基于CAN總線技術(shù)的數(shù)字交流伺服系統(tǒng)研究
多電機(jī)伺服控制廣泛應(yīng)用于各種電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，如配料、傳動(dòng)等生產(chǎn)過(guò)程。伺服系統(tǒng)中電機(jī)控制性能和多電機(jī)間協(xié)調(diào)控制的好壞直接影響生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量，如何高效管理、方便應(yīng)用、實(shí)時(shí)控制是多電機(jī)伺服系統(tǒng)生產(chǎn)領(lǐng)域亟待解決的首要問(wèn)題。因此，本文提出一種基于CAN總線技術(shù)的多軸運(yùn)動(dòng)控制數(shù)字交流伺服系統(tǒng)。
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)解決了傳統(tǒng)總線插板I/O模塊多，干擾嚴(yán)重、系統(tǒng)軟件編寫(xiě)復(fù)雜、系統(tǒng)硬件兼容性差等問(wèn)題。大大減輕了現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接的繁瑣與費(fèi)用，提高了信號(hào)傳輸?shù)木扰c靈活性，給安裝、調(diào)試和維護(hù)帶來(lái)諸多方便，為現(xiàn)場(chǎng)用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，代表著自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向.
CAN總線技術(shù)
隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制和自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的通信模式已不能滿足現(xiàn)代工程需要。CAN（Controller Area Network）總線是80年代初德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多控制與測(cè)試儀器間數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，是一種性能先進(jìn)、價(jià)格低廉、保密性好的現(xiàn)場(chǎng)總線（Field Bus）技術(shù)，能夠有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制串行通信網(wǎng)絡(luò)[2>。CAN總線中各節(jié)點(diǎn)都有權(quán)利向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，主要技術(shù)特點(diǎn)有:
1,是一種多主總線
網(wǎng)絡(luò)上任一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，多主站依據(jù)優(yōu)先機(jī)制進(jìn)行總線訪問(wèn);
2,非破壞性基于優(yōu)先權(quán)總線仲裁技術(shù)
采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)總線仲裁技術(shù)結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省總線沖突仲裁時(shí)間，在重負(fù)荷下表現(xiàn)出良好性能;
3,具有多種傳送數(shù)據(jù)功能
具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播傳送數(shù)據(jù)功能;
4,節(jié)點(diǎn)數(shù)目多
直接通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（傳輸速率為5kbps），最高通訊速率可達(dá)1Mbps（傳輸距離為40m）;
5,可靠性高
數(shù)據(jù)鏈路層采用短幀結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)性高，糾錯(cuò)效果好，每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率低，可靠性高;
6,故障自動(dòng)判別
發(fā)送期間若丟失仲裁或因出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)，暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)判別及故障節(jié)點(diǎn)自動(dòng)脫離CAN總線。
CAN總線系統(tǒng)由CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)構(gòu)成。總線技術(shù)遵循現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，將分布在不同位置，用途各異的測(cè)量?jī)x表、控制設(shè)備互聯(lián)成網(wǎng)，并可接入Intranet和Internet網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的關(guān)鍵標(biāo)志是它能支持雙向多變量、總線式全數(shù)字通訊。傳統(tǒng)4～20mA模擬直流回路只能在一根兩芯電纜中單向傳輸一個(gè)參數(shù)，隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜和信息量的增加，4～20mA電流環(huán)傳輸成為制約信息傳輸?shù)钠款i，所以現(xiàn)場(chǎng)總線替代4～20mA模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)已成為控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
基于CAN總線技術(shù)的多機(jī)伺服系統(tǒng)
CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
基于CAN總線技術(shù)的多電機(jī)伺服控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由上位機(jī)、CAN總線、現(xiàn)場(chǎng)伺服單元節(jié)點(diǎn)組成。數(shù)控系統(tǒng)上位機(jī)通過(guò)CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)任一伺服單元，數(shù)字伺服與數(shù)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸可分為實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)信息和非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)信息兩類(lèi)。實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)指參與控制器實(shí)時(shí)位置、速度、轉(zhuǎn)矩等控制指[ServletException in:/dydq-tech-layout.jsp] Java heap space'
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)解決了傳統(tǒng)總線插板I/O模塊多，干擾嚴(yán)重、系統(tǒng)軟件編寫(xiě)復(fù)雜、系統(tǒng)硬件兼容性差等問(wèn)題。大大減輕了現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接的繁瑣與費(fèi)用，提高了信號(hào)傳輸?shù)木扰c靈活性，給安裝、調(diào)試和維護(hù)帶來(lái)諸多方便，為現(xiàn)場(chǎng)用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，代表著自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向.
CAN總線技術(shù)
隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制和自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的通信模式已不能滿足現(xiàn)代工程需要。CAN（Controller Area Network）總線是80年代初德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多控制與測(cè)試儀器間數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，是一種性能先進(jìn)、價(jià)格低廉、保密性好的現(xiàn)場(chǎng)總線（Field Bus）技術(shù)，能夠有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制串行通信網(wǎng)絡(luò)[2>。CAN總線中各節(jié)點(diǎn)都有權(quán)利向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，主要技術(shù)特點(diǎn)有:
1,是一種多主總線
網(wǎng)絡(luò)上任一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，多主站依據(jù)優(yōu)先機(jī)制進(jìn)行總線訪問(wèn);
2,非破壞性基于優(yōu)先權(quán)總線仲裁技術(shù)
采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)總線仲裁技術(shù)結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省總線沖突仲裁時(shí)間，在重負(fù)荷下表現(xiàn)出良好性能;
3,具有多種傳送數(shù)據(jù)功能
具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播傳送數(shù)據(jù)功能;
4,節(jié)點(diǎn)數(shù)目多
直接通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（傳輸速率為5kbps），最高通訊速率可達(dá)1Mbps（傳輸距離為40m）;
5,可靠性高
數(shù)據(jù)鏈路層采用短幀結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)性高，糾錯(cuò)效果好，每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率低，可靠性高;
6,故障自動(dòng)判別
發(fā)送期間若丟失仲裁或因出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動(dòng)重發(fā)，暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)判別及故障節(jié)點(diǎn)自動(dòng)脫離CAN總線。
CAN總線系統(tǒng)由CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)構(gòu)成。總線技術(shù)遵循現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，將分布在不同位置，用途各異的測(cè)量?jī)x表、控制設(shè)備互聯(lián)成網(wǎng)，并可接入Intranet和Internet網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的關(guān)鍵標(biāo)志是它能支持雙向多變量、總線式全數(shù)字通訊。傳統(tǒng)4～20mA模擬直流回路只能在一根兩芯電纜中單向傳輸一個(gè)參數(shù)，隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜和信息量的增加，4～20mA電流環(huán)傳輸成為制約信息傳輸?shù)钠款i，所以現(xiàn)場(chǎng)總線替代4～20mA模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)已成為控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
基于CAN總線技術(shù)的多機(jī)伺服系統(tǒng)
CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
基于CAN總線技術(shù)的多電機(jī)伺服控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由上位機(jī)、CAN總線、現(xiàn)場(chǎng)伺服單元節(jié)點(diǎn)組成。數(shù)控系統(tǒng)上位機(jī)通過(guò)CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)任一伺服單元，數(shù)字伺服與數(shù)控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸可分為實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)信息和非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)信息兩類(lèi)。實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)指參與控制器實(shí)時(shí)位置、速度、轉(zhuǎn)矩等控制指[ServletException in:/dydq-tech-layout.jsp] Java heap space'
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