伺服驱动器工业以太网接口设计 ——基于EtherCAT与CANopen技术

论文摘要

随着工业自动化水平的不断提高,工业控制网络所需负担的工作也日趋繁重,整个网络中传递信息的规模和复杂度也在不断增长,这给控制系统提出了更高的要求。伺服系统作为一种对控制精度、动态响应等性能指标要求很高的控制系统,也必须面对这些问题。本论文研究了将工业以太网技术应用于伺服系统的方法。通过将EtherCAT工业以太网协议与CANopen规范相结合,以TMS320F2812系列DSP为平台,设计并实现了伺服驱动器的工业以太网通信接口,组建了网络化的运动控制系统。通过分析EtherCAT与CANopen相关技术细节,阐述了将CANopen与EtherCAT相结合的关键点,给出了多种运动控制模式的设计方式,分析了软件设计和实现的具体方法和要点。本文按照分层和模块化的方式给出了通信接口的设计过程,按层次分为三个大的模块:EtherCAT通信模块、CoE通信模块与CANopen运动控制模块。对各个模块又根据功能分为多个子模块,其中EtherCAT通信模块主要包括:EtherCAT状态机服务、邮箱服务和过程数据服务;CoE通信模块包括:服务数据对象(SDO)服务、过程数据对象(PDO)服务、对象字典服务;运动控制模块包括设备状态机服务和多种运动控制模式的实现模块。对每个模块本文都给出了具体的设计与实现过程。本文实现了四种运动控制模式下的实际控制结果,包括周期同步的位置与速度模式以及位置与速度轨迹规划模式。实验结果表明,系统能够满足高速度、高精度、高可靠性和同步协调的控制要求。最后对所做工作进行了总结与展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 工业以太网技术的发展
• 1.2 伺服驱动系统的发展
• 1.3 本文的研究工作
• 2 基于工业以太网接口的系统整体方案
• 2.1 硬件结构
• 2.2 软件框架
• 3 网络接口协议分析
• 3.1 EtherCAT 协议
• 3.2 CANopen 协议
• 4 网络接口设计与实现
• 4.1 应用层设计与实现
• 4.2 应用设计与实现
• 5 实验结果
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表的论文