论文摘要
介绍了基于ARM微处理器和CAN总线多轴数控磨削系统的设计。利用CAN总线的实时性和可靠性,来提高数控机床的性能。上位机采用控制器S3C2410,通过SPI串行通讯接口,实现MCU与CAN总线控制器之间的通讯。由MCU传输的数据经过CAN控制器的处理,转换成符合CAN2.0协议的标准格式,以报文形式发送到CAN总线上的相关节点,完成对多轴伺服电机的运动控制。数控系统在整个现代制造系统中处于重要的地位,其开放性和嵌入式技术的应用是数控技术领域研究的热点问题之一。研究的目的是在数控系统中应用嵌入式技术,采用32位ARM9嵌入式微处理器(S3C2410)与基于CAN总线的分布式控制模型,利用CAN总线的实时性和可靠性,来提高数控机床的性能。上位机采用控制器S3C2410,通过SPI串行通讯接口,实现MCU与CAN总线控制器之间的通讯;应用嵌入式操作系统的多任务和实时性,以及ARN9的高速运算能力,在提高控制精度的同时提高插补速度,并且通过扩充可以使其适用于不同的控制对象,易于数控系统的二次开发。研究了CAN总线在数字交流伺服系统与运动控制中的应用,探讨了伺服电机驱动与多轴运动控制中实时网络控制问题,介绍了一种基于CAN总线技术的数字交流伺服系统及其结构原理和软、硬件设计。本文进行了将改进的耦合控制算法应用于嵌入式数控系统以增强伺服系统的同步性控制性能。利用Matlab对其仿真并对其结果进行了分析。本文的研究与应用增强了数控系统的开放性,缩短二次开发周期,提高系统的伸缩性、可移植性、可互换和互操作性,对数控技术的发展具有重要的意义。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 选题的背景和意义1.1.1 数控系统简介1.1.2 国内外研究现状1.1.3 数控技术的发展趋势1.1.4 本课题研究的意义1.2 论文主要研究内容及章节安排第二章 基于CAN总线的嵌入式数控系统的关键技术应用2.1 CAN总线技术应用2.1.1 现场总线的产生2.1.2 CAN总线的产生与发展2.1.3 CAN总线的网络结构2.1.4 CAN总线报文帧结构2.1.5 CAN总线传输技术2.1.6 CAN总线的性能特点2.2 嵌入式技术应用2.2.1 嵌入式系统的简介2.2.2 嵌入式数控系统的结构2.2.3 嵌入式技术的应用2.3 本章小结第三章 基于CAN总线的嵌入式数控系统总体设计3.1 系统设计依据3.2 基于CAN总线的嵌入式数控系统的结构3.3 基于CAN总线的嵌入式数控系统设计3.3.1 嵌入式数控系统设计3.3.2 CAN总线通信系统硬件设计3.4 CAN总线驱动程序设计operations数据结构，连接与内核通信的接口'>3.4.1 定义fileoperations数据结构，连接与内核通信的接口3.4.2 对CAN控制器进行初始化3.4.3 编写CAN控制器SPI口读、写系统调用程序interrupt'>3.4.4 中断接收函数caninterrupt3.4.5 嵌入式linux系统GPIO口的驱动开发和调试3.4.6 基于CAN总线的五轴电机监控程序设计3.5 CAN总线通信的实现3.5.1 CAN总线控制器MCP2515内部结构及工作原理3.5.2 CAN总线通信的程序设计3.6 本章小结第四章 基于CAN总线的全分布式数控系统实时性和同步性研究4.1 CAN信息发送时序分析4.2 CAN总线的实际速度数据传输分析4.3 数据缓冲技术在CAN总线中的应用4.3.1 数据缓冲概迷4.3.2 数据缓冲在CAN总线中的组织与实现4.4 嵌入式数控系统同步性能研究4.4.1 硬件件同步控制解决方案4.4.2 软件同步控制解决方案4.5 本章小结第五章 改进的耦合控制算法在数控系统中的应用研究5.1 伺服电机模型介绍5.2 伺服电机同步控制的发展现状5.3 改进的耦合控制算法5.4 控制算法仿真结果的分析5.4.1 空载启动运行下的仿真5.4.2 速度给定值跳变下的仿真5.5 本章小结第六章 结论与展望参考文献附录1 MCP2515驱动程序mcp2515.c附录2 MCP2515驱动头文件MCP2515.h附录3 MCP2515驱动头文件def.h附录4 CAN应用程序致谢攻读学位期间发表的论文及科研情况
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