基于CAN總線多軸運(yùn)動(dòng)控制器技術(shù)的研究

　　當(dāng)前比較新的研究方向就是將運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與工業(yè)總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來。過去都是采用一般控制器和驅(qū)動(dòng)器控制結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)存在現(xiàn)場(chǎng)配線多、多軸同步性差、非數(shù)字化等缺點(diǎn)，而且很難通過外部運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)調(diào)整伺服參數(shù)。由于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，可以通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決過去運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)中存在的一些問題?；诠I(yè)總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)動(dòng)控制器獲得了極大的發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用于多軸同步控制中。越來越多的傳統(tǒng)的以機(jī)械軸同步的系統(tǒng)開始采用網(wǎng)絡(luò)總線運(yùn)動(dòng)控制的多電機(jī)直軸控制，這樣可以減少系統(tǒng)的維護(hù)和增加系統(tǒng)的柔性。由于arm、dsp和fpga等處理器芯片的廣泛應(yīng)用，運(yùn)動(dòng)控制器將隨著工業(yè)總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，運(yùn)動(dòng)控制器將進(jìn)一步向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化方向縱深發(fā)展。

　　2 研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)

　　高速高精度、同步控制以及多軸協(xié)調(diào)控制是目前運(yùn)動(dòng)控制中的重要研究內(nèi)容。在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，本文旨在通過方法創(chuàng)新，提出了一種系統(tǒng)穩(wěn)定性好、快速響應(yīng)性、控制精度高的基于can總線多軸運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)思路。

　　2.1 研究內(nèi)容

　　應(yīng)從以下幾個(gè)方面對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行研究：

　　(1) 對(duì)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(duì)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(duì)基于can總線控制的原理和實(shí)現(xiàn)的研究。

　　(4)對(duì)先進(jìn)的控制算法研究，如伺服調(diào)節(jié)、pvt算法、樣條插補(bǔ)、反向運(yùn)動(dòng)學(xué)算法、空間圓弧插補(bǔ)、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(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)用的目的就是使得被控對(duì)象的性能體現(xiàn)在高精度、響應(yīng)快、穩(wěn)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(bǔ)算法以及如何實(shí)現(xiàn)同步，減少輪廓誤差，以及基于can總線通訊如何實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)及閉環(huán)控制。

　　3 研究方法和可行性分析

　　針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性和高精度性的要求，本文提出了采用基于arm平臺(tái)，以dsp芯片作為核心處理器設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。這樣將arm平臺(tái)的信息處理能力和開放式的特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力有機(jī)的結(jié)合在一起，使運(yùn)動(dòng)控制器具有信息處理能力較強(qiáng)、開放程度較高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好的特點(diǎn)。充分利用了dsp的高速數(shù)據(jù)處理器功能，便于設(shè)計(jì)出功能完善、性能優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)控制器。能提供多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制與復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡、實(shí)時(shí)的插補(bǔ)運(yùn)算、誤差補(bǔ)償、伺服濾波算法，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制。充分利用can總線技術(shù)，通信速率最高可達(dá)1mbp/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/kbps，可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè)。can的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效數(shù)字節(jié)數(shù)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加合理和開放。

　　基于arm平臺(tái)，以dsp為核心處理器的運(yùn)動(dòng)控制器，可以減少arm的負(fù)擔(dān)，使得arm平臺(tái)可以專注于人機(jī)界面、軌跡規(guī)劃、粗插補(bǔ)運(yùn)算、實(shí)時(shí)監(jiān)控和發(fā)送指令等系統(tǒng)管理工作;而dsp處理器用來實(shí)時(shí)處理所有運(yùn)動(dòng)的控制細(xì)節(jié)：加減速計(jì)算、行程計(jì)算、多軸插補(bǔ)等，充分體現(xiàn)dsp在信號(hào)處理和計(jì)算上的優(yōu)勢(shì)。