随着工业制造业的发展,其网络化、分散化、智能化的程度不断提高,基于工业以太网构建的运动控制系统得到了越来越广泛的应用。其中,基于EtherCAT的网络化运动控制系统传输速度高、实时性和同步性好、拓扑结构灵活、配置操作简单、成本低廉,逐渐成为运动控制领域研究的热点和趋势。本文面向运动控制对EtherCAT主站展开研究。首先,针对EtherCAT主站在运动控制中的应用问题,在深入研究EtherCAT技术原理的基础上,设计了EtherCAT主站的整体框架,阐述了主站软件方案和功能模块。对嵌入式硬件进行了选型,采用了Linux+Xenomai的系统实时化方案,分析了IGH EtherCAT Master开源协议栈,完成了EtherCAT主站整体方案设计。接着,针对主从站数据通信,研究了EtherCAT过程数据处理机制,建立了运动控制系统的主从站CoE通信模型,设计了EtherCAT总线配置程序。针对总线网络同步,研究了时钟同步的算法实现、分布时钟操作,开发了时钟同步程序和同步信号的配置程序。然后,开发了主站插补算法,研究了三次S型加减速控制模型,设计了直线插补算法和圆弧插补算法。构建梯形插补序列进行了插补余量分摊,提高插补精度和避免速度突变。对连续线段插补进行了速度前瞻,减少连续加工过程机床的频繁启停带来的冲击,并设计了速度前瞻程序。通过仿真分析验证了插补算法的正确性和速度前瞻的效果。设计了基于EtherCAT的伺服控制系统的整体框架,介绍了总线的拓扑结构和从站模块(伺服控制器)的选型,设计了主从站周期性同步通信模式,开发了伺服控制应用程序,实现了EtherCAT主站对多轴伺服的周期性同步位置(csp)控制模式。最后,搭建了测试实验平台,针对EtherCAT主站性能,开展了主站任务调度延迟测试、主站周期性实时任务测试、分布时钟网络同步性能测试。结果表明主站的实时性和多轴控制同步性可以满足运动控制的要求。针对主站的多轴运动控制性能,开展了伺服位置控制和三轴雕铣机床加工实验,结果表明开发的EtherCAT主站可以实现准确的电机位置控制,能够满足多轴运动控制的要求。