【摘要】：多軸運(yùn)動控制技術(shù)是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的熱點(diǎn)技術(shù)之一,它直接影響到現(xiàn)場設(shè)備的加工精度和效率。近年來,隨著以太網(wǎng)技術(shù)在多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,針對實(shí)時以太網(wǎng)多軸性能和時鐘同步的研究已經(jīng)成為實(shí)時以太網(wǎng)技術(shù)研究的主流方向。本文以線型以太網(wǎng)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了主副控線型實(shí)時以太網(wǎng)控制模型,旨在為多軸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動控制系統(tǒng)提供更好的實(shí)時性和同步性。本文主要研究內(nèi)容如下:首先,綜合比較了當(dāng)前流行的以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)延時、鋪設(shè)難易、經(jīng)濟(jì)成本和適用場合等關(guān)鍵因素,選擇線型級聯(lián)以太網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并在其基礎(chǔ)上提出了主副控線型實(shí)時以太網(wǎng)控制模型。其次,分析了以太網(wǎng)鏈路層網(wǎng)絡(luò)延時的來源,針對實(shí)時以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)延時的有界性建立了延時抖動模型。研究了主副控線型實(shí)時以太網(wǎng)多軸控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動配合方式和主副控制節(jié)點(diǎn)下屬從節(jié)點(diǎn)的分配策略。同時,針對主副控實(shí)時以太網(wǎng)內(nèi)報(bào)文雙向傳遞的特殊性,基于IEEE 802.3重新設(shè)計(jì)了適用于主副控網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)。然后,將基于主副控線型實(shí)時以太網(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò)啟動流程分為初始化、分配時鐘、主副控從節(jié)點(diǎn)分配、周期通訊、系統(tǒng)停止5個過程,并對每個過程做了詳細(xì)分析。為了保證主從節(jié)點(diǎn)間的時鐘同步性,基于IEEE 1588精確時鐘協(xié)議設(shè)計(jì)了主從節(jié)點(diǎn)時鐘模型,并在此模型的基礎(chǔ)上提出了一種主從節(jié)點(diǎn)時鐘同步算法。最后,基于Matlab/Simulink和TrueTime工具箱對網(wǎng)絡(luò)延時和主從節(jié)點(diǎn)時鐘同步性能做了仿真分析,分析結(jié)果顯示系統(tǒng)的時鐘同步性能較基于EtherCAT的單線型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)有了一定提升,滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)提出的多軸協(xié)調(diào)、高速高精的要求。同時,為了適應(yīng)現(xiàn)在高速發(fā)展的移動互聯(lián)網(wǎng),本文基于Android系統(tǒng)開發(fā)了一個與主副控實(shí)時以太網(wǎng)相配套的手機(jī)控制端App,該App具有遠(yuǎn)程控制和實(shí)時監(jiān)控等功能,并針對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全傳遞采取了Https通信加密和Sm4本地?cái)?shù)據(jù)加密兩種加密方式,確保數(shù)據(jù)的安全性。
【圖文】：

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論1.1 課題提出的背景及意義數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)，是國家工業(yè)體系競爭力的核心，是國民經(jīng)濟(jì)和國防軍事工業(yè)發(fā)展的基石。隨著現(xiàn)代工業(yè)和商業(yè)的持續(xù)發(fā)展、社會生產(chǎn)力的提高以及數(shù)控制造裝備技術(shù)的進(jìn)步，對數(shù)控控制技術(shù)的要求也越來越高，同時也對數(shù)控系統(tǒng)中多設(shè)備配合加工精度的要求越來越苛刻。傳統(tǒng)的集散式控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代加工制造業(yè)對控制系統(tǒng)的要求，而基于總線或分布式網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)因可滿足上述要求，逐漸出現(xiàn)在現(xiàn)代數(shù)控生產(chǎn)現(xiàn)場，且有取代集散式控制系統(tǒng)之勢。在國內(nèi)外研究文獻(xiàn)中，將這種基于總線或者分布式網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動控制系統(tǒng)定義為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動控制系統(tǒng)（也可以泛化的稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)）[1]，其結(jié)構(gòu)圖如圖 1.1 所示。

（a）高速印刷 （b）車身加工圖 1.2 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備具有更好的擴(kuò)展性、魯棒性、響速性，，同時整個系統(tǒng)的可靠性大大增強(qiáng)，系統(tǒng)中可控節(jié)點(diǎn)的數(shù)量顯著增加。同時絡(luò)運(yùn)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠解決傳統(tǒng)集散式控制系統(tǒng)布線復(fù)雜、傳輸距離短、量小等限制性問題，并且可以顯著降低設(shè)備安裝、配置、維護(hù)成本，縮短維護(hù)，減少維護(hù)次數(shù)[3]。盡管使用多軸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動控制技術(shù)搭建的控制系統(tǒng)相較于集散式控制系統(tǒng)擁有優(yōu)點(diǎn)，也帶來了許多新問題，例如系統(tǒng)實(shí)時性與時鐘同步性問題、網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延題、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分配問題及驅(qū)動策略等問題。總體來說，多軸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動控制系統(tǒng)代數(shù)控技術(shù)帶來了諸多益處，但也帶來一些缺點(diǎn)[4]，相關(guān)研究學(xué)者們針對這些缺行研究并將其細(xì)化為七大關(guān)鍵技術(shù)，分為兩大類，如圖 1.3 所示。
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP273;TP311.56

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2623515