伴随着科学技术的进步,当今制造业正转型升级,向着智能化、网络化、大数据方向发展。而制造业与运动控制技术有着密切关系。传统运动控制系统是制造业中很重要的环节,它们大都采用集中式控制或者传统的低速现场总线,存在网络化程度低、同步特性较差、功能扩展不便等问题。因此,目前市场的急切需求是：研究出一种同步特性更强、实时性能更高、功能扩展更容易的运动控制系统。本文在对嵌入式技术、工业以太网技术和运动控制技术深入学习与研究的基础上,针对当前大多数运动控制系统网络化程度低、同步特性较差、功能扩展不便等问题,提出了一种Linux+Xenomai平台下基于Ethernet POWERLINK(本文中简称为POWERLINK)总线的运动控制系统的解决方案。该运动控制系统由带POWERLINK总线接口的运动控制器主站、带POWERLINK总线接口的伺服驱动器以及伺服电机等组成,主要实现了网络通信功能以及运动控制功能。首先,本文搭建了可靠又高效的实时嵌入式运行环境。本文软件环境采取“宿主机+目标机”的架构,其中宿主机基于嵌入式Linux系统,目标机基于Zedboard开发板。结合嵌入式技术、ARM技术和FPGA技术,完成了交叉编译环境的搭建以及Linux系统软件平台的移植和定制。选择用Xenomai内核改进Linux系统的实时性,最终使其硬实时性能达到运动控制系统的要求。其次,详细阐述了带POWERLINK总线接口的运动控制器主站的实现。在综合Linux+Xenomai架构实时层和内核层特点后,基于Zedboard开发板实现了运动控制系统的POWERLINK主站。主站的大部分功能模块在ARM端实现,包括POWERLINK网络通信模块、运动控制模块等。为了提高POWERLINK通讯周期,协议栈中网络管理状态机、数据链路层和周期数据对象等部分在FPGA端实现。网络通信模块主要完成了POWERLINK协议栈的移植,运动控制模块主要根据CIA 402和CIA 401规范编程实现。整个系统通过POWERLINK总线进行实时传输和通信。然后,对POWERLINK网络延时进行了分析并设计了前馈-反馈PID补偿算法。为了改善网络延时对系统实时性能造成的不良影响,在简化系统速度环和位置环控制器数学模型的条件下,设计了一种前馈-反馈PID补偿算法,进行数学建模与仿真分析,并编程实现网络延时的补偿算法。仿真结果表明,算法补偿后的系统信号跟随性能得到了很大的提高。最后,本文搭建了Linux+Xenomai平台下基于POWERLINK总线的运动控制系统实验平台,进行了POWERLINK网络通信测试和伺服驱动控制测试,并对测试结果进行了分析。结果表明,系统整体方案可行,实现了预期的网络通信功能和运动控制功能,算法补偿后的系统位置跟踪性能得到了明显的提升。本文设计的运动控制系统不但硬件结构简单,而且软件资源丰富,可靠性与可重构性强,极具市场竞争力。