本文關(guān)鍵詞：基于Ethernet PowerLink的多軸運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高,工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)︖\(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、控制精度等性能都提出了越來越高的要求。運(yùn)動(dòng)控制器作為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心組成部分,其發(fā)展水平將直接影響運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的基于現(xiàn)場總線技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越無法滿足當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的要求。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)因其具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、通信速率高、開放性好等優(yōu)點(diǎn),使得其在工業(yè)控制領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色。Ethernet PowerLink作為工業(yè)以太網(wǎng)的典型代表,其協(xié)議開源且實(shí)現(xiàn)平臺(tái)多樣,不受專業(yè)芯片限制,因此在工業(yè)控制領(lǐng)域有著較強(qiáng)的應(yīng)用前景。本課題在深入研究Ethernet PowerLink通信協(xié)議和傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Ethernet PowerLink的多軸運(yùn)動(dòng)控制器。首先,采用Altera公司的FPGA芯片EP4CE22F17C8N設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了用于Ethernet PowerLink通信和多軸運(yùn)動(dòng)控制的硬件電路,包括一個(gè)PowerLink主站電路和三個(gè)多軸運(yùn)動(dòng)控制從站電路。其次,深入研究了PowerLink工業(yè)以太網(wǎng)的系統(tǒng)組成、協(xié)議規(guī)范、通信模式及實(shí)現(xiàn)方法,并在設(shè)計(jì)完成的硬件電路上實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的PowerLink高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信,再次,在對傳統(tǒng)多軸運(yùn)動(dòng)控制器和FPGA深入研究的基礎(chǔ)上,用硬件描述語言VHDL在FPGA中實(shí)現(xiàn)了多軸運(yùn)動(dòng)控制邏輯模塊。最后,為測試本課題所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制器,在實(shí)驗(yàn)室條件下搭建了用于測試的多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分別從網(wǎng)絡(luò)通信、單軸伺服控制、兩軸圓弧插補(bǔ)控制、多軸同步控制等方面對運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明,本課題所設(shè)計(jì)的基于Ethernet PowerLink的多軸運(yùn)動(dòng)控制器能夠達(dá)到各項(xiàng)功能與性能的要求,驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)方案的可行性。
【關(guān)鍵詞】：實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng) POWERLINK FPGA 運(yùn)動(dòng)控制器
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-17
• 1.1 課題來源13
• 1.2 課題的研究背景和意義13-14
• 1.3 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀14
• 1.4 主流實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的比較14-15
• 1.5 本文研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第二章 EPL通信協(xié)議的基本原理17-30
• 2.1 EPL的OSI模型17-19
• 2.2 EPL的物理層19
• 2.3 EPL的數(shù)據(jù)鏈路層19-27
• 2.3.1 EPL周期20-22
• 2.3.2 EPL的同步機(jī)制22
• 2.3.3 EPL的尋址方式22-23
• 2.3.4 EPL的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)23-27
• 2.4 EPL的應(yīng)用層27-28
• 2.4.1 對象字典OD27-28
• 2.4.2 過程數(shù)據(jù)對象PDO28
• 2.4.3 服務(wù)數(shù)據(jù)對象SDO28
• 2.5 EPL的通信過程28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第三章 多軸運(yùn)動(dòng)控制器的硬件設(shè)計(jì)30-48
• 3.1 硬件電路結(jié)構(gòu)30-31
• 3.2 運(yùn)動(dòng)控制器原理圖設(shè)計(jì)31-39
• 3.2.1 FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)32-34
• 3.2.2 EPL通信接口電路設(shè)計(jì)34-36
• 3.2.3 運(yùn)動(dòng)控制接口電路設(shè)計(jì)36-38
• 3.2.4 其它相關(guān)電路設(shè)計(jì)38-39
• 3.3 運(yùn)動(dòng)控制邏輯設(shè)計(jì)39-45
• 3.3.1 運(yùn)動(dòng)控制模式介紹40-41
• 3.3.2 運(yùn)動(dòng)控制邏輯實(shí)現(xiàn)41-45
• 3.4 SOPC片上系統(tǒng)的定制45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第四章 多軸運(yùn)動(dòng)控制器的軟件設(shè)計(jì)48-60
• 4.1 EPL協(xié)議棧分析48-51
• 4.1.1 EPL協(xié)議棧軟件構(gòu)架48-50
• 4.1.2 EPL協(xié)議棧運(yùn)行過程50-51
• 4.2 EPL協(xié)議棧的基本配置51-54
• 4.2.1 協(xié)議棧各模塊參數(shù)配置51-52
• 4.2.2 協(xié)議棧初始化參數(shù)配置52-54
• 4.3 控制節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)54-58
• 4.3.1 應(yīng)用程序通信參數(shù)的配置54-56
• 4.3.2 EPL協(xié)議棧初始化56-57
• 4.3.3 控制節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)57-58
• 4.4 受控節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第五章 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析60-68
• 5.1 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建60-61
• 5.2 實(shí)驗(yàn)過程描述及結(jié)果分析61-66
• 5.2.1 EPL基本通信測試61-62
• 5.2.2 EPL通信抖動(dòng)測試62-63
• 5.2.3 運(yùn)動(dòng)控制邏輯模塊測試63
• 5.2.4 運(yùn)動(dòng)控制器組網(wǎng)測試63-66
• 5.3 本章小結(jié)66-68
• 總結(jié)與展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文72-74
• 致謝74-75
• 附錄75-77

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本文編號(hào)：760621