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基于EtherCAT的伺服运动控制系统研究

作　者: 黎妞
导　师: 方康玲
学　校: 武汉科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 伺服运动控制系统 EtherCAT EtherCAT伺服驱动器AX5203 TwinCAT
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 244次
引　用: 2次
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内容摘要


随着工业自动化的迅猛发展，运动控制对实时性和网络化的要求也越来越高，多种实时以太网随之而生。单纯的现场总线不能满足工业现场高速、高精度和多设备的要求。实时以太网的产生，降低了自动化设备成本，提高了实时响应速度，顺应了工业自动化发展趋势。实时以太网将标准以太网的优点和工业自动化的实时性进行有机结合，有着更强大的数据处理能力，是有着高效确定性的通信协议，适用于对动态性和精确性要求极高的伺服运动控制系统。本文搭建并研究了基于EtherCAT的伺服运动控制系统，在这个过程中，完成了以下工作：根据实验室的设备，搭建了一主一从的EtherCAT伺服运动控制系统。采用德国Beckhoff公司的TwinCAT软件作软主站、基于EtherCAT的数字伺服驱动器AX5203作从站、同步伺服电机AM3021作执行机构，构建了系统。对EtherCAT的主从站进行了一系列的配置，编写TwinCAT PLC程序，利用TwinCAT软件和VC++进行混合编程，编写模糊控制程序，结合驱动器的PID算法，从而通过智能控制算法来控制AM3021。测试了EtherCAT总线的性能，在本文搭建好的系统的基础之上，利用德国Hilscher公司的实时以太网分析仪netANALYZER和Wireshark网络分析软件进行此项工作。通过测试，进一步验证了EtherCAT的优越性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 课题背景  8
  1.2 本课题的相关技术  8-9
  1.3 课题主要的研究内容  9-11
第二章 关于伺服运动控制系统  11-27
  2.1 伺服系统的概况和发展历程  11-14
    2.1.1 伺服运动控制系统的一般结构  11-12
    2.1.2 伺服运动控制系统的一般的分类  12-14
  2.2 伺服运动控制系统每个部分的解析  14-20
    2.2.1 基于 EtherCAT 的运动控制器  14-16
    2.2.2 基于 EtherCAT 的伺服驱动器  16-19
    2.2.3 伺服电机  19-20
  2.3 控制伺服电机的策略的分析  20-25
    2.3.1 PID 控制算法  20-21
    2.3.2 模糊控制算法概念  21-23
    2.3.3 AM3021 的模糊 PID 控制算法分析  23-25
  2.4 伺服运动控制系统的网络化  25-26
    2.4.1 SERCOS 控制网络  25-26
    2.4.2 PROFIBUS-DP 控制网络  26
  2.5 本章小结  26-27
第三章 实时工业以太网 EtherCAT 简介  27-40
  3.1 实时工业以太网概述  27-28
  3.2 EtherCAT 系统组成  28-32
    3.2.1 EtherCAT 主站  29-30
    3.2.2 EtherCAT 从站  30-32
    3.2.3 EtherCAT 物理拓扑结构  32
  3.3 EtherCAT 数据帧结构  32-34
  3.4 EtherCAT 数据链路层  34-37
    3.4.1 寻址方式  34-35
    3.4.2 FMMU  35-36
    3.4.3 分布时钟 DC  36-37
  3.5 读写服务  37
  3.6 EtherCAT 应用层  37-38
  3.7 EtherCAT 状态机  38-39
  3.8 本章小结  39-40
第四章 EtherCAT 主站 TWINCAT、VC++的通讯及其混合编程研究  40-47
  4.1 系统平台的搭建  40-41
  4.2 应用研究  41-45
    4.2.1 专门的接口文件  41
    4.2.2 VC 和 TwinCAT PLC 的通讯  41-45
    4.2.3 模糊程序的控制界面的设计  45
  4.3 实验的结果和分析  45-46
  4.4 本章小结  46-47
第五章 ETHERCAT 主从站配置及其性能测试  47-57
  5.1 系统配置  47
  5.2 通讯过程  47-53
  5.3 EtherCAT 总线性能测试  53-56
    5.3.1 实验设备及工作原理  53-54
    5.3.2 实验的测试平台的搭建和实现  54-56
  5.4 本章小结  56-57
第六章 总结与展望  57-58
参考文献  58-61
研究生期间发表论文  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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