基于CANopen总线的数控系统高速数字通信技术研究.pdf

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1、基于CANopen总线的数控系统高速数字通信技术研究StudyonDigitalCommunicationwithHighSpeedBasedonCANopeninCNC2011年3月合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：(工作单位、职称)导师：砖Ⅳ钝>兰人蓐燃7腓搬磷凰豁废破劾房妒’参氏厚翮激蹦二二笙f；∥枷研；席员主委独创性声明本人声明所晕交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和

2、致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰乍亏过的研究成果，也不包含为获得金壁王些盔堂或其他教育机构的学位或证二}5而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：移．塘签字目期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权合肥j，C业大学可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用

3、影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学{i7：论文者签名：茔旃导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日电话：邮编：纠20ol基于CANopen总线的数控系统高速数字通信技术研究摘要随着数控系统的发展，上位控制器与多路伺服驱动之间的高速通信成为制约其发展的关键因素。与传统数控系统相比，新型数控系统所要求的上位控制器与伺服驱动之间的通信数据量大大增多，通信速度也大大提高，此外数控系统控制精度和实时性要求也日益提高，传统模拟接口已经很难满足现代数控技术的要

4、求。本文研究的目的就是将现场总线技术、嵌入式技术和数字伺服技术结合起来，为新型数控系统上位控制器与多路伺服驱动之间的高速通信提出一种解决方案，以满足其数据传输的高速、高可靠性与实时性要求。本文首先探讨了数控技术、数字伺服技术以及现场总线技术。详细研究了CAN总线的工作原理，并在此基础上研究了基于CAN的应用层协议CANopen。提出了适用于数控系统上层控制器与数字伺服之间基于CANopen协议的高速通信系统网络架构，CANopen主站为由FPGA、MCP2510、MCP2551组成的硬件结构，从站为

5、多个IDM640．8EIA数字伺服驱动器。并在此基础上对主站的硬件电路进行了设计，其中MCP2551为CAN收发器，MCP2510为CAN控制器，主站应用层芯片在ALTER公司MAXII系列EP3C80型FPGA中实现。在CANopen主站应用层芯片设计过程中，采用VHDL语言，并采用有限状态机技术进行程序设计，主站应用层芯片共包含14个状态，其中有8个是常置任务，如主站应用层接口、CAN报文接收、报文解析分发、PDO处理、SDO处理等，6个非常置任务，如SPI接口初始化、NMT处理和同步报文生成等

6、。主从站之间的数据传输主要以过程数据对象(PDO)和服务数据对象(SDO)的方式进行。经过整个系统的试验运行和调试，基本实现了基于CANopen协议数字伺服的运动控制，验证了基于CANopen协议的数控系统上层控制器与数字伺服高速通信系统软、硬件方案的可行性以及各项功能的有效性。最后对全文进行了总结，针对系统在实际应用过程中的问题与不足，为新型数控系统上位控制器与数字伺服通信问题的研究提出了建议。关键词：CANopen协议；FPGA数字伺服电机；对象字典StudyonDigitalCommunica

7、tionwithHighSpeedBasedonCANopeninCNCAbstractWiththedevelopmentofCNCsystem，howtorealizehigh—speedcommunicationbetweenthecontrolunitandmultiplesorvodriverisbecomingakeyfactorinmotioncontrolfield．ComparedwimthetraditionalNCsystem，thedataandspeedofcommunic

8、ationbetweenthecontrolunitandsorvodriverofthenewtypeChICsystemhasgreatlyimproved，Inaddition，thecontrolprecisionandreal—timerequirementsofnewtypeCNCSystanareincreasing，traditionalanaloginterfaceCan’tmeettherequirements．Thepurposeofthisdi