网络环境下的轮廓跟踪控制算法研究

发布时间：2020-12-12 15:48

　　轮廓跟踪控制是制造业加工生产过程中常见的多轴运动控制任务,如焊接、喷涂、打磨、裁割、雕刻等等,轮廓加工精度是衡量生产质量的关键技术指标之一。目前,集中式或者点对点式的轮廓跟踪控制系统已经发展比较成熟,相关控制器产品往往采用“PC机+运动控制卡”架构,可以实现高精度轮廓跟踪控制。然而,此类运动控制器存在接线复杂、扩展性差、传输受限、互联性差等缺点,不能满足现代制造中的数据共享和智能制造要求。为解决上述问题,将以太网通信技术引入到多轴运动控制系统中成为主流发展方向。因此,研究网络环境下的轮廓跟踪控制问题具有很好的理论和实际意义。随着网络通信技术的快速发展和网络化运动控制器需求的日益旺盛,多种实时工业以太网协议应运而生,如EtherCAT、EtherNet/IP、EPA等,并被广泛应用于运动控制系统中。然而,基于工业以太网的运动控制系统需要额外的硬件支持,相关产品价格昂贵,一定程度上限制了其发展。相对而言,通用以太网具有更低的网络使用成本和更好的网络互联性,且随着网络传输速率的不断提高,使得将其应用于运动控制系统中成为了可能。此外,利用PC机的强大计算能力,无需额外硬件模块,可大大增加控制系... 

【文章来源】：浙江工业大学浙江省

【文章页数】：121 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

运动控制器的几种应用场合

网络环境下的轮廓跟踪控制算法研究19图2-2网络环境下的轮廓跟踪控制系统实验平台Figure2-2.ExperimentalsetupoftheNMCS如图2-2所示，PC机作为系统客户端控制中心，CPU型号为酷睿i3-6100，RAM大小为4GB，搭载了64位Windows10操作系统，并安装了必要的软件开发环境。通信转接板采用的是基于STM32F407ZGT6微处理器的开发板，搭载了基于LAN8720A芯片的以太网物理层。伺服系统选择的是台达公司的ASDA-A2系列伺服驱动器和ECMA-C10604RS型号的伺服电机，内含CANopen主站协议，CAN总线通讯速率可达1Mb/s，且配有RJ45接口，方便网线连接。设备采用的是小型的三轴雕刻机，电机和执行器之间通过丝杆实现传动。实验平台主要参数配置及指标如表2-1所示。表2-1实验平台参数配置及指标Table2-1.Technicalindicatorsoftheexperimentalsetup参数配置及指标CPU酷睿i3-6100RAM4GB操作系统Windows1064位嵌入式微处理器STM32F407ZGT6以太网通信速率100Mb/sCAN通信速率1Mb/s伺服器型号台达ASDA-A2电机型号台达ECMA-C10604RS传动方式滚珠丝杆电子齿轮比1/128（10000个脉冲/圈）传感器位置精度5-410mm根据控制任务设计客户端上位机软件如图2-3所示[137]。

浙江工业大学博士学位论文20图2-3网络环境下的轮廓跟踪控制系统客户端上位机软件Figure2-3.PCclientsoftwarefortheNMCS在图2-3中，左侧为功能按钮选择和设置区，包括控制系统操作功能以及网络连接功能；中间为参数显示区域，包括速度、力矩、时延的图形动态显示以及伺服轴参数的静态显示；右侧为轮廓轨迹任务的实时显示区域，包括期望轨迹和实际跟踪轨迹。另一方面，通信转接板作为PC控制中心和伺服系统的通信桥梁，需要实现对UDP/IP协议和CANopen协议的解析，因此在转接板上设计了UC/OSII嵌入式系统，开发了相应的UDP/IP协议和CANopen协议通信功能，通过中断函数实现对各协议数据的收发，并对数据收发的每个时间节点进行时间戳记录。嵌入式通信转接板整体框架如图2-4所示。STM32F407电源存储模块UC/OSII系统系统初始化配置CANOpen协议UDP/IP协议CAN接口伺服电机网络接口PC机I\O接口原点信号图2-4嵌入式通信转接板整体框架Figure2-4.Thestructureoftheembeddedcommunicationinterfaceboard

【参考文献】：
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本文编号：2912850