【摘 要】
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随着“中国制造2025”战略的提出,工业制造业网络化、开放化、智能化的趋势越来越明显。基于实时工业以太网现场总线技术的运动控制器正在逐步替代传统的总线运动控制器。EtherCAT总线凭借其传输速率快、实时性和同步性强,拓扑结构灵活多样等诸多优点,成为运动控制领域控制器的研究热点。本文面向多轴运动控制,对基于EtherCAT总线的主站控制器展开研究和开发,主要内容如下:1.梳理EtherCAT技术的
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随着“中国制造2025”战略的提出,工业制造业网络化、开放化、智能化的趋势越来越明显。基于实时工业以太网现场总线技术的运动控制器正在逐步替代传统的总线运动控制器。EtherCAT总线凭借其传输速率快、实时性和同步性强,拓扑结构灵活多样等诸多优点,成为运动控制领域控制器的研究热点。本文面向多轴运动控制,对基于EtherCAT总线的主站控制器展开研究和开发,主要内容如下:1.梳理EtherCAT技术的发展史及其在运动控制领域的发展状况,对典型的EtherCAT主站实现方案进行对比分析,并对EtherCAT技术进行深入分析。2.确定EtherCAT主站的各项设计指标,对其系统架构进行设计。采用PC+PCI卡的方式,基于ZYNQ平台、Ig H EtherCAT开源协议栈和Xenomai/Linux实时系统实现EtherCAT主站系统的各项功能。然后依据主站功能将主站系统划分为三个子系统,PC端完成配置功能及运动控制逻辑运算,ARM0端实现数据解析及EtherCAT协议栈功能,FPGA实现数据帧的周期收发。3.在深入解析Ig H开源协议栈的基础上对主站应用程序进行开发,利用Ig H协议栈提供的API完成了主站初始化配置和执行周期实时任务的程序开发。并对主站初始化阶段的配置工作进行优化,通过设计配置软件的方式实现主站柔性化配置。4.将主站与成熟的运动控制软件进行适配,对其通信的数据格式和通信逻辑进行了设计。然后利用运动控制软件对主站的极限性能和稳定性进行了系列实验测试,结果表明在可支持轴数和抖动方面,本文开发的主站要优于商业主站。5.将主站应用到贴标行业,用本文开发的EtherCAT主站代替传统的脉冲轴卡实现对贴标机多个轴的运动控制。表明本文开发的EtherCAT主站控制器能良好地实现多轴高速高精度的运动控制。
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