运动控制系统是工业自动化装备的关键组成部分,历来被国内外企业和高校视为重点研究对象。在各国规划制造业智能化发展的时代背景下,推动控制网络化、生产敏捷化和信息集成化发展是目前的趋势所向。受实时性、传输带宽和接口标准等条件的限制,基于传统现场总线的运动控制系统难以跟上当前的发展趋势,亟需性能更优的总线技术弥补不足。EtherCAT通信协议因其通信延时低、同步精度高和结构灵活开放的特点,在众多总线技术中脱颖而出。运动控制系统与EtherCAT技术结合,对推进制造业智能化有重要的促进作用。本文针对运动控制领域的EtherCAT技术应用问题,开发基于嵌入式ARM的控制器硬件平台和EtherCAT主站软件系统,实现了基于EtherCAT通信的多轴控制;针对实际测试问题,设计开发数控程序和三轴从站平台,模拟现实生产环境,对系统的性能及功能进行了验证。主要研究工作概述如下:首先,对EtherCAT的技术规范进行研究,重点对EtherCAT数据帧结构、报文寻址原理、设备OSI模型及设备同步技术进行了研究。通过研究主站的组件构成,选择了IgH协议栈开发EtherCAT主站。针对主站硬件平台,提出本文“PC+嵌入式主站+伺服从站”的运动控制系统的设备架构。然后,设计了“AM4377核心板+底板”架构的嵌入式控制器硬件。在控制器中移植了Xenomai-Linux系统,为主站实时程序开发提供了条件。针对EtherCAT主站程序开发工作,采用IgH EtherCAT协议栈,对主站的总线管理和EtherCAT数据帧收发等功能进行封装。通过区分功能的实时性和非实时性需求,将控制器软件划分为Linux程序模块和Xenomai实时程序模块分别开发,重点对EtherCAT状态机、DC时钟同步、过程数据对象配置以及伺服模式控制等内容进行了设计和实现。其次,针对上位机开发,首先对MVC和FLUX软件架构进行了研究,通过结合两种软件框架的优点,通过“消息路由”机制方法,分离数控程序的事件消息和事件数据的传输通道,避免了程序内不同模块的交叉调用问题。通过设计数控界面、G代码解释器、ESI文件配置器等模块,实现了数控系统的基本功能。最后,为完成运动控制系统的实际应用测试,采用台达伺服驱动和倍福IO模块作为从站设备,设计了EtherCAT三轴机床实验平台。在该平台上进行性能测试和实体加工实验,验证了本套系统在通信功能和运动控制功能上的正确性和有效性。