基于以太网实时多轴运动控制研究与实现

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近年来,随着工业技术的不断发展,生产自动化在实际工作生产过程中所占的比例也逐年上升。应用现场对数控设备的运动控制精度和灵活性等技术指标的要求也随之增高。目前广泛应用于工业的现场总线技术虽然也随着产业发展逐渐向分散化、网络化的方向发展,但是仍存在着标准过多、兼容性差、成本高、速度较低等问题。难以满足市场中对数控设备提出的高精度,高灵活性的要求。另外,随着网络技术兴起,网络技术受到了广泛的技术支持,得到了快速的发展。其应用广泛、标准统一,成本低、速度快的特点逐渐被人们认可。各大工业厂商也相继推出了基于网络技术所开发的实时工业以太网,并将其应用于数控设备运动控制中,实现全新工业控制现场对数控设备的各种技术要求。但是大部分的实时工业以太网标准会使用专用的网络芯片,开发成本较高。因此,开发一个实时高效并且能够实现高精度、高灵活性机械运动控制的运动控制方案是有必要的。本文在首先分析了传统的总线运动控制系统的在发展过程中存在的缺点结合以太网通讯技术的优点,提出了一种基于以太网通讯技术开发的实时运动控制方案。并对当前的网络通信技术进行深入研究,在UDP/IP通讯数据报的基础上重新设计了控制数据报的通讯格式,用于实现控制数据的有效传输与反馈。使用FPGA+PHY的设计结构实现数据实时传输通讯功能。在FPGA中对网络包进行解包与封包处理并实现应用数据的提取。使用提取后的数据生成轴体运动控制所需要的波形,实现轴体的运动控制。最后,使用该通讯报格式,进行控制数据的传输测试,并给出对应的实验结果。实验结果表明,该设计具有较强的实时性与稳定性,实现了设备的多轴运动控制,基本符合实际应用的需求,并且解决了现有实时通讯技术应用复杂,成本高等问题。为高性能的工业控制系统奠定了通讯技术的基础。
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