基于CAN总线的运动控制系统模块化设计

论文摘要

运动控制技术在航空航天、海洋平台建造、压力容器制和多轴联动机床等众多领域广泛应用,直接决定了我国加工制造业的生产水平。本文在“海洋平台建造管端切割机器人研制”这个课题基础上,围绕着控制系统的快速开发过程、低廉开发成本、简单系统维护、同类控制系统快速组装的目标,根据系统整体要求,完成了控制系统总体方案设计、确定了控制系统通信方案、按照可靠实时的原则对系统功能进行了上下位机的划分、对通信系统实时性进行了分析、制定了控制系统通信高层协议、完成了模块的硬件接口电路设计、编写了兼容高层通信协议的模块控制软件等工作。经过对多台设备的跟踪测试,从硬件和软件角度很好的解决了系统可靠性问题,并根据切割焊接工艺的要求,对运动控制系统模块的软件进行了完善,圆满的完成了多台压力容器焊接和海洋平台建造任务,得到了用户的认可。基本完成了可靠、低廉、简单、实用的设计任务。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 运动控制系统概述
• 1.1.1 运动控制系统的组成
• 1.1.2 运动控制系统的产品
• 1.1.3 运动控制系统的发展趋势
• 1.2 课题背景及研究内容
• 1.2.1 课题背景
• 1.2.2 课题难点
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 运动控制系统总体方案设计
• 2.1 系统对运动控制系统的基本要求
• 2.2 控制系统总体方案设计
• 2.2.1 控制系统结构选择
• 2.2.2 控制方式的确定
• 2.2.3 控制系统通讯方案设计
• 2.3 基于现场总线的分布式控制系统优点
• 2.4 控制系统功能分配
• 2.4.1 上位机实现功能
• 2.4.2 下位机实现功能
• 2.5 小结
• 第3章 分布式现场总线控制网络实时性分析
• 3.1 控制网络实时性的概念
• 3.2 影响控制网络实时性的因素
• 3.3 控制网络拓扑结构对实时性影响
• 3.3.1 典型网络拓扑结构
• 3.3.2 本系统采用的拓扑结构
• 3.4 CAN总线传输介质对实时性影响
• 3.5 CAN总线分层结构对实时性影响
• 3.6 CAN总线位定时参数对实时性影响
• 3.6.1 总线位定时寄存器BTR0、BTR1
• 3.6.2 振荡器容差
• 3.6.3 传播时延
• 3.6.4 CAN总线定时参数的计算
• 3.7 CAN总线访问控制方式特点及其解决办法
• 3.8 其他因素对实时性影响
• 3.9 系统实时性能测试
• 3.9.1 测试方法
• 3.9.2 结果分析
• 3.10 小结
• 第4章 模块间通讯高层协议的制定
• 4.1 CAN总线高层协议发展状况
• 4.2 CAN总线特性所决定的协议规范
• 4.2.1 通信方式所决定的协议规范
• 4.2.2 位仲裁技术所决定的协议规范
• 4.2.3 数据发送接收方式所决定的协议规范
• 4.2.4 SJA1000T工作模式所决定的协议规范
• 4.2.5 CAN报文帧类型选择决定的协议规范
• 4.2.6 报文标识符分配
• 4.3 小结
• 第5章 运动控制系统模块化设计
• 5.1 系统对运动控制模块主要参数要求
• 5.1.1 工作环境
• 5.1.2 运动控制模块类型
• 5.2 上位机硬件性能参数
• 5.2.1 CAN卡的功能特点
• 5.2.2 CAN卡的技术参数
• 5.3 下位机硬件设计
• 5.3.1 控制器P89V51RD2FN
• 5.3.2 CAN总线通讯模块接口设计
• 2C总线的串行存储模块接口设计'>5.3.3 基于I²C总线的串行存储模块接口设计
• 5.3.4 键盘控制接口电路设计
• 5.3.5 传感器模块
• 5.3.6 脉冲产生电路
• 5.3.7 步进电机驱动控制
• 5.4 下位机软件设计
• 5.4.1 下位机软件结构设计
• 5.4.2 通信参数初始化问题
• 5.4.3 CAN信息发送
• 5.4.4 CAN信息接收
• 5.5 小结
• 第6章 运动控制系统模块应用情况及改进措施
• 6.1 运动控制系统适用的典型机械结构
• 6.2 本运动控制系统在焊接机系列产品中应用情况
• 6.2.1 产品用途
• 6.2.2 控制系统构成及系统参数
• 6.2.3 应用情况
• 6.3 本运动控制系统在切割机系列产品中应用情况
• 6.3.1 产品用途
• 6.3.2 控制系统构成及系统参数
• 6.3.3 用户反馈
• 6.4 发现问题及改进措施
• 6.4.1 发现问题
• 6.4.2 改进措施
• 6.4.3 建议
• 6.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢