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基于CANopen与以太网的嵌入式运动控制器设计与研究

谢英男  
【摘要】:本文以运动控制系统中的运动控制器为研究对象,对比分析传统的集中式运动控制器结构复杂、各环节之间耦合度高、抗干扰能力差及不易维护的特点,设计、验证和分析了一种具有易于维护、系统柔性强且能够实现分布式控制和远程控制的嵌入式运动控制器。借鉴于国内外运动控制器的发展与研究现状,本文所提出的运动控制器设计方案将计算机网络和现场总线技术应用于运动控制器中。首先,使用以太网将运动控制指令传送到嵌入式运动控制器;其次,嵌入式运动控制器与伺服驱动系统之间通过搭载有开放式应用层协议CANopen的CAN现场总线进行相互通讯,从而实现伺服驱动系统的控制。本文的主干部分介绍了运动控制器的硬件平台及固件程序的设计流程和设计思路。硬件设计部分介绍了基本硬件环境和外围接口的实现;软件设计部分则按照数据传递的流程,层次化地介绍了网络通讯接口的实现、交互响应过程、数控代码解析与处理方法、基于时间分割法的圆弧插补方法、轨迹连续和速度规划方法以及基于CANopen开放式协议和CAN现场总线的运动控制方法。文章的最后,使用以立式铣床为代表的三轴直角坐标系数控装置作为实验对象,对本文的设计思路和方案进行了可行性实验验证及误差和精度分析。实验结果表明,按照本文介绍的硬件和软件方案设计的嵌入式运动控制器能够对数控程序中常用的指令代码进行解析并能够较为精确地控制伺服驱动系统进行圆弧和直线轨迹的运行,运行过程中速度稳定、运动轨迹较为精确。


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