基于ethercat网络高性能伺服控制系统的研究

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1、基于EtherCAT网络的高性能伺服控制系统研究摘要伺服运动控制系统从直流发展到交流，并从模拟控制发展到全数字控制。基于以太网现场总线的伺服运动控制系统以其高可靠性、快速性和稳定性成为伺服控制系统的发展趋势。EtherCAT是一种基于实时以太网的新型工业现场总线通信协议，它性能优越、操作简便，支持多种物理拓扑结构。本文在研究EtherCAT技术的基础上，设计了一主多从的高性能伺服控制系统，主要开展了以下研究工作：概述了EtherCAT技术的国内外发展现状，对EtherCAT网络的技术特点及应用领域

2、进行了分析和总结；详细论述了高性能伺服控制系统，介绍了多轴伺服运动控制系统的结构组成、基本要求及基于数字控制芯片DSP的系统构成，研究了基于主流网络的高性能伺服运动系统；系统地介绍了实时工业以太网EtherCAT的工作原理、系统构成、通讯协议、数据帧结构、报文寻址、分布时钟、EtherCAT接口初始化及应用层协议等，并分析了实现EtherCAT数据链路层协议的专用从站控制器ESC及其基本功能，着重介绍了倍福公司的ETll00从站控制器；根据高性能伺服控制系统的要求，设计了基于EtherCAT网络的

3、一主多从高性能伺服控制系统，主站采用标准的以太网通信接口卡，通过TwinCAT组态软件进行系统配置完成主站功能：从站使用专用的控制芯片，设计中基于从站控制器ETl100和DSP芯片TMS320F2812开发了EtherCAT网络的从站设备；深入研究了基于EtherCAT网络高性能伺服控制的系统组成、通信协议及通讯模式，并设计了系统的主、从站软件实现方案；最后总结了本文的创新和不足，指出了下一步的研究工作。关键词：高性能伺服控制系统；EtherCAT：时钟同步；从站控制器；TWinCAT硕l：学位论

4、文AbstractTheservomotioncontrolsystemshavedevelopmentedfromDCtoAC，andfromanalogcontroltodigitalcontr01．Ethernet-basedservomotioncontrolsystemwithitshighreliability，speedandstabilityhasbeenthetrendsofservocontrolsystem．EtherCAT(Ethernetforcontrolautomat

5、iontechnology)isareal-timeEthernettechnologybasedonanewtypeofindustrialfieldbuscommunicationprotocol，anditsperformanceissuperior，easytooperateandsupportavarietyofphysicaltopology．BasedonthestudyofEtherCAT，thispaperdesignedahigh—performanceservocontrol

6、systemwiththestructureofonemasterandmoreslaves．Themainresearchworkiscarriedoutasthefollowing：Firstly，thispapergaveanoverviewoftheEtherCATtechnologydevelopmentstatusathomeandabroad，thetechnicalcharacteristicsandapplicationsoftheEtherCAT．Thendiscussedth

7、ehigh—performanceservocontrolsystemindetails，describedthestructureoftheservomotioncontrolsystemcomponents，thebasicrequirementsanddigitalcontrolsystemstructurebasedontheDSPchip，rearchedthehigh—performanceservomotorsystembasedonthemainstreamofnetwork．Sy

8、stematicinformationoftheEtherCAThasbeenintroduced，suchastheworkingprinciple，thesystemstructure，communicationprotocols，dataframestructure，packetaddressing，distributedclock，EtherCATinterfaceinitializationandapplicationlayerprotocol，ete．Andanalyz