【摘 要】
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在世界“工业4.0”以及“中国制造2025”的大背景下,汽车工业水平逐渐成为我国提升整体工业水平的重中之重。汽车工业的发展不仅取决于其机械制造水平的提升,很大程度上也依赖于高水平汽车振动试验平台的研发。目前,国内多轴电液振动平台研制水平与国外仍有较大差距,且多数高性能伺服设备仍依赖于进口,存在供货期长、检修难、成本高等缺点。本论文致力于开发一种基于EtherCAT高速总线的电液伺服系统从站控制器,
【基金项目】
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重庆市某汽车研究院横向课题:“多轴高动态复杂测试系统的智能建模与控制关键技术研究”；
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在世界“工业4.0”以及“中国制造2025”的大背景下,汽车工业水平逐渐成为我国提升整体工业水平的重中之重。汽车工业的发展不仅取决于其机械制造水平的提升,很大程度上也依赖于高水平汽车振动试验平台的研发。目前,国内多轴电液振动平台研制水平与国外仍有较大差距,且多数高性能伺服设备仍依赖于进口,存在供货期长、检修难、成本高等缺点。本论文致力于开发一种基于EtherCAT高速总线的电液伺服系统从站控制器,以实现国内汽车电液振动试验平台控制系统的自主可控。本文首先介绍了国内外多轴电液振动试验台和EtherCAT总线技术的发展现状,分析了二者在本课题中融合应用的优势。接着详细阐释了EtherCAT总线技术以及Co E协议等重要理论概念,并给出了本课题EtherCAT系统的总体架构和主从站设计方案。同时确定了主站用于通信测试、从站控制器作为开发重点的总体目标。然后,根据第二章给出的从站设计方案,开发基于“AX58100+STM32F429”架构的EtherCAT从站控制器硬件电路。以AX58100为从站控制器（ESC）核心芯片,完成EtherCAT数据帧的应用层和数据链路层解析和处理;以STM32为从站微处理器核心芯片,完成从站协议栈的建立和数据帧的应用层处理。接下来,针对本课题电液伺服系统进行了建模。设计了传统PID控制算法和模糊自适应PID控制算法,并进行了Matlab仿真实验。对比了两者的控制效果并绘制了时域响应图和频域响应图,分析了在不同控制算法作用下系统的动态性能。基于控制效果分析,确定了利用模糊自适应PID控制算法的双闭环控制系统设计方案。在阐释EtherCAT机理和设计系统控制算法的基础上,利用Twin CAT3平台进行主站实现,并针对本课题的从站设备设计了XML配置文件。基于STM32开发了EtherCAT从站协议栈以及从站状态机处理、数据输入输出、模糊自适应PID控制器等软件模块。在完成了对EtherCAT系统主站配置和从站软件设计后,利用Lab Windows/CVI设计人机交互界面并进行了主从站通信测试。最后,在试验现场完成了电液伺服控制系统的搭建,并对多个不同幅值和频率的位移波形进行了跟踪试验,试验验证了从站控制器硬件和算法设计的可靠性。
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