精密机械设计与控制课程实验指导书 第1页
实验2 精密工作台位移控制
（4学时、综合性实验）

[实验目的]
验证精密工作台位移检测系统工作原理，深入了解精密工作台位移控制系统的构成
及其工作原理，初步掌握电动机控制器的位移控制编程方法。

[实验设备]
精密工作台、百分表、工业控制微机、电动机控制卡、光栅位移测量程序、工作台
位移控制程序。

[实验内容与步骤]
① 验证精密工作台位移检测原理
分析程序：阅读理解光栅位移测量程序，仔细分析程序中实现四倍细分与辨向的
while(D_old == D_new){ }语句和switch(D_old){ }语句，画出该程序实现光栅信号四
倍细分与辨向的流程框图。

运行程序：用手转动丝杠与电机轴之间的联轴器，使工作台运动部件刚刚开始接触
到百分表，百分表调零。继续转动联轴器，使工作台移动5 mm（即百分表量程一半的
位置），百分表再次调零。然后，在TC3.0环境下打开光栅位移测量程序（GS.C），按
Ctrl-F9运行程序。用手缓慢转动联轴器，使工作台在±4 mm的范围内移动（即百分表
0～10 mm以内，超出范围将损坏百分表），对比计算机显示的计数值与百分表的读数值，
验证四倍细分与辨向原理。对以下问题作出结论：该光栅尺每毫米的刻线数是多少？程
序计数值1所对应的工作台位移是多少？

② 分析精密工作台位移控制系统
分析硬件：参照图2-1观察实验系统，了解精密工作台位移控制系统硬件的构成。
已知步进电机的参数为：步距角为1.8°、额定相电流2.8A。观察系统硬件后判断：工
作台一个脉冲的位移量是多少？步进电机工作时最大相电流是多少？并说明作出这种
判断的理由。

图2-1 步进电机控制系统构成示意图
精密机械设计与控制课程实验指导书 第2页
分析软件：阅读理解工作台位移控制程序，画出X_Displacement()函数控制工作台
位移的流程框图。分程序后对以下问题作出结论：当工作台从位置A运动到位置B的
过程中，计算机（CPU）在做什么？

运行程序：先用手转动丝杠与电机轴之间的联轴器，使工作台运动部件刚刚开始接
触到百分表，百分表调零。在TC3.0环境下按Ait-F3关闭GS.C程序文件，按F3打开
工作台位移控制程序（WY.C）。修改程序中的位移控制参数dir和pluse（注意运动方向
和位移量，避免损坏百分表），然后运行该程序（按Ctrl-F9运行）。在百分表的最大测
量范围内（0～10mm）反复运行工作台位移控制程序，观察百分表在程序运行前后的读
数值，验证工作台位移控制的结果。

③ 设计精密工作台位移控制程序
初始位置：在前一步的基础上，用工作台位移控制程序（WY.C）控制工作台运动
到远离百分表的位置，将此位置作为“初始位置”。

程序设计1：工作台步进控制。修改工作台位移控制程序（WY.C）的主函数，运行
程序使工作台产生步进运动。具体要求是，开始时工作台处于初始位置，运行程序时工
作台向百分表方向移动1 mm、停0.5 s，循环反复，直到移动到百分表附近自动停止（不
要接触到百分表），然后程序自动退出。列出程序主函数的程序清单（每行加注释）。

程序设计2：工作台往复运动控制。修改工作台位移控制程序（WY.C）的主函数，
运行程序使工作台产生自动往复运动。具体要求是，开始时工作台处于初始位置，运行
程序时工作台向百分表方向移动，直到移动到百分表附近自动停止（不要接触到百分
表），停2 s后返回初始位置，再停2 s。如此往返几次后停在初始位置，程序自动退出。
列出程序主函数的程序清单（每行加注释）。

程序设计3（选做）：以上两种运动的复合（不是顺序）运动控制。设计工作台运动
方式，修改工作台位移控制程序（WY.C）的主函数，使工作台产生较为复杂的运动。
描述所设计的运动方式，列出程序主函数的程序清单（每行加注释）。