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随着计算机技术的飞速发展,二十世纪末出现的现场总线运动控制已成为运动控制领域的研究热点,计算机技术和现场总线技术促进了交流伺服系统向着网络化控制方向的发展。本文主要讨论了现场总线中的CAN(Controller AreaNetwork)总线技术及基于CAN总线的交流伺服系统,以PC和嵌入式控制器为硬件平台,以Windows和VC为软件平台构成实验系统。论文主要工作如下:
第一,论文给出了控制局域网CAN总线技术原理及其应用,介绍了CAN总线的实时通信协议,并讨论了基于CAN总线的网络化伺服控制系统的设计原则和实现方法。
第二,在详细讨论了运动伺服控制算法的基础上,深入研究了ELMO伺服所采用的PIP控制算法及两级插补模式的运动控制算法,采用离线粗插补和实时精插补实现轮廓控制。本文重点介绍的PVT(位置-速度-时间)算法增加了轨迹的平滑性和精确性。运动控制器Maestro接收来自本地或远程网络上经过PC机粗插补后的运动指令,经过程序编译后,Maestro通过CAN总线给伺服驱动器发送指令信息,各驱动器解释指令后把位置指令信号经过PIP等控制运算后输出电压信号,使马达产生力矩以驱动电机按照指令运转。
第三,本文给出了CAN总线伺服控制系统的硬件设计并对系统的硬件结构进行了详细分析。采用交流伺服驱动器Bassoon构成现场总线控制系统(FCS)中的一个智能节点。然后利用CAN总线把这些智能节点连接起来,采用Maestro和HITECH工业触摸屏作为上位控制装置,实现了一个基于触摸屏、CAN总线和以太网的多电机的伺服控制系统。
第四,本文给出了CAN总线伺服控制系统的软件设计。在以色列ELMO公司提供的开发库的基础上,直接使用VC++6.0的MFC开发的Win32 Application标准窗口,设计了基于CAN总线和以太网通信的总线伺服控制软件,包含系统监控、插补算法、控制算法等许多模块,已成功应用于轨迹控制实验以及伺服特性实验。
另外,提出了基于以太网的网络化伺服控制系统,通过以太网可以将分布在不同地域的现场控制设备和控制系统可以有机地连接成一体,达到宽广地域的远程监视与控制。
最后,在所设计的实验平台上设计了多个CAN总线教学实验。研究结果表明:这种基于CAN总线的新型可编程控制系统既具有全分布、全数字化的特性,适应了控制系统的发展趋势,又具有很好的通用性和系统开发的简便性,有助于现场总线的推广应用,具有很好的实用价值。