基于CAN總線(xiàn)的多伺服電機同步控制

　　綜合考慮，本文的時(shí)鐘同步方案采用的是硬件時(shí)鐘同步，各節點(diǎn)根據系統中指定的主時(shí)鐘來(lái)調整它們的時(shí)鐘，具體實(shí)現方法是：添加硬件時(shí)鐘同步信號線(xiàn)CONCLK用來(lái)傳輸時(shí)間同步信號，同步控制信號周期為2 ms，以同步信號的上升沿作為同步點(diǎn)。在控制器中設置同步信號發(fā)生器，并在各個(gè)驅動(dòng)器內部設置同步接受單元。驅動(dòng)器從站的同步接受單元檢測到主戰的CONCLK上升沿后，各從站時(shí)鐘同時(shí)清零。這樣定期清零不僅保持了各從站時(shí)鐘的一致性，同時(shí)也避免了同步誤差的累計。為了提高模塊同步信號的抗干擾能力，采用平衡差分驅動(dòng)方式傳輸同步信號。使用光耦隔離，可以使主站和從站的信號互不干擾。主、從站同步信號電路如圖3.

　　圖3主站、從站同步信號電路圖

　　5上位機同步運動(dòng)數據的產(chǎn)生

　　同步運動(dòng)數據的產(chǎn)生任務(wù)放在到北京首科凱奇電氣技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的軟PLC-ComacPLC系統中。該公司的軟PLC系統，硬件系統采用的是工業(yè)計算機平臺，操作系統采用的是微軟推出的WinCE嵌入式操作系統。在此軟PLC系統中，建立了快邏輯任務(wù)和慢邏輯任務(wù)，快邏輯用于對時(shí)間要求高的場(chǎng)合，如緊急情況處理，高精度采樣等情況，慢邏輯任務(wù)主要用于一般對時(shí)間要求不高的場(chǎng)合?？爝壿嬋蝿?wù)是一個(gè)需要定時(shí)執行的任務(wù)(類(lèi)似于中斷服務(wù)程序)，該任務(wù)必須在一個(gè)系統采樣周期內執行完成，慢邏輯任務(wù)是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，它可以在幾個(gè)系統采樣周期內完成?？爝壿嬋蝿?wù)通過(guò)定時(shí)控制器8254來(lái)完成定時(shí)，定時(shí)周期為1毫秒。在執行過(guò)程中每一次采樣周期都執行一次快邏輯任務(wù)，產(chǎn)生成同步運動(dòng)數據。為了保持各個(gè)從動(dòng)軸相對于主軸的同步關(guān)系，建立運動(dòng)參考數據源來(lái)虛擬主軸運動(dòng)狀態(tài)。在每個(gè)系統采樣周期中，根據虛擬主軸的運動(dòng)狀態(tài)，以及各個(gè)從動(dòng)軸的同步運動(dòng)要求，分別計算各個(gè)從動(dòng)軸的位置信息，產(chǎn)生各個(gè)從動(dòng)軸的同步運動(dòng)數據，放入CAN控制器的發(fā)送隊列等待發(fā)送，如圖4.把運動(dòng)數據產(chǎn)生和運算任務(wù)放在快邏輯任務(wù)中，保證產(chǎn)生運動(dòng)數據的實(shí)時(shí)性。

　　圖4同步運動(dòng)數據的產(chǎn)生

　　6同步接口技術(shù)協(xié)議

　　本系統總線(xiàn)波特率設為1 Mbps，位傳輸時(shí)間τbit為1×10-6秒。每個(gè)數據幀由8個(gè)字節組成，發(fā)送報文數據幀長(cháng)度固定為131位(29位標識符)，反饋報文長(cháng)度為99位。數據幀傳送時(shí)間Cm=131μs.把同步控制信號線(xiàn)CONCLK，作為同步周期信號線(xiàn)和報文的基準信號線(xiàn)。同步控制信號周期為2 ms，高電平有效，信號電平寬度為10.正常通訊時(shí)，一個(gè)控制周期內CAN網(wǎng)絡(luò )可以傳送16個(gè)同步數據報文?？刂破髟贑ONCLK上跳沿之后50μs內發(fā)出指令報文，驅動(dòng)器在接受到指令報文后100微秒內發(fā)出反饋報文。指令報文內容包括位置指令值、邏輯接口信號輸入，其中位置指令占用4個(gè)字節(32位)，邏輯接口信號輸入占用一個(gè)字節。邏輯接口信號輸入包括驅動(dòng)器使能、復位等指令。在反饋報文中，包括伺服運行狀態(tài)信息和故障信息，通信時(shí)序如圖5.

　　圖5通訊時(shí)序圖

　　7結束語(yǔ)

　　本文針對傳統的機械長(cháng)軸印刷機同步控制系統，提出了以控制器為核心的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統，以CAN現場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現在控制器和伺服之間的通信。此方案不僅克服了傳統機械長(cháng)軸控制方案的各種機械元件帶來(lái)的缺點(diǎn)，而且還具有同步性能好、各伺服單元不互相干擾、控制精度高、維護方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　這種方法實(shí)現同步的特點(diǎn)在于利用了CAN總線(xiàn)可靠性高、傳輸時(shí)間短、抗干擾能力強，和數字伺服的位置精度高、全閉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。