基于网络的多轴运动控制技术及电子凸轮实现

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互联网技术是当今的热门技术,具有极其高速的通信能力、大规模生产的低成本特性、清晰的层次化管理结构等特点。因此,如果将该技术引入工业通信领域,将会使得工控领域的通信跟随互联网技术进步,共享互联网发展硕果。然而,普通以太网的实时性、确定性不足以满足工业通信的要求,因此,有些机构在标准以太网的基础上发展了实时以太网的概念,以满足工业现场的应用需求,如目前已经比较普及的EtherCAT、Powerlink等。将以太网技术与运动控制技术相结合,通过网络将整个现场应用层组织起来,能够模块化的管理现场应用器件,使得运动控制技术具有了更好的灵活性,方便了通用运动控制技术的应用实施,而且便于管理、维护。除了实时以太网,基于网络的运动控制系统的核心技术还有运动控制算法。其中较为常用的当属电子齿轮、电子凸轮等。因此,本文作了基于实时以太网Powerlink技术的运动控制研究,并给出了电子凸轮的具体实现,希望在国内运动控制领域起到抛砖引玉的作用。本文以基于总线的运动控制技术为研究对象,首先研究了基于总线网络的运动控制方案结构,给出了简单易行的硬件和软件框架。相比传统的运动控制方案,基于网络总线的运动控制方案更加灵活,更具有模块化、分层结构的特点。基于网络的运动控制系统通过总线的方式管理现场应用模块,形成了分布式驱动,集中式控制的结构,即:将算法集中在一起,形成主控制器节点,使用以太网总线连接各驱动模块。这样,各轴之间的协调变得容易,省去了传统的机械连接部件,也便于实现一些复杂的算法,如高实时性的多轴同步、复杂的轨迹插补等。然后,本文分析了Powerlink的工作原理和不同平台的移植方法,并对Powerlink在同步中的实现方式做了简要分析。Ethernet Powerlink技术是一个符合IEC61158标准的实时以太网协议。它由贝加莱工业自动化有限公司在2001年首次向公众推出,并由Ethernet Powerlink Standardization Group(EPSG)推广。它融合了Ethernet和CANopen技术的优缺点,即拥有了Ethernet的高速、开放性接口,以及CANopen在工业领域良好的SDO和PDO数据定义。关于Powerlink的同步方法,本文探讨了基于数据帧的同步方式和基于IEEE1588时间戳协议的同步方式。最后做了不同平台上Powerlink技术的实现案例。最后,本文对运动控制中常用的电子凸轮技术做了详细阐述,并将Powerlink总线与电子凸轮技术结合起来做了运动控制实验,得到了较好的测试效果,对工业上多轴运动控制的具体实现具有一定的启发作用。使用运动控制中的通用运动控制模块,如电子齿轮、电子凸轮等,能够使设计者能够脱离行业背景进行运动控制设计,同时达到较好的动态性能,具有较高精度,与传统机械相比没有摩擦损耗,维护也更加简单方便。
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