基于EtherCAT的多軸運(yùn)動(dòng)控制器研究.pdf

1、傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)缺少網(wǎng)絡(luò)通信，開(kāi)放性與實(shí)時(shí)性不足及兼容性差等缺點(diǎn)，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)控制對(duì)實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性及網(wǎng)絡(luò)化的控制需求。由于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)對(duì)工業(yè)控制實(shí)時(shí)性而提出的根本解決方案，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線相比，實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線具有性?xún)r(jià)比高、傳輸速度快、數(shù)據(jù)量大、可接入標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)端等優(yōu)點(diǎn)。所以基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)控制的發(fā)展趨勢(shì)。因此，本文在比較分析了各種實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了基于EtherCAT的多軸運(yùn)動(dòng)控制系

2、統(tǒng)的研究。
　　首先，采用倍福公司EtherCAT專(zhuān)用芯片ET1100設(shè)計(jì)一款基于EtherCAT的通用從站高速接口卡，實(shí)現(xiàn)基于EtherCAT的高速通信。并深入研究了EtherCAT技術(shù)的系統(tǒng)組成、協(xié)議規(guī)范、通信模式及EtherCAT伺服驅(qū)動(dòng)協(xié)議CoE等，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試此高速接口板的實(shí)時(shí)性。
　　其次，為了能夠兼容EtherCAT通信接口卡，開(kāi)展基于此接口卡的直流無(wú)刷伺服驅(qū)動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)。本文在建立無(wú)刷直流電機(jī)

3、的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，并就PID進(jìn)行理論推導(dǎo)。在此理論基礎(chǔ)上，基于Microchip公司推出的專(zhuān)用控制芯片dsPIC33FJ128MC706A開(kāi)發(fā)一款驅(qū)動(dòng)功率可達(dá)120W的無(wú)刷直流驅(qū)動(dòng)器。此無(wú)刷直流驅(qū)動(dòng)器通過(guò)PID算法實(shí)現(xiàn)三環(huán)(速度環(huán)、位置環(huán)和電流環(huán))控制，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試三環(huán)控制性能。
　　再次，本文在對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)及工業(yè)以太網(wǎng)深入研究的基礎(chǔ)上，以“M3352開(kāi)發(fā)板”為嵌入式主站平臺(tái)，引入目前主流的開(kāi)源的嵌入式Linux系統(tǒng)，開(kāi)

4、展可以兼容EtherCAT接口的多軸運(yùn)動(dòng)控制器研究?？紤]實(shí)時(shí)性，把應(yīng)用程序加載到Linux內(nèi)核空間運(yùn)行，大大提高了程序運(yùn)行的實(shí)時(shí)性。在此基礎(chǔ)上，把電子功率驅(qū)動(dòng)協(xié)議Cia402中基于EtherCAT的協(xié)議映射到主從站中，進(jìn)而在EtherCAT通信的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了Canopen協(xié)議，并對(duì)位置控制與軌跡插補(bǔ)進(jìn)行了研究。分析與比較三次B樣條插補(bǔ)的兩種插補(bǔ)策略。
　　最后，在以上主從站軟硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)上，本文還搭建了二維笛卡爾坐標(biāo)系機(jī)械臂。為了