工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線EtherCAT驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì),包括ET1100的硬件設(shè)計(jì)、主從站程序設(shè)計(jì)等
標(biāo)簽： ethercat
上傳時(shí)間： 2022-01-11
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本研究提出了一套完整的基于Linux嵌入式平臺(tái)的EtherCAT主站系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，旨在打通整個(gè)EtherCAT協(xié)議技術(shù)環(huán)節(jié)。從主站和從站的硬件層面到軟件層面再到上位機(jī)軟件，開(kāi)發(fā)出整套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EtherCAT主站系統(tǒng)。設(shè)計(jì)EtherCAT從站模塊，選用從站控制芯片ET1100設(shè)計(jì)通信板，STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)控制板，將通信板和控制板通過(guò)SPI總線接口組合，組成兩套從站模塊，分別實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸入信號(hào)檢測(cè)和模擬輸入信號(hào)檢測(cè)的功能。設(shè)計(jì)EtherCAT主站模塊，選用基于AM3358處理器的BeagleBone Black作為L(zhǎng)inux嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并且在該平臺(tái)上運(yùn)行集成Xenomai實(shí)時(shí)補(bǔ)丁的Linux操作系統(tǒng)，接著在操作系統(tǒng)上構(gòu)建IgH EtherCAT Master for Linux開(kāi)源框架和配置開(kāi)發(fā)環(huán)境，最后基于這套開(kāi)源框架進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，完成整套主站模塊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)EtherCAT主站程序的兩種交互模式，一種是基于命令行操作的控制臺(tái)模式，還有一種是基于Qt開(kāi)發(fā)的圖形用戶界面模式。用戶可以通過(guò)任意模式，實(shí)現(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)通信和服務(wù)數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，并且執(zhí)行一些其他的必要功能操作。結(jié)果表明，從站模塊的基本功能實(shí)現(xiàn)，可以有效檢測(cè)輸入的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)。主站模塊的基本功能實(shí)現(xiàn)，可以與從站模塊建立起有效的過(guò)程數(shù)據(jù)通信和服務(wù)數(shù)據(jù)通信，性能上同步誤差在ns級(jí)，報(bào)文的傳輸時(shí)間在us級(jí)，通訊抖動(dòng)在us級(jí)別，可以滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。控制臺(tái)模式和圖形用戶界面模式交互有效。
上傳時(shí)間： 2022-05-22
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多關(guān)節(jié)機(jī)器人在工業(yè)上已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，并且以后會(huì)用在越來(lái)越多的其他領(lǐng)域。多軸控制系統(tǒng)作為多關(guān)節(jié)機(jī)器人的核心，發(fā)展也十分迅速。傳統(tǒng)的多軸控制器體積比較龐大，擴(kuò)展性不好。在工業(yè)4.0的時(shí)代，多軸控制系統(tǒng)也越來(lái)越智能，同時(shí)體積也在逐步減小，并且能夠聯(lián)網(wǎng)。EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線是一種新興工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)發(fā)展，在通訊速度，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等領(lǐng)域已經(jīng)具有非常獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本課題的工作主要是將EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用在多軸控制系統(tǒng)中，利用其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高多軸控制器的擴(kuò)展性和靈活性，使控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。 本研究首先分析了多軸控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，介紹了EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，確立了多軸控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)架構(gòu)以及開(kāi)發(fā)方法。然后，課題設(shè)計(jì)完成了基于ET1100的通訊板。在此通訊板的基礎(chǔ)上，使用STM32單片機(jī)作為EtherCAT應(yīng)用層控制芯片，設(shè)計(jì)并完成了數(shù)字輸入輸出部分和模擬輸入輸出部分的軟硬件。同時(shí)，為了達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求，設(shè)計(jì)著重考慮了安裝的便利性，熱插拔功能以及抗干擾性。接著，課題以實(shí)驗(yàn)室雕刻機(jī)為控制對(duì)象，以PC機(jī)作為EtherCAT主站，在主站上的TwinCAT軟件中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了雕刻機(jī)的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面。同時(shí)，課題使用ADS通訊接口與C＃高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的交互。為了更加方便實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，課題也基于.NET架構(gòu)設(shè)計(jì)了人機(jī)界面，這樣方便Windows平臺(tái)對(duì)多軸系統(tǒng)的直接或者遠(yuǎn)程控制。最后，在雕刻機(jī)平臺(tái)上對(duì)設(shè)計(jì)的多軸控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)多軸之間的同步性能進(jìn)行測(cè)試，完成了雕刻機(jī)的單軸運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，多軸聯(lián)動(dòng)以及示教運(yùn)動(dòng)，并且多軸之間的實(shí)時(shí)性在微秒級(jí)。
標(biāo)簽： ethercat 總線 人機(jī)交互 計(jì)算機(jī)技術(shù)
上傳時(shí)間： 2022-05-29
上傳用戶：qingfengchizhu
隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)從模擬控制發(fā)展到全數(shù)字控制，其性能不斷提高，在工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用.基于現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以其高可靠性、快速性和穩(wěn)定性成為伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。德國(guó)倍福公司提出的EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)鏈路層采用了實(shí)時(shí)調(diào)度的軟件核，并提供了過(guò)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)莫?dú)立通道，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性：該網(wǎng)絡(luò)還具有靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的系統(tǒng)配置，較低的構(gòu)建成本等特點(diǎn)，適合應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。目前，該網(wǎng)絡(luò)受到了運(yùn)動(dòng)控制開(kāi)發(fā)商的廣泛關(guān)注。本文以海洋研究領(lǐng)域的造波機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為背景，利用EtherCAT從站接口控制器ET1100和DSP芯片TMS320F28335開(kāi)發(fā)了EtherCAT從站設(shè)備，構(gòu)建了一主一從的EtherCAT網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)精確的位置控制。論文首先對(duì)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，對(duì)其各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)分析，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給出了自己的觀點(diǎn)，就目前廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制中的兩種總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了介紹。其次，詳細(xì)分析了EtherCAT網(wǎng)絡(luò)的原理、技術(shù)特點(diǎn)及主從站關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合本文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，介紹了1公司最新推出的用于1業(yè)控制的DSP片-TMS320F28335，分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用到的幾個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模塊與通訊模塊，并給出了相應(yīng)寄存器配置。最后在對(duì)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)和DSP芯片TMS320F28335研究基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了EtherCAT從站設(shè)備，避免了造波機(jī)系統(tǒng)中脈沖+方向位置控制方式長(zhǎng)線傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，給出了開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的總體框架及主從站實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵細(xì)節(jié)，并給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。本設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ芎蚑MS320F28335 DSP芯片運(yùn)動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)高精度的位置控制。
標(biāo)簽： ethercat 伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2022-06-01
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