论文总字数：19318字

摘 要

现代化工业制造中，对多电机进行协调控制的问题会经常被涉及到，而对多轴运动控制技术的运用也是当今高性能高水准自动化工业制造的要求。

本文对现场总线的特点、应用现状和发展趋势进行了简要介绍，对CAN总线进行了综述，详细介绍了CANopen协议的内容，并介绍了基于CAN总线的多轴运动控制系统的设计思路和硬件结构。软件部分首先对Composer和Elmo Studio两款软件进行了介绍，随后演示了系统初始化设置的步骤，并通过软件对系统的参数（如电流环、位置环）进行了调整，并以图文形式对复杂的操作做了具体描述。

最后，借助Composer软件对整个系统进行了调试，得出了最后的结果，分析并记录了所得的数据，并总结了本次设计的主要内容及对未来多轴运动控制系统发展前景的展望。

关键字：多轴运动控制系统 CAN总线 Maestro控制器 BASSOON驱动器

Design of Multi-Axis Motion Control System Based on CAN Bus

Abstract

In today's machinery manufacturing industry, the application of multi-axis motion control has become more and more extensive, especially in the food machinery, textile machinery and printing machinery industries, the universal application of multi-axis motion control has become a high-quality, high-performance machinery manufacturing Important sign.

This article briefly introduces the characteristics, application status and development trend of fieldbus, summarizes CAN bus, introduces the content of CANopen protocol in detail, and introduces the design ideas and hardware structure of multi-axis motion control system based on CAN bus. . The software first introduced the Composer and Elmo Studio software, and then demonstrated the steps of the initial setup of the system and the adjustment of the current loop, motor rotation direction, speed loop and position loop parameters, and made complex and important steps. Detailed description.

Finally, through the Composer component, the entire system was tested and the final result graph was drawn. The main contents of the design and the prospects for the future development of the multi-axis motion control system were summarized.

Keywords: Multi-axis;motion control system;CAN bus;Maestro controller; BASSOON drive

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 题目的背景和意义 1

1.2 现场总线研究现状 1

1.3 多轴运动控制发展现状 2

1.4 本课题主要研究内容 2

第二章 CAN总线及CANOpen协议 3

2.1 CAN总线介绍 3

2.2 CANopen协议介绍 3

第三章 Elmo现场总线多轴运动控制系统的硬件设计 1

3.1 系统结构 1

3.2 系统工作过程 1

3.3 基于CAN总线的多轴运动控制系统的硬件结构 2

3.3.1 Maestro控制器 3

3.3.2 BASSOON驱动器 4

3.3.3 电机与编码器选择 6

3.2.4 PWS6600触摸屏 6

3.4 多轴运动控制系统的硬件连接 7

第四章 Elmo现场总线多轴运动控制系统的软件设计 9

4.1 Composer软件和ELMO Studio软件的介绍 9

4.1.1 Composer 9

4.1.2 ELMO Studio软件 10

4.2 伺服系统的初始化参数设置 12

4.2.1 配置控制器的IP地址 12

4.2.2 配置驱动器的节点号 13

4.3 ELMO驱动器的增益调整 14

4.3.1 驱动器增益的自动调整 14

4.3.2 驱动器增益的手动调整 18

4.4 多轴运动控制系统的控制设计和程序设计 22

4.4.1 伺服电机的PID控制 22

4.4.2 利用PVT插补实现椭圆 23

4.4.3 3轴联动程序设计 23

结语 26

参考文献 27

附录 30

致谢 34

第一章 绪论

1.1 题目的背景和意义

近年来工业自动化控制快速发展，课题中的基于CAN总线的多轴运动控制系统主要是鉴于工业实际运用的，现代工业制造中经常出现需要对多个电机进行控制的场景。在轴数变多以后，实现自动控制的难点变为协调多个电机的运行，多轴运动控制的普遍应用是机械制造效率提高和走向现代化的重要标志^[1-2]。

随着工业控制技术的飞速进步，当代的自动化控制系统正在向通过现场总线与工业以太网将上位机与被控设备直接连接，形成全数字的控制系统发展。其中CAN总线以其可靠性高、延迟小、灵活方便的特点在分布式控制系统领域有广阔的应用前景 ^[3-4]。

1.2 现场总线研究现状

现场总线应用于生产现场，是一种全数字的通信系统，能够使测量仪器和控制设备进行双向串行多点通信。现场总线将嵌入式微处理器与传统测量仪器组合，通过总线，按照预先定义的通信协议实现多个设备之间的相互通信，再通过工业以太网与上位PC控制机进行通信，形成全数字的自动控制系统。

自从20世纪80年代中期，经过多年的竞争和发展，现场总线技术今天在竞争中存在着“合作共存”和“共同进化”的局面^[5]。有许多现场总线符合IEC国际化标准。CAN、Lon Works、SERCOS、CC-Links、HART、Lon Works总线^[6]、PROFIBUS^[7]总线和基金会现场总线FF等都是常用的现场总线。所有这些总线都基于组织或者公司的研发人员的不断地积累、总结、论证。在不同的领域特定的总线凭借其特点和标准能发挥出独特的优势，如FF（现场基金会总线）主要应用于不间断工业自动化生产领域；Lon Works（局部操作系统）主要应用于工业控制、楼宇自动化控制等自动化控制领域。

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