基于EtherCAT主站的运动控制系统设计

发布时间：2018-02-25 21:15

  本文关键词： 工业以太网 EtherCAT 运动控制 速度规划　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：为了保持竞争力和繁荣,许多企业越来越转向先进的工业自动化,以最大限度地提高生产力、经济规模和产品质量。实时工业以太网的出现,为自动化行业的发展创造了新的动力。工业以太网在实时性、可靠性和确定性等方面具有传统现场总线无法比拟的优势。运动控制是自动化领域的重要技术,实时工业以太网不仅可以为其提供高速实时的数据通信,还能显著降低生产和运行成本。本文在网络协议、伺服设备状态机、运动控制算法与软件设计等方面对EtherCAT和运动控制技术进行分析和研究:首先介绍了运动控制技术和工业以太网技术的发展现状,对几款流行的实时工业以太网进行了介绍,通过对多种工业以太网技术进行多方面的比较,选择EtherCAT作为实现运动控制系统设计所采用的通信协议;然后在体系结构、通信协议、分布式时钟等方面分析了 EtherCAT的运行原理;随后对运动控制技术中的插补与速度规划等算法进行了一定的分析与研究;最后,以EtherCAT主站协议栈为通信手段,完成了基于EtherCAT的运动控制软件设计,并对部分系统功能进行了测试。本软件运行于Linux平台,适用于x86和ARM等多种架构。此外,软件在运动控制功能与EtherCAT主站协议栈之间存在信息抽象层,因此并不受限于某一款特定的协议栈。理论上,任意一款运行着Linux操作系统,同时载有标准以太网口的硬件,都可以成为本软件的目标平台。最终的实验结果表明,本软件可以实现对伺服电机的运动过程进行较为理想的控制。
[Abstract]:In order to remain competitive and prosperous, many enterprises are increasingly turning to advanced industrial automation to maximize productivity, economic scale and product quality. Industrial Ethernet has incomparable advantages in real-time, reliability and certainty. Motion control is an important technology in the field of automation. Real-time Industrial Ethernet can not only provide high speed real-time data communication, but also significantly reduce the production and operation costs. The motion control algorithm and software design are analyzed and studied in the aspects of EtherCAT and motion control technology. Firstly, the development status of motion control technology and industrial Ethernet technology is introduced, and several popular real-time industrial Ethernet technologies are introduced. Through the comparison of various industrial Ethernet technologies, EtherCAT is chosen as the communication protocol to realize the design of motion control system, and then the operating principle of EtherCAT is analyzed in the aspects of architecture, communication protocol, distributed clock and so on. Then, the interpolation and speed planning algorithms in motion control technology are analyzed and studied. Finally, the design of motion control software based on EtherCAT is completed with the EtherCAT master station protocol stack as the communication means. Some of the system functions are tested. The software runs on Linux platform and is suitable for x86 and ARM. In addition, there is information abstraction layer between motion control function and EtherCAT master protocol stack. Therefore, it is not limited to a specific protocol stack. In theory, any hardware with Linux operating system and standard Ethernet port can be the target platform of this software. The software can achieve a more ideal control of the servo motor motion process.
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP273

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本文编号：1535171