基于CAN總線(xiàn)多軸運動(dòng)控制器技術(shù)的研究

　　當前比較新的研究方向就是將運動(dòng)控制技術(shù)與工業(yè)總線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)結合起來(lái)。過(guò)去都是采用一般控制器和驅動(dòng)器控制結構，這樣的結構存在現場(chǎng)配線(xiàn)多、多軸同步性差、非數字化等缺點(diǎn)，而且很難通過(guò)外部運動(dòng)控制實(shí)時(shí)調整伺服參數。由于工業(yè)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展和應用，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)解決過(guò)去運動(dòng)控制結構中存在的一些問(wèn)題?；诠I(yè)總線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)運動(dòng)控制器獲得了極大的發(fā)展，已經(jīng)應用于多軸同步控制中。越來(lái)越多的傳統的以機械軸同步的系統開(kāi)始采用網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)運動(dòng)控制的多電機直軸控制，這樣可以減少系統的維護和增加系統的柔性。由于arm、dsp和fpga等處理器芯片的廣泛應用，運動(dòng)控制器將隨著(zhù)工業(yè)總線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、運動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，運動(dòng)控制器將進(jìn)一步向網(wǎng)絡(luò )化、數字化、智能化方向縱深發(fā)展。

　　2 研究?jì)热莺完P(guān)鍵技術(shù)

　　高速高精度、同步控制以及多軸協(xié)調控制是目前運動(dòng)控制中的重要研究?jì)热?。在運動(dòng)控制系統中，本文旨在通過(guò)方法創(chuàng )新，提出了一種系統穩定性好、快速響應性、控制精度高的基于can總線(xiàn)多軸運動(dòng)控制器的設計思路。

　　2.1 研究?jì)热?/P>

　　應從以下幾個(gè)方面對運動(dòng)控制器進(jìn)行研究：

　　(1) 對單軸伺服跟蹤誤差產(chǎn)生原因和如何減小跟蹤誤差的研究。

　　(2) 對多軸聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生的輪廓誤差產(chǎn)生的原因和如何減小輪廓誤差的研究。

　　(3) 對基于can總線(xiàn)控制的原理和實(shí)現的研究。

　　(4)對先進(jìn)的控制算法研究，如伺服調節、pvt算法、樣條插補、反向運動(dòng)學(xué)算法、空間圓弧插補、速度前瞻和軌跡擬合，以及電子齒輪、電子凸輪、虛擬軸、高速位置鎖存、位置比較輸出等。

　　2.2 關(guān)鍵技術(shù)

　　運動(dòng)控制器應用的目的就是使得被控對象的性能體現在高精度、響應快、穩定性好方面，具體而言就是如何減小單軸伺服跟蹤誤差，特別是多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，輪廓軌跡的插補算法以及如何實(shí)現同步，減少輪廓誤差，以及基于can總線(xiàn)通訊如何實(shí)現插補及閉環(huán)控制。

　　3 研究方法和可行性分析

　　針對運動(dòng)控制器的穩定性、快速響應性和高精度性的要求，本文提出了采用基于arm平臺，以dsp芯片作為核心處理器設計方案，系統結構框圖如圖1所示。這樣將arm平臺的信息處理能力和開(kāi)放式的特點(diǎn)與運動(dòng)控制器的運動(dòng)軌跡控制能力有機的結合在一起，使運動(dòng)控制器具有信息處理能力較強、開(kāi)放程度較高、運動(dòng)軌跡控制準確、通用性好的特點(diǎn)。充分利用了dsp的高速數據處理器功能，便于設計出功能完善、性能優(yōu)越的運動(dòng)控制器。能提供多軸協(xié)調運動(dòng)控制與復雜的運動(dòng)軌跡、實(shí)時(shí)的插補運算、誤差補償、伺服濾波算法，能夠實(shí)現閉環(huán)控制。充分利用can總線(xiàn)技術(shù)，通信速率最高可達1mbp/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/kbps，可掛接設備最多可達110個(gè)。can的信號傳輸采用短幀結構，每一幀的有效數字節數為8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，使整個(gè)系統的結構更加合理和開(kāi)放。

　　基于arm平臺，以dsp為核心處理器的運動(dòng)控制器，可以減少arm的負擔，使得arm平臺可以專(zhuān)注于人機界面、軌跡規劃、粗插補運算、實(shí)時(shí)監控和發(fā)送指令等系統管理工作;而dsp處理器用來(lái)實(shí)時(shí)處理所有運動(dòng)的控制細節：加減速計算、行程計算、多軸插補等，充分體現dsp在信號處理和計算上的優(yōu)勢。