基于SERCOS总线的伺服控制系统研究

论文摘要

随着科学技术的发展和社会的进步,伺服控制系统应用越来越广泛,已逐渐渗透到工业生产和制造,日常生活及教育娱乐等领域。分布式控制系统已经成为国际仿人形机器人和数控机床控制系统的主流体系结构。将现场总线引入控制系统的硬件体系结构,使每个外部设备都成为现场总线通讯网络中的一个节点,构成了基于现场总线的分布式控制系统,提高了系统的可靠性和控制精度。SERCOS接口是数字控制器与伺服驱动器间的串行实时通信总线,是当今唯一的应用于运动控制的开放式接口标准（IEC61491）和我国的国家标准（GB/T18473-2001）,得到众多厂商的广泛支持。以工业计算机为硬件平台,以SERCOS总线为伺服驱动接口的伺服数字控制系统以其强大的功能、可扩展性、可移植性、易维护性而成为开放式伺服控制系统的发展趋势之一。本课题针对伺服控制系统的特点,提出了基于SERCOS总线的分布式伺服电机控制器的解决方案。利用PC机作为分布式控制系统的通信主站,采用DSP实现各关节电机的位置控制。设计了分布式控制系统的通讯算法,实现了对各个电机的分布式控制。并对分布式控制系统进行了实验研究。同时,本课题针对MAXON公司生产的RE25系列石墨电刷直流电机,设计了一种专用驱动电路。该电路以H型桥式电路为拓扑结构,PWM技术为控制策略,满足了电机的驱动要求,实现了电机的精确控制。实验结果表明,基于SERCOS总线的伺服控制系统整体设计正确、可靠,控制系统通过SERCOS总线能够实时控制各关节电机稳定的运行,精确地追踪给定轨迹,系统性能满足了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究及发展现状
• 1.2.1 直流电机驱动器的发展概况
• 1.2.2 基于SERCOS 总线伺服控制系统发展概况
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 直流电机驱动器的设计
• 2.1 引言
• 2.2 直流电机的选择
• 2.3 直流电机驱动器的设计
• 2.3.1 H 型桥式驱动电路
• 2.3.2 硬件电路设计
• 2.4 硬件电路设计
• 2.4.1 PWM 信号处理电路
• 2.4.2 功率驱动电路
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于SERCOS 总线伺服控制系统硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 控制系统的硬件总体结构
• 3.2.1 DSP 最小系统的设计
• 3.2.2 D/A 转换电路的设计
• 3.2.3 电机反馈电路的设计
• 3.2.4 SERCOS 总线通讯电路的设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于SERCOS 总线伺服控制系统软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 直流电机控制算法的设计
• 4.3 通信算法的设计
• 4.3.1 参数初始化
• 4.3.2 通讯初始化
• 4.3.3 从站非周期性数据传输
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于SERCOS 总线伺服控制系统实验
• 5.1 引言
• 5.2 硬件测试
• 5.2.1 系统仿真
• 5.2.2 电机驱动器的硬件测试
• 5.2.3 控制器的硬件测试
• 5.3 软件测试
• 5.3.1 CP0 阶段的通信
• CP2 阶段的通信'>5.3.2 CP1^CP2 阶段的通信
• CP4 阶段的通信'>5.3.3 CP3^CP4 阶段的通信
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 直流电机驱动器原理图
• 附录2 直流电机驱动器PCB 图
• 附录3 基于SERCOS 总线伺服控制系统原理图
• 附录4 基于SERCOS 总线伺服控制系统PCB 图
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢