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摘 要

博世公司80年代末期为汽车内部通讯而设计的CAN现场总线，是到目前唯一被定义为国际标准的现场总线，同时也是最具发展前景的现场总线之一。CAN定义的是SIO/OSI总线模型的最底下两层模型，包含数据链路层和物理层。特殊工业领域的各类方案都可以由CAN使用者定义在应用层。当今关键的CAN高层协议包括了一下几种： CAL、CANOpen、DeviceNet。CAN总线最关键的高层协议就是CANopen，它是由CiA提出并进行维护的，是CAL协议在其基础上产生的。和其他应用层协议相区分的是，CANOpen标准的核心是使用对象字典对设备功能进行表达。

本地计算机利用网络通信对异地的制造加工的监控就是远程控制，实验者从网络上可以获取直观、可信的信息，对校园实验教学的发展前景有着重要的意义。该系统中每个Bassoon驱动器组成现场总线控制系统中一个节点，然后CAN 总线把这些智能节点相连，构建一个包括多个永磁同步电机的网络化控制系统，最后利用Ethernet构成远程控制系统。这种控制方式能完成多轴运动控制平台的异地操作。

本课题主要研究了运动控制系统中的CAN总线和CANopen协议的实时性，比较了几种现场总线用于运动控制时的不同；设计搭建了基于CAN总线多轴运动控制系统的硬件结构，研究了控制策略，电机的三环控制等。并且在实验中实现了三维空间曲线的系统编程。具体研究了相关CAN总线的应用层协议，以及主机和底层设备以及底层设备和主机间的通讯实现。利用Elmo软件进行PID参数设置，最后对系统参数进行整定，使整个伺服系统能够稳定、高性能的运行。

关键词：CAN总线 多轴运动控制 Elmo软件 伺服系统

Application and Study of Multi-axis Motion Control System based on CAN bus

ABSTRACT

One branch of automatic control is motion control, and because it can realize the request of precise control, it has got great application field. CAN bus is a communication network, that can be used in distributed control.

For its stability and real time, CAN bus has communication protocol between detect component and implement component. So CAN bus is used widely in industry. AC servo motor has been used widely in NC. Given CAN bus in the motion control system, the AC servo motor worked well.

Remote control system is used to serve remote production or process, operated by local computer on the Internet. Operator can get the results through Internet, so remote control is a great method in the development of experiment teaching through campus networks. In this system, every driver constructs an independent node in FCS. And then all those nodes are connected with CAN bus and a FCS. Finally, a telnet control system is made via TCP/IP. It developed an AC servo motion control system based on both Ethernet and CAN bus.

This paper studied the CANopen protocol, and the real time of CANbus in the motion control system; then compared some fieldbus that was used in the motion control system;basing on CANbus to design multi-axis motion control system. . Found ways to anti-jamming. In the software, using VC 6.0 developing application program method and implementation was introduced. We can use the software to setup parameter and so on .In the paper , author bring forward the model of forward difference control, and compared the difference between forward difference control and PID control. At last using software to tune the parameter of motion control system, so the motor worked more steady.

KEYWOEDS: CANbus; Multi-axis; Motion Control; Elmo Studio; AC Servo System

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1运动控制系统概述 1

1.2 CAN总线分布式控制系统概述 2

1.2.1现场总线及分布式控制概述 2

1.2.2 CAN总线的分层结构及特点 3

1.3研究目的 4

1.4本文研究工作 5

第二章 系统通信协议研究 6

2.1 MODBUS协议 6

2.2 系统RS232通信 7

2.3系统Ethernet/IP通信研究 8

2.4系统CANopen协议研究 9

2.4.1 CANopen协议概述 9

2.4.2 CANopen报文及传输 12

2.5本章小结 13

第三章 硬件设计研究与电机控制 14

3.1控制器硬件设计 14

3.2驱动器硬件设计研究 15

3.3 CAN总线硬件设计研究 16

3.3.1 CAN总线方案 16

3.3.2 CAN总线硬件结构与驱动器 17

3.4伺服电机的三环控制 19

第四章 软件设计与应用 22

4.1Elmo伺服软件的调试与配置 22

4.1.1软件通讯 22

4.1.2 Elmo交流伺服运动控制系统的增益调整 26

4.2 Elmo Studio多轴运动控制编程 29

4.3 本章小结 34

第五章 Elmo伺服运动控制系统搭建 35

5.1 Elmo系统的特性与功能 35

5.1.1 Elmo系统的特点 35

5.1.2 Elmo系统功能 35

5.2系统使用设备及其连接方式 36

5.3本章小结 43

第六章 总结和展望 44

6.1总结 44

6.2展望 44

参考文献 45

致谢 46

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