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基于MECHATROLINK总线的多轴嵌入式数控技术研究

作　者: 卿朝廷
导　师: 高伟强；沈烈
学　校: 广东工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 现场总线 MECHATROLINK 嵌入式数控系统 DSP 伺服驱动
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 74次
引　用: 2次
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内容摘要


数控技术作为先进制造技术的关键与核心技术,正朝着多轴联动、高速、高精度的方向发展。传统的脉冲或模拟量接口的伺服驱动不但不能满足高速高精数控系统的通信要求,而且已经成为高档数控系统发展的一大瓶颈。因此,迫切需要开发数控控制单元与伺服装置之间的数字通信接口。此外,随着半导体行业和多轴联动数控机床的发展,数控技术亟待解决多轴同步协调控制问题。现场总线技术以其结构简单、易于维护、可靠性高和易于实现多通道同步协调控制等诸多技术优势成为数控数字通信接口开发的良好选择。本文的研究目的就是利用MECHATROLINK现场总线技术开发嵌入式数控系统与伺服驱动之间的高速数字通信接口,以满足数控系统的高速和高精度的控制要求,确保数据传输的实时性和可靠性,实现多轴同步协调控制。论文在深入分析了MECHATROLINK总线的协议及其ASIC JL-098体系结构的基础上,结合高性能浮点DSP(TMS320C6713),设计了MECHATROLINK总线接口模块。本文设计了MECHATROLINK的初始化过程与应用程序,包括站点地址的设定.通信参数的计算选择、对JL-098的RAM和I/F寄存器地址的定义与寻址、数据的传输模式、周期数据与非周期数据的传输机制以及应用程序的指令执行序列等。最后搭建了MECHATROLINK主站接口测试平台并进行了测试,测试结果表明,本课题设计的接口模块能够完成MECHATROLINK通信,并经过调试修改,最终成功应用在SDS9-6CNCH2数控系统中。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
CONTENTS  9-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 课题的研究目的及意义  12-14
    1.1.1 课题的研究目的  12
    1.1.2 嵌入式多轴数控系统的研究意义  12-13
    1.1.3 现场总线技术的研究意义  13-14
  1.2 课题的国内外研究现状  14-16
    1.2.1 嵌入式多轴数控系统的研究现状  14-15
    1.2.2 现场总线技术的研究现状  15-16
  1.3 课题来源  16
  1.4 课题的研究内容  16-18
第二章 多轴CNC系统中的伺服通信总线  18-30
  2.1 高性能多轴CNC系统对伺服通信的要求  18-19
  2.2 多轴CNC伺服通信总线选型  19-21
  2.3 MECHATROLINK-Ⅱ总线规格介绍  21-23
    2.3.1 MECHATROLINK-Ⅱ总线的出现及定位  21-22
    2.3.2 MECHATROLINK-Ⅱ总线的拓扑结构  22-23
    2.3.3 MECHATROLINK-Ⅱ总线的特点  23
  2.4 MECHATROLINK-Ⅱ协议结构  23-28
    2.4.1 MECHATROLINK-Ⅱ通信协议层  23-24
    2.4.2 MECHATROLINK-Ⅱ数据帧结构  24-25
    2.4.3 MECHATROLINK-Ⅱ指令的数据格式  25-26
    2.4.4 MECHATROLINK-Ⅱ自动重试机制  26-27
    2.4.5 MECHATROLINK-Ⅱ通讯的传输顺序  27-28
  2.5 MECHATROLINK-Ⅱ通讯的同步机理  28-29
  2.6 本章小结  29-30
第三章 MECHATROLINK-Ⅱ总线接口的硬件设计  30-39
  3.1 嵌入式多轴CNC系统平台设计的总体要求  30
  3.2 MECHATROLINK-Ⅱ与DSP的接口方案  30-32
  3.3 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC的功能模块及其电路设计  32-37
    3.3.1 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC的模式控制  33
    3.3.2 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC的时钟电路设计  33-34
    3.3.3 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC的主接口电路  34-35
    3.3.4 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC的错误处理  35-36
    3.3.5 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC的中断控制  36-37
    3.3.6 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC的发送与接收控制  37
  3.4 MECHATROLINK-Ⅱ通信板的PCB设计  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 MECHATROLINK-Ⅱ总线接口的软件设计  39-51
  4.1 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC的I/F寄存器操作  39-41
    4.1.1 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC的I/F寄存器  39-40
    4.1.2 MECHATROLINK-Ⅱ ASIC RAM空间的读写  40-41
  4.2 MECHATROLINK-Ⅱ主站驱动程序设计  41-46
    4.2.1 MECHATROLINK-Ⅱ初始化程序设计  41-44
    4.2.2 MECHATROLINK-Ⅱ数据链路交换程序设计  44-46
  4.3 MECHATROLINK-Ⅱ应用程序的设计  46-50
    4.3.1 MECHATROLINK-Ⅱ应用程序的指令序列  46-48
    4.3.2 MECHATROLINK-Ⅱ指令状态管理  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 基于MECHATROLINK-II的四轴CNC系统设计  51-61
  5.1 基于M-Ⅱ的四轴CNC系统的硬件结构  51-52
    5.1.1 基于M-Ⅱ的四轴CNC系统的体系结构  51-52
    5.1.2 四轴CNC的DSP硬件结构  52
  5.2 基于M-Ⅱ的四轴CNC系统的软件设计  52-54
    5.2.1 DSP与ARM的通信方案  53
    5.2.2 DSP与主轴变频器的通信方案  53-54
    5.2.3 DSP与伺服控制单元的通讯方案  54
  5.3 DSP四轴联动运动控制算法设计  54-60
    5.3.1 DSP四轴联动的插补算法  54-56
    5.3.2 DSP四轴联动的前瞻控制算法  56-58
    5.3.3 DSP四轴联动的连续区域速度控制  58-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章 系统性能测试  61-69
  6.1 系统性能测试总体概述  61
  6.2 MECHATROLINK-Ⅱ通信测试  61-62
  6.3 多轴同步性测试  62-64
  6.4 系统可靠性对比测试  64
  6.5 多轴联动实时性、区域速度规划性能测试  64-65
  6.6 复杂零件四轴联动加工测试  65-68
  6.7 精度测试分析  68
  6.8 本章小结  68-69
总结与展望  69-70
参考文献  70-77
攻读学位期间发表论文  77-79
致谢  79-80
附录  80-82

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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