發(fā)布時間：2020-04-11 11:07

【摘要】：多軸運動控制技術是現(xiàn)代控制系統(tǒng)的熱點技術之一,它直接影響到現(xiàn)場設備的加工精度和效率。近年來,隨著以太網技術在多軸運動控制系統(tǒng)中的應用,針對實時以太網多軸性能和時鐘同步的研究已經成為實時以太網技術研究的主流方向。本文以線型以太網為基礎,設計了主副控線型實時以太網控制模型,旨在為多軸網絡運動控制系統(tǒng)提供更好的實時性和同步性。本文主要研究內容如下:首先,綜合比較了當前流行的以太網拓撲結構、網絡延時、鋪設難易、經濟成本和適用場合等關鍵因素,選擇線型級聯(lián)以太網為網絡拓撲結構,并在其基礎上提出了主副控線型實時以太網控制模型。其次,分析了以太網鏈路層網絡延時的來源,針對實時以太網節(jié)點延時的有界性建立了延時抖動模型。研究了主副控線型實時以太網多軸控制網絡內各節(jié)點的驅動配合方式和主副控制節(jié)點下屬從節(jié)點的分配策略。同時,針對主副控實時以太網內報文雙向傳遞的特殊性,基于IEEE 802.3重新設計了適用于主副控網絡的以太網幀結構。然后,將基于主副控線型實時以太網的控制網絡啟動流程分為初始化、分配時鐘、主副控從節(jié)點分配、周期通訊、系統(tǒng)停止5個過程,并對每個過程做了詳細分析。為了保證主從節(jié)點間的時鐘同步性,基于IEEE 1588精確時鐘協(xié)議設計了主從節(jié)點時鐘模型,并在此模型的基礎上提出了一種主從節(jié)點時鐘同步算法。最后,基于Matlab/Simulink和TrueTime工具箱對網絡延時和主從節(jié)點時鐘同步性能做了仿真分析,分析結果顯示系統(tǒng)的時鐘同步性能較基于EtherCAT的單線型網絡控制系統(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、高速高精的要求。同時,為了適應現(xiàn)在高速發(fā)展的移動互聯(lián)網,本文基于Android系統(tǒng)開發(fā)了一個與主副控實時以太網相配套的手機控制端App,該App具有遠程控制和實時監(jiān)控等功能,并針對網絡數據的安全傳遞采取了Https通信加密和Sm4本地數據加密兩種加密方式,確保數據的安全性。
【圖文】：

青島大學碩士學位論文第一章 緒論1.1 課題提出的背景及意義數控加工技術是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎，是國家工業(yè)體系競爭力的核心，是國民經濟和國防軍事工業(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、社會生產力的提高以及數控制造裝備技術的進步，對數控控制技術的要求也越來越高，同時也對數控系統(tǒng)中多設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絡的控制系統(tǒng)因可滿足上述要求，逐漸出現(xiàn)在現(xiàn)代數控生產現(xiàn)場，且有取代集散式控制系統(tǒng)之勢。在國內外研究文獻中，將這種基于總線或者分布式網絡的運動控制系統(tǒng)定義為網絡運動控制系統(tǒng)（也可以泛化的稱為網絡控制系統(tǒng)）[1]，其結構圖如圖 1.1 所示。

（a）高速印刷 （b）車身加工圖 1.2 網絡運動控制系統(tǒng)的應用網絡運動控制系統(tǒng)的應用使得網絡中的設備具有更好的擴展性、魯棒性、響速性，，同時整個系統(tǒng)的可靠性大大增強，系統(tǒng)中可控節(jié)點的數量顯著增加。同時絡運動控制系統(tǒng)的應用能夠解決傳統(tǒng)集散式控制系統(tǒng)布線復雜、傳輸距離短、量小等限制性問題，并且可以顯著降低設備安裝、配置、維護成本，縮短維護，減少維護次數[3]。盡管使用多軸網絡運動控制技術搭建的控制系統(tǒng)相較于集散式控制系統(tǒng)擁有優(yōu)點，也帶來了許多新問題，例如系統(tǒng)實時性與時鐘同步性問題、網絡誘導延題、網絡節(jié)點分配問題及驅動策略等問題�？傮w來說，多軸網絡運動控制系統(tǒng)代數控技術帶來了諸多益處，但也帶來一些缺點[4]，相關研究學者們針對這些缺行研究并將其細化為七大關鍵技術，分為兩大類，如圖 1.3 所示。
【學位授予單位】：青島大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP273;TP311.56

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

1 陳灝;宋寶;唐小琦;;EtherCAT精確時鐘同步技術的實現(xiàn)[J];組合機床與自動化加工技術;2014年05期

2 章治;曾夏玲;;網絡控制系統(tǒng)優(yōu)化設計研究[J];計算機仿真;2012年05期

3 孫業(yè)國;秦世引;;網絡控制系統(tǒng)研究進展[J];科技導報;2010年02期

4 邱芬;陳孝良;馬龍華;程曉斌;;PTP精密時鐘同步原理分析[J];微計算機應用;2009年10期

5 馮冬芹,金建祥,褚健;“工業(yè)以太網及其應用技術”講座 第3講 以太網與現(xiàn)場總線[J];自動化儀表;2003年06期

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2 許萬;基于實時以太網的多軸運動控制系統(tǒng)研究[D];華中科技大學;2009年

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4 陳冰;基于時鐘同步的網絡化運動控制方法與實現(xiàn)[D];華中科技大學;2006年

本文編號：2623515