基于以太网的多轴联动步进电机控制系统研制

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2、授权的声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属中国科学院近代物理研究所。本人完全了解中国科学院近代物理研究所有关保存、使用学位论文的规定，同意研究所保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸制版和电子版，允许论文被查阅和借阅：本人授权中国科学院近代物理研究所可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离所后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为中国科学院近代物理研究所。保密论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名签名原创性

3、声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：致谢转眼结束的是三年研究生学习生涯。三年时间我收获了许多，在这毕业之际，谨向所有支持和帮助过我的人表示衷心的感谢。首先，我要感谢我的导师一王彦瑜研究员。本论文是在王老师悉心指导下完成的，

4、从选题、开题、设计到实现，都倾注着王老师辛勤的汗水和心血。这三年来，王老师在学业上和生活中都给予了我非常大的帮助。王老师严谨的治学态度、渊博的专业知识、勤于思考的品质对我的一生都将会产生深远的影响。在生活中，王老师像是一位长辈和朋友，不断启发我对人生的感悟，教授我们做人的道理。其次，感谢南钢洋师兄、周德泰师兄、周文雄师兄、张建川师兄在学习和生活上的帮助。在刚下室的时候，是他们给我介绍了所里的各种情况，使我对近物所有了清晰而客观的认识。同时也感谢师母马晓莉老师的敦敦教诲以及在生活上的关心指导。再者，感谢李运杰师兄、李丽莉师姐、尹佳

5、师兄、姚亮嫂子、罗金富师弟在生活上和学业上的帮助；感谢燕娟师妹，感谢你在工作上的相互帮助，在生活上的相互照顾。感谢皇世春、王坤、潘刚、鲁博瑞以及2010级近物所的同学们，有你们的陪伴，让整个研究生学习变得更加丰富多彩。感谢人教处的邱嵘老师、华明漪老师、梁敏乐老师和李明治老师，你们对全所研究生的培养付出了辛勤的劳动。感谢我的朋友们，感谢你们一直以来对我关心和支持!最后，特别感谢我的父母，您们的孩子终于要毕业了，为了培养一个硕士生，辛苦您们了!林福元2013年3月摘要步进电机在加速器控制领域被广泛应用。许多束流注入引出以及探测装置使

6、用电机驱动，这些精密装置对电机控制提出了非常高的要求。同时加速器现场是一个强磁场强辐射环境，这要求控制设备、控制系统必须具备抗磁场抗辐射性能，同时为了保证人身安全，需要远程控制各种设备。目前，市场上步进电机控制器基本采用RS一232、RS一485、uSB和CAN等协议通信，不能基于网络来远程控制，需要通过串口服务器或者PC来接入以太网，成本较高，结构复杂。而绝大多数控制器只提供单轴控制模式，不能很好的适应加速器现场对多轴电机的运动控制需求。基于此背景，本课题提出了基于以太网的多轴联动步进电机控制系统。控制器硬件采用NET+MSP

7、430+CPLD的架构。利用协议转换器将MSP430的串口转换为以太网接口，使控制器直接接入以太网进行远程控制。MSP430混合信号处理器具有处理速度快、外围接口丰富等特点，能够高速处理上位机下发的命令，同时实现与上位机、CPLD之间的通讯。CPLD作为可编程逻辑器件，具有配置灵活、通用性强等特点，用于合成步进电机所需的脉冲频率，控制步进电机的转速和步长。针对步进电机开环控制的不足，本控制器配备了光栅尺接口、电阻尺接口、限位开关接口，用于构成一个完整的闭环系统。在硬件设计中，充分考虑到了控制系统使用时的恶劣环境，设计了隔离、抗冲

8、击等多种保护措施，以保证系统能够在强磁场强辐射环境下安全稳定运行。此外，为了更好的测试该系统的功能，使用VC++编写了软件测试平台，能控制多路电机并实时显示三种位置反馈元件的状态。本课题创新性在于将多轴控制、闭环反馈集成在单板上，基于以太网技术直接将控制器接入以