基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)化多軸運動控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用.pdf

1、運動控制是自動控制的重要分支，由于它能夠?qū)崿F(xiàn)對運動軌跡與運行速度的精確控制要求，因此運動控制系統(tǒng)在各類控制工程中有著廣泛應(yīng)用前景。CAN總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信局域網(wǎng)絡(luò)，由于其高可靠性、實時性好及其獨特的設(shè)計，已廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的各檢測和執(zhí)行機構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信，在工控領(lǐng)域興起應(yīng)用熱潮。而交流伺服電機具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制容易、運行穩(wěn)定、響應(yīng)快等優(yōu)異特性，已在數(shù)控機床等重要行業(yè)中得到了普遍的應(yīng)用。通過CAN總線進行

2、數(shù)據(jù)傳輸與控制，使伺服電機的性能更加穩(wěn)定，能更好更靈活地應(yīng)用于運動控制系統(tǒng)中。
　　 遠程控制是本地計算機通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)對遠端的生產(chǎn)或者實驗過程的監(jiān)視和控制，實驗者從網(wǎng)絡(luò)上可以看到直觀、可信的實驗信息，對校園網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的發(fā)展有著重要的意義。運動控制與遠程控制相結(jié)合構(gòu)建基于CAN總線和以太網(wǎng)的多軸運動控制系統(tǒng)實驗平臺使學(xué)生能在異地完成各種實驗。實驗系統(tǒng)中每個伺服驅(qū)動器構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的一個智能節(jié)點，然后利用CAN總線把這

3、些智能節(jié)點連接起來，構(gòu)成一個含有多個永磁同步電機的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，最后利用以太網(wǎng)構(gòu)成遠程控制系統(tǒng)。這種兩層的控制系統(tǒng)能實現(xiàn)多軸運動控制平臺的異地操作。
　　 本文在對應(yīng)用于運動控制的幾種現(xiàn)場總線進行比較的基礎(chǔ)上，分析了CANopen協(xié)議和CAN總線在運動控制系統(tǒng)中的實時性。使用多軸運動控制器、伺服驅(qū)動器、永磁同步電機等構(gòu)建了基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)化多軸運動控制系統(tǒng)的硬件平臺，并總結(jié)了調(diào)試硬件系統(tǒng)時出現(xiàn)的干擾現(xiàn)象和相應(yīng)的抗干擾措施。在

4、上位機控制軟件上，使用MFC開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化多軸運動控制系統(tǒng)控制軟件，實現(xiàn)多軸運動控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，人機界面、通訊、插補運算等功能。在上述所構(gòu)建的多軸運動控制系統(tǒng)實驗平臺上對ELMO位置控制器進行建模，并用此模型在搭建的多軸運動控制系統(tǒng)上進行實驗，比較了永磁同步電機前饋PID控制和傳統(tǒng)的PID控制的控制性能。實驗表明前饋PID控制比傳統(tǒng)的PID控制響應(yīng)快、超調(diào)量小、調(diào)整時間短。為了使整個伺服系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、高性能的運行，對網(wǎng)絡(luò)化多軸運動控制