隨著工業(yè)現(xiàn)場總線的快速發(fā)展,工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)代化制造系統(tǒng)中不可或缺的一部分,總線型的伺服驅(qū)動器在自動化生產(chǎn)加工行業(yè)也得到了越來越多的應用。EtherCAT工業(yè)現(xiàn)場總線被廣泛應用在運動控制方向。本課題在研究工業(yè)現(xiàn)場總線的基礎上,將EtherCAT工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡通信應用于XMC4800伺服控制系統(tǒng),設計了工業(yè)以太網(wǎng)總線通訊的伺服驅(qū)動器。本課題使用Infineon（英飛凌）公司ARM_Cortex-M4架構的XMC4800單片機,通過內(nèi)部集成EtherCAT功能模塊,設計了總線型伺服驅(qū)動系統(tǒng),主要研究工作包括:1.介紹了課題研究背景、EtherCAT總線伺服驅(qū)動器的研究現(xiàn)狀以及EtherCAT技術的主要特點,分析和對比了國內(nèi)外的伺服驅(qū)動器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,分析工業(yè)以太網(wǎng)的研究現(xiàn)狀和不同從站方案的優(yōu)缺點。2.介紹了EtherCAT伺服控制系統(tǒng)總體方案設計和關鍵技術。網(wǎng)絡通訊部分介紹了EtherCAT數(shù)據(jù)幀結構、狀態(tài)機模式、狀態(tài)機的請求與響應機制、EtherCAT總線郵箱數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)的通信。伺服驅(qū)動部分介紹了電機控制的關鍵技術。3.設計了以英飛凌XMC4800為核... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

EtherCAT伺服控制系統(tǒng)整體方案結構圖

基于XMC4800和EtherCAT的伺服電機控制系統(tǒng)設計7在調(diào)節(jié)PWM波驅(qū)動半橋電路帶動電機旋轉(zhuǎn)的過程中，實時通過MCU的VADC模塊采集U相和V相兩路的電流，在ADC電流采集中斷服務函數(shù)里面進行電流環(huán)、速度環(huán)的計算。在串口中斷服務函數(shù)里面通過電機配套的絕對值編碼器獲取電機當前位置，并計算出電機的實際速度。主站會實時獲取當前從站驅(qū)動器的狀態(tài)字[30]、實際位置和實際速度等反饋變量構成一個閉環(huán)控制。2.2系統(tǒng)EtherCAT網(wǎng)絡從站方案2.2.1基于XMC4800的EtherCAT從站控制器當前主流的EtherCAT總線伺服控制系統(tǒng)解決方案有STM32/DSP加LAN9252，STM32/DSP加ET1100從站芯片。倍福公司研發(fā)的EtherCAT總線ESC[31]（EtherCAT從站控制器）ET1100于2009年推出，可以擴展到四個芯片總線接口，其中有八個現(xiàn)場總線內(nèi)存管理單元和同步管理器，并且支持E-BUS。但是該芯片成本很高，如果對性能和接口數(shù)量有要求，可以使用此解決方案。2015年，美國Microchip公司推出的LAN9252芯片是集成了兩個以太網(wǎng)PHY的2/3端口ESC芯片。它具有多達三個接口，并支持多達三個Fieldbus存儲管理單元和接口，性價比高，但是以上兩種方案需要調(diào)試ESC和MCU的底層驅(qū)動程序，開發(fā)難度大。而本系統(tǒng)采用的是英飛凌公司推出的基于XMC4800的EtherCAT總線通訊方案[32]，MCU和ESC集成在一塊芯片上，配合IDE（集成開發(fā)環(huán)境）圖形化編程開發(fā)軟件，大大減少開發(fā)難度�；赬MC4800的EtherCAT從站功能塊圖如圖2-2所示。圖2-2基于XMC4800的EtherCAT從站功能圖Figure2-2.EtherCATslavefunctiondiagrambasedonXMC4800

EtherCAT網(wǎng)絡通訊的拓撲冗余結構EtherCAT網(wǎng)絡通訊使用的是拓撲冗余結構[36]（Redundante_Architektur），不僅可以改善數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性，而且可以實現(xiàn)設備的熱插拔，增加了系統(tǒng)的靈活性。工業(yè)以太網(wǎng)具有靈活的拓撲結構，可以分為三類：網(wǎng)絡型、環(huán)型和混合型。出于有效性和實用性的目的，本系統(tǒng)采用環(huán)型拓撲冗余技術，因為網(wǎng)絡類型和混合類型太復雜并且開發(fā)成本太高并且對本課題研究并沒有什么實際性的幫助所以采用環(huán)型設計。另外使用經(jīng)濟的環(huán)形拓撲冗余結構可以解決單點故障對EtherCAT網(wǎng)絡通信的影響，環(huán)形網(wǎng)絡的冗余結構如圖2-3所示。圖2-3環(huán)型網(wǎng)絡的冗余結構Figure2-3.RedundantstructureofRingNetwork

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[7]基于XMC4500的永磁同步電機伺服系統(tǒng)實現(xiàn)技術研究[D]. 李達.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[8]基于XMC4500的異步電機矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設計[D]. 陳萍.浙江大學 2014
[9]基于EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)的伺服運動控制系統(tǒng)設計[D]. 林思引.華南理工大學 2013
[10]基于EtherCAT的分布式運動控制系統(tǒng)設計[D]. 許陽釗.華南理工大學 2011



本文編號：3015937