基于EtherCAT的多軸運動控制器研究.pdf

1、傳統(tǒng)的運動控制系統(tǒng)缺少網(wǎng)絡通信，開放性與實時性不足及兼容性差等缺點，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)控制對實時性、穩(wěn)定性及網(wǎng)絡化的控制需求。由于實時工業(yè)以太網(wǎng)是應對工業(yè)控制實時性而提出的根本解決方案，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線相比，實時工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線具有性價比高、傳輸速度快、數(shù)據(jù)量大、可接入標準以太網(wǎng)端等優(yōu)點。所以基于實時工業(yè)以太網(wǎng)的運動控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)控制的發(fā)展趨勢。因此，本文在比較分析了各種實時以太網(wǎng)的基礎上，開展了基于EtherCAT的多軸運動控制系

2、統(tǒng)的研究。
　　首先，采用倍福公司EtherCAT專用芯片ET1100設計一款基于EtherCAT的通用從站高速接口卡，實現(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)動協(xié)議CoE等，在此基礎上，通過試驗測試此高速接口板的實時性。
　　其次，為了能夠兼容EtherCAT通信接口卡，開展基于此接口卡的直流無刷伺服驅(qū)動器的研究和設計。本文在建立無刷直流電機

3、的數(shù)學模型的基礎上，并就PID進行理論推導。在此理論基礎上，基于Microchip公司推出的專用控制芯片dsPIC33FJ128MC706A開發(fā)一款驅(qū)動功率可達120W的無刷直流驅(qū)動器。此無刷直流驅(qū)動器通過PID算法實現(xiàn)三環(huán)(速度環(huán)、位置環(huán)和電流環(huán))控制，并通過實驗測試三環(huán)控制性能。
　　再次，本文在對多軸運動控制技術(shù)及工業(yè)以太網(wǎng)深入研究的基礎上，以“M3352開發(fā)板”為嵌入式主站平臺，引入目前主流的開源的嵌入式Linux系統(tǒng)，開

4、展可以兼容EtherCAT接口的多軸運動控制器研究?？紤]實時性，把應用程序加載到Linux內(nèi)核空間運行，大大提高了程序運行的實時性。在此基礎上，把電子功率驅(qū)動協(xié)議Cia402中基于EtherCAT的協(xié)議映射到主從站中，進而在EtherCAT通信的基礎上實現(xiàn)了Canopen協(xié)議，并對位置控制與軌跡插補進行了研究。分析與比較三次B樣條插補的兩種插補策略。
　　最后，在以上主從站軟硬件系統(tǒng)基礎上，本文還搭建了二維笛卡爾坐標系機械臂。為了