基于以太網(wǎng)的分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、運(yùn)動(dòng)控制是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化成為了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。采用工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)成為了當(dāng)今運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。為解決運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)中存在的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和網(wǎng)絡(luò)同步問題，通常使用改變以太網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)或通信調(diào)度的方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)。該方法雖然使以太網(wǎng)滿足了實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求，然而犧牲了以太網(wǎng)的通用性。 針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)中存在的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和網(wǎng)絡(luò)同步問題，提出了網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步與定時(shí)觸發(fā)相結(jié)

2、合的方法，在滿足以太網(wǎng)通用性的前提下實(shí)現(xiàn)了對(duì)多軸電機(jī)的同步控制。所謂定時(shí)觸發(fā)，是指在控制命令中指定命令執(zhí)行時(shí)間，使各控制器按照指定時(shí)間定時(shí)執(zhí)行命令。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中插補(bǔ)命令的數(shù)據(jù)量大，而控制器緩存區(qū)小的問題，提出了基于滑動(dòng)窗口協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)流量控制方法，保證了插補(bǔ)命令在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)的傳輸。 以可編程以太網(wǎng)控制器PEC8000為硬件平臺(tái)，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)控制器和伺服控制器，并采用交換式以太網(wǎng)組成了分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。分析了控制器的晶振偏

3、差，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步。采用微控制器提供的定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了定時(shí)觸發(fā)機(jī)制。以時(shí)鐘同步和定時(shí)觸發(fā)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、電子齒輪等分布式運(yùn)動(dòng)控制功能。分析了插補(bǔ)運(yùn)算中的舍入誤差和控制器的晶振偏差對(duì)插補(bǔ)精度的影響，提出并實(shí)現(xiàn)了定時(shí)補(bǔ)償?shù)乃惴?，提高了插補(bǔ)控制精度。針對(duì)圓弧插補(bǔ)運(yùn)算耗時(shí)較長(zhǎng)的問題，使用三次樣條逼近正弦曲線的方法，實(shí)現(xiàn)了三角函數(shù)的快速算法，提高圓弧插補(bǔ)運(yùn)算速度。 組建了四軸同步運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)，驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步和定時(shí)