xung encoder, vị trí lưỡi cắt,… Sẽ được sử dụng làm đầu vào cho các thuật toán điều khiển vòng kín giúp quá trình cắt giảm thiểu tối đa sai lệch. 2.2. Tổng quan của hệ thống cả về phần cứng và phần mềm Cấu trúc tổng quan hệ thống: Software MMI (ManMachine Interface): Là thuật toán giao diện với người sử dụng. Hiểu đơn giản là thuật toán nhúng trên mạch HMI. NCK (Numerical Control Kernel): Đóng vai trò phân tích các lệnh người dùng nhập vào từ MMI, biên dịch câu lệnh thành mã code và xây dựng code nội suy. Khối Control: Tiến hành xử lý các code dữ liệu, tính toán ra tín hiệu đặt vị trí, tín hiệu điều khiển cho CNC board điều khiển các động cơ. Hardware: Khối IO interface: Gồm các đầu vào input, các cổng truyền thông lên máy tính, truyền thông đến Machine panel, đầu vào tin hiệu đo về. Khối CNC board: Bao gồm các mạch MMC, NCK, PLC có thể coi như bộ não của máy CNC. Các thuật toán sẽ được nhúng trên các module mạch này, từ đó đưa ra các tín hiệu điều khiển cho Motor. Khối Motor Driver: Bao gồm động cơ và các mạch điều khiển động cơ, các sensor đo vị trí, tốc độ, …
Mục Lục Câu hỏi ôn tập CNC Phần 1: Ví dụ loại lọc (Revised!!!) Phần 2: Các sơ đồ khối cần quan tâm .5 2.1 Cấu trúc quy trình hoạt động 2.2 Tổng quan hệ thống phần cứng phần mềm 2.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 2.4 Nội suy tuyến tính nội suy trung bình 2.5 Cấu trúc mạch vòng điều khiển 2.6 Look ahead 10 Chương Các dạng toán DDA Direct search 10 3.1 DDA 10 3.2 Direct Search 11 Câu hỏi ôn tập CNC Phần 1: Ví dụ loại lọc (Revised!!!) Phương trình sai phần lọc: Tuyến tính V LO ( k ) = ( V ( k )−V i ( k−m) ) + V LO ( k−1 ) m i Theo hàm e mũ ( V EO ( k )= 1−e −1 τ ) V ( k ) +e i −1 τ V EO (k−1) Theo hình chữ S V SO [ k ]= ¿ m2 Ví dụ lập bảng tính giá trị sau lọc Cho tham số lọc như: m = 2, τ =2, đầu vào V i xung vng có biên độ hình dưới: k V LO [k ] V EO [ k ] 0.5 0.393 0.632 0.5 0.384 0.232 5 0.141 0.085 0.052 0.031 Đặc biệt với lọc kiểu hình chữ S Tín hiệu đầu vào nên lấy từ giá trị bắt đầu phải lấy từ 2m+2 Giá trị tính tốn k = 2m+2 để số biểu thức có nghĩa: Chẳng hạn: Cho m = giá trị đầu vào bắt đầu phải từ 2*2+2 = đến giá trị kết thúc chẳng hạn lấy 10 Lúc đó, thay vào biểu thức có nghĩa u cầu: Tính tay giá trị lọc loại S shape: Với tham số lọc như: - Giá trị m = Tín hiệu đầu vào xung vuông k0 = đến điểm kết thúc 10 Bảng giá trị là: k V[k] 1->6 0.25 0.75 10 11 0.75 12 0.25 13 Ví dụ tính giá trị thứ VSO[6] = ¼ * (Vi[5] -2*Vi[3] + Vi[1]) + 2*VSO[5] – VSO[4] = 0.25 * (0 – 2*0 + 0) + 2*0 – = VSO[7] = 0.25*(Vi[6] – 2Vi[4] + Vi[2]) + 2VSO[6] – VSO[5] = 0.25*(1 – 2*0 + 0) + 2*0 – = 0.25 VSO[8] = 0.25 * (Vi[7] – 2Vi[5] + Vi[3]) + 2VSO[7] – VSO[6] = 0.25 * (1 – 2*0 + 0) + 2*.25 – = 0.7 Phần 2: Các sơ đồ khối cần quan tâm Các sơ đồ khối chức (Revised!!!) 2.1 Cấu trúc quy trình hoạt động CAD(Computer Aided Design): q trình phác thảo, dựng mơ hình, quỹ đạo chuyển động Từ hỗ trợ máy tính, người ta dựng phác thảo 2D sau dựng mơ hình chuyển động chi tiết CAPP: CAPP mối liên kết CAD CAM Tại đây, người ta lập kế hoạch cho trình sản xuất Dự trù máy móc, thiết bị, cách vận hành, điều kiện vận hành,… CAM ( Computer-aided manufacturing) phần mềm dùng để sinh đoạn mã hợp lệ cho máy CNC máy CNC cắt theo hình dạng thiết kế trước hệ thống Các đoạn mã xây dựng xong đưa vào CNC board CNC Board đọc mã tiến hành điều khiển Driver, Motor để lưỡi cắt chạy theo quỹ đạo đặt trước Các tín hiệu đo xung encoder, vị trí lưỡi cắt,… Sẽ sử dụng làm đầu vào cho thuật toán điều khiển vịng kín giúp q trình cắt giảm thiểu tối đa sai lệch 2.2 Tổng quan hệ thống phần cứng phần mềm Cấu trúc tổng quan hệ thống: Software MMI (Man/Machine Interface): Là thuật toán giao diện với người sử dụng Hiểu đơn giản thuật toán nhúng mạch HMI NCK (Numerical Control Kernel): Đóng vai trị phân tích lệnh người dùng nhập vào từ MMI, biên dịch câu lệnh thành mã code xây dựng code nội suy Khối Control: Tiến hành xử lý code liệu, tính tốn tín hiệu đặt vị trí, tín hiệu điều khiển cho CNC board điều khiển động Hardware: Khối I/O interface: Gồm đầu vào input, cổng truyền thơng lên máy tính, truyền thơng đến Machine panel, đầu vào tin hiệu đo Khối CNC board: Bao gồm mạch MMC, NCK, PLC coi não máy CNC Các thuật toán nhúng module mạch này, từ đưa tín hiệu điều khiển cho Motor Khối Motor & Driver: Bao gồm động mạch điều khiển động cơ, sensor đo vị trí, tốc độ, … Machine tool thiết bị phục vụ cắt CNC lưỡi cắt chính, lưỡi cắt phụ, lưỡi cắt chuyển tiếp,… 2.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM Bộ điều khiển trung tâm có tính Thực biên dịch chương trình Nội suy quỹ đạo, sinh quỹ đạo đặt cho trục Thực thuật tốn điều khiển vị trí cho máy Thực tăng tốc giảm tốc Cấu tạo: System memory: Bộ nhớ o Part Program: Vùng nhớ lưu chương trình CNC o Vùng nhớ RAM DPR:Trao đổi liệu với MMI o Internal DB: Ô nhớ lưu trữ liệu o Dual port Ram D.P.R: giao tiếp với PLC o Menory: Lưu liệu giao thức với bên ngồi, IO bên ngồi, ví dụ MPG(bộ phát xung), Fast D.I, Fast D.O (Đầu vào, đầu sốc tốc độ cao), Memory chúa encoder data, biến đổi digial to analog converter, giao tiếp với động cơ, driver Phần mềm: o Non-cyclic task: tác vụ không lặp lại, thực số lần hữu hạn Com task(truyền thông) dk trung tâm giao diện người máy Interpreter task: biên dịch chương trình Internal DB o Cyclic task: Tác vụ lặp lặp lại Dữ liệu từ Intelnal DB đưa vào Interpolation task: Nội suy; Roungh IPO routine nội suy thơ, Signal read xử lý tín hiệu vào từ PLC Đẩy tín hiệu Signal write Sau nội suy quỹ đặt rời rạc với chu kỳ trích mẫu chu kỳ nội suy thơ Đưa vào nhớ FIFO Bộ nhớ FIFO đưa vào điều khiển vị trí: Fine IPO routine: Nội suy tinh quỹ đạo Acc/Dec: Thực tăng giảm tốc đảm bảo phần cứng đáp ứng Position Control Routine: Thực điều khiển vị trí 2.4 Nội suy tuyến tính nội suy trung bình A Nội suy tuyến tính N: số điểm cần nội suy tinh chu kỳ nội suy thô( chu kỳ nội suy thô/chu kỳ nội suy tinh) Khởi tạo j số điểm nội suy thô Kiểm tra j < Nacc (không phải N*Nacc) số thứ tự điểm nội suy thô phải nhỏ tổng số chu kỳ nội suy thô I < N chu kỳ nội suy tinh < N Các điểm nội suy tinh: bx(j+N*j) = pulseX(j)/N xung chia cho N Gán vào xung ứng với chu kỳ nội suy tinh I = N: nội suy tinh chu kỳ nội suy thô kết thúc, tăng chu kỳ nội suy thô Tiếp tục tới j = Nacc: kết thúc nội suy B Nội suy trung bình N: số điểm cần nội suy tinh chu kỳ nội suy thô (chu kỳ nội suy thô/chu kỳ nội suy tinh) Thực nội suy tuyến tính tính tốn xung đặt nội suy tuyến tính ax(j) J=0, khởi tạo bước nội suy tính Start, End: điểm đầu điểm cuối lọc Vịng lặp: Tính trung bình N xung liên tiếp từ j-start tới j – end: J = N*Nacc: Kết thúc nội suy trung bình 2.5 Cấu trúc mạch vòng điều khiển 2.6 Look ahead Chương Các dạng toán DDA Direct search 3.1 DDA Nội suy vị trí biết giá trị vận tốc V(t) Tính thời điểm phát xung Ví dụ: Q ghi bit Max(Q) = 2n−1=15 Giá trị ghi V cho hàm V [ k ] =3 k (1 ≤ k ≤5 ) ( ≤k ≤ 10) V [ k ] =15 V [ k ] =15−3 ( k−10 ) (11 ≤ k ≤ 15) { Tìm thời điểm phát xung: k = 15 Nội suy 15 bước tính giá trị ghi V theo bước Bước (k) V 12 Q 14 ∆S 10 Giải thích cấu trúc hệ thống CNC 3.1 Phần mềm Bao gồm MMI, NCK, PLC - - - MMI (Man Machine Interface): cung cấp giao diện tương tác người dùng điều khiển Bao gồm cửa sổ lệnh hoạt động máy, hiển thị trạng thái máy, sửa đổi chương trình truyền thông NCK (Numerical Control Kernel): lõi hệ thống CNC Thể phần chương trình, cho phép nội suy, điều khiển vị trí bù lỗi dựa chương trình nội suy PLC (Programmable Logic Control): điều khiển thay dao, thay phơi, tốc độ trục chính, xử lí tín hiệu vào ra, điều khiển hành vi 3.2 Phần cứng Bao gồm CNC, động điều khiển động cơ, công cụ máy Cấu trúc điều khiển trung tâm 15 Giải thích: Bộ điều khiển trung tâm có chức năng: ▪ Biên dịch chương trình ▪ Nội suy quỹ đạo ▪ Điều khiển vị trí ▪ Điều khiển tăng tốc/giảm tốc Cấu trúc điều khiển trung tâm gồm function chính: Interpreter Interpolator Accelebration/decelebration controller Position controller 4.1 Interpreter (chương trình dịch) Dịch mã ASCII chương trình lưu trữ liệu biên dịch nhớ cho nội suy Ngoài ra, đưa lệnh liên quan đến liệu biên dịch thực biên dịch khối nhận lệnh 4.2 Interpolator (bộ nội suy) Đóng vai trị đọc liệu từ đệm tính tốn vị trí, tốc độ đơn vị thời gian trục Lưu trũ kết đệm FIFO cho điều khiển tăng giảm tốc Bộ 16 nội suy tạo xung tùy thuộc vào hình dạng nội suy gửi tới đệm FIFO, số lượng xung phụ thuộc vào độ dài đường nội suy 4.3 Position controller Hoạt động dựa vào liệu từ Bộ nội suy gửi tới, gồm có cấu trúc: close, semi-close, hybrid, open 4.4 Accelebration/Dêclebration Khi có rung lắc học trình di chuyển, bắt đầu dừng lại, trình lọc tạo để kiểm sốt rung lắc Gồm kiểu: tăng giảm tốc trước nội suy, tăng giảm tốc sau nội suy 17 NỘI SUY DDA – DIGITAL DIFFENTIAL ANALYZER I SỬ DỤNG PHẦN MỀM Ví dụ, Nội suy đường thẳng từ A(2;2) đến B(2;10) dX = 0; dY =8; m = dY/dX = vo cung; step = 18 x_inc = 0; y_inc =1 Xi = 2; 2; 2; 2; 2; 2; 2; Yi = 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 Nội suy đường thẳng từ A(1;2) đến B(7;10) dX = 6; dY = 8; step = 8; x_inc = 6/8 = 0.75; y_inc = Xi = 1.75; 2.5; 3.25; 4; 4.75; 5.5 ; 6.25 ; => Xi = ; ; ; ; ; ; ; Yi = ; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 Nội suy đường tròn X =Rcosθθ+ X Y =Rsθinθ +Y d x =−Rsθinθdθ d y =Rcosθθdθ => d X =−( Y −Y ) dθ d X =( X −X ) dθ => X =X +d x =X 1−( Y −Y ) dθ Y 2=Y + d y =Y 1+ ( X 2− X ) dθ d θ=min¿ PHƯƠNG PHÁP XUNG ĐẶT 1, Nội suy DDA dùng phần mềm 2, Nội suy xấp xỉ bậc thang (Theo chiều kim đồng hồ, góc phần tư thứ I, lại AE tra bảng ) Công thức: 19 Dk = X 2k +Y 2k −R - Dk >0 : Điểm nằm đường tròn, →di chuyển trục Y theo chiều âm - Dk