基于CAN總線多軸運動控制器技術的研究

　　當前比較新的研究方向就是將運動控制技術與工業總線和網絡技術結合起來。過去都是采用一般控制器和驅動器控制結構，這樣的結構存在現場配線多、多軸同步性差、非數字化等缺點，而且很難通過外部運動控制實時調整伺服參數。由于工業網絡技術的發展和應用，可以通過網絡技術來解決過去運動控制結構中存在的一些問題。基于工業總線和網絡技術運動控制器獲得了極大的發展，已經應用于多軸同步控制中。越來越多的傳統的以機械軸同步的系統開始采用網絡總線運動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，運動控制器將隨著工業總線和網絡技術、運動控制技術的不斷進步和完善，運動控制器將進一步向網絡化、數字化、智能化方向縱深發展。

　　2 研究內容和關鍵技術

　　高速高精度、同步控制以及多軸協調控制是目前運動控制中的重要研究內容。在運動控制系統中，本文旨在通過方法創新，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總線多軸運動控制器的設計思路。

　　2.1 研究內容

　　應從以下幾個方面對運動控制器進行研究：

　　(1) 對單軸伺服跟蹤誤差產生原因和如何減小跟蹤誤差的研究。

　　(2) 對多軸聯動產生的輪廓誤差產生的原因和如何減小輪廓誤差的研究。

　　(3) 對基于can總線控制的原理和實現的研究。

　　(4)對先進的控制算法研究，如伺服調節、pvt算法、樣條插補、反向運動學算法、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 關鍵技術

　　運動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，特別是多軸聯動時，輪廓軌跡的插補算法以及如何實現同步，減少輪廓誤差，以及基于can總線通訊如何實現插補及閉環控制。

　　3 研究方法和可行性分析

　　針對運動控制器的穩定性、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放式的特點與運動控制器的運動軌跡控制能力有機的結合在一起，使運動控制器具有信息處理能力較強、開放程度較高、運動軌跡控制準確、通用性好的特點。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、性能優越的運動控制器。能提供多軸協調運動控制與復雜的運動軌跡、實時的插補運算、誤差補償、伺服濾波算法，能夠實現閉環控制。充分利用can總線技術，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。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，因而傳輸時間短，受干擾的概率低，使整個系統的結構更加合理和開放。

　　基于arm平臺，以dsp為核心處理器的運動控制器，可以減少arm的負擔，使得arm平臺可以專注于人機界面、軌跡規劃、粗插補運算、實時監控和發送指令等系統管理工作;而dsp處理器用來實時處理所有運動的控制細節：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勢。