随着工业现场总线的快速发展,工业以太网已经成为工业现代化制造系统中不可或缺的一部分,总线型的伺服驱动器在自动化生产加工行业也得到了越来越多的应用。EtherCAT工业现场总线被广泛应用在运动控制方向。本课题在研究工业现场总线的基础上,将EtherCAT工业现场总线网络通信应用于XMC4800伺服控制系统,设计了工业以太网总线通讯的伺服驱动器。本课题使用Infineon(英飞凌)公司ARM_Cortex-M4架构的XMC4800单片机,通过内部集成EtherCAT功能模块,设计了总线型伺服驱动系统,主要研究工作包括:1.介绍了课题研究背景、EtherCAT总线伺服驱动器的研究现状以及EtherCAT技术的主要特点,分析和对比了国内外的伺服驱动器的发展现状和趋势,分析工业以太网的研究现状和不同从站方案的优缺点。2.介绍了EtherCAT伺服控制系统总体方案设计和关键技术。网络通讯部分介绍了EtherCAT数据帧结构、状态机模式、状态机的请求与响应机制、EtherCAT总线邮箱数据和过程数据的通信。伺服驱动部分介绍了电机控制的关键技术。3.设计了以英飞凌XMC4800为核心的硬件电路,包括EtherCAT总线从站网络通讯接口电路、电源电路、电流采样电路、MOS驱动电路、编码器反馈电路、过流检测电路、数字输入输出电路、母线电压、温度检测电路等。4.基于英飞凌DAVE平台设计了伺服系统的EtherCAT从站网络通讯协议栈程序和CIA402运动控制协议程序,编写了设备描述文件。设计了伺服驱动器的算法程序,主要包括对伺服电机转子初始位置检测、电机的转速计算、电流环、速度环、位置环程序设计。5.搭建了一套精密滚珠丝杆模组实验装置,基于德国倍福公司的TwinCAT平台,测试了所设计系统EtherCAT网络通讯的任务周期和十个从站伺服轴同步性延时,进行了位置和速度跟踪控制实验。实验测试结果表明所设计EtherCAT总线伺服电机控制系统的有效性。