讨论多轴步进电机驱动电路驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术各有何特点

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2015-04-18 05:11 标签： 步进电机驱动器
安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结1_百度文库
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安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结1
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安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结1
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多轴伺服驱动数控系统的CAN总线控制
&&&&来源:万方数据&&&&作者：&&
为了解决多轴伺服驱动数控系统的多节点通信和多轴协调控制问题，提出了应用CAN总线技术的设计方案，构成了具有两台嵌入式计算机S3C44BOX和两务CAN总线控制网络，分别控制多轴伺服驱动轴的运动，计算证明CAN总线能够满足实现多轴协调运动所需的数据传输要求。
　　多轴驱动数控系统，是一种完成复杂型体加工的数控设备，采用的多轴协调方式是自动化程度最高、最为复杂的，具有非常丰富的动力学特征。它对各驱动轴轴之间的相互协调，提出了很高的要求。
　　数控设备的运动，是数控设备的心脏，决定数控设备性能的优劣。传统的数控设备，多采用集中控制方案，通常由一台计算机通过多块A／D，D／A板与下层的驱动器和连接通信。这样的控制系统模块繁多，模块之问的连接复杂，依赖性强，降低了系统的开放性和可靠性，增加了功耗，难以完成十多个以致数十个轴的同步协调运动控制。
　　上世纪90年代以来，数字式伺服驱动器和技术的引入，为数控设备运动控制系统结构带来了重大的变革，产生了利用数字通信的开放的分布式控制结构。当前，国外许多的多轴的控制系统，都采用了分布式控制结构，它代表了数控设备控制系统发展的方向。
　　日本本田公司于1996年展示了一个仿人形的两足行走P2，1997年又推出了两足行走P3田。P2机器人的运动控制系统，采用的是集中式结构；而P3机器人采用的是分布式结构，使数控设备的体积和重量都大大减小了。P2机器人的计算机控制板与每个驱动轴驱动电机相连，需要650根连线，非常庞大；P3机器人数控设备的计算机放在相应的腿和臂上控制驱动轴运动，这些计算机像局域网一样采用内部总线连接，连线的数量减少到了30根。由于连线和体积的减少，P3机器人的能耗只相当于P2的1／3，连接器和接触器的数量也从2000多个减少到500个，大大提高了机器人的可靠性。由此实例可以看出，基于总线技术的分布式结构比传统集的中式结构，更适用于数控设备的多轴运动控制系统。
　　技术(CAN)，是上世纪90年代以来兴起的一种先进工业控制技术口)，它是一种全数字式、全开放、全分散式、可互操作的开放式互联网络的新一代控制系统，是通信技术、计算机技术和控制技术的综合和集成，目前已成为世界上自动化技术的热点之一。
　　技术，解决了多节点通信的总线冲突问题，同时它所具有的完善的功能是RS485等串行总线无法比拟的。
　　CAN自诞生以来，以其独特的设计思想、良好的功能特点和极高的可靠性，已经在许多行业获得了广泛的应用。
　　多轴伺服驱动数控系统，采用的多轴协调方式自动化程度最高，控制难度最大嘲，具有非常丰富的动力学特征。该系统对各驱动轴之间的相互协调，提出了很高的要求，主要是和各轴的伺服驱动器之间进行数据通信，涉及到了复杂的多轴同步协调运动控制删。因此，对通信速率、确定性和实时性，都提出了很高的要求。同时还希望体积和功耗都尽量小，总线与上层计算机和下层驱动器的接口，最好是有现成的统一的标准，以方便设备的选用和连接。
1 控制系统的结构
　　CAN是控制器局域网(Controller Area Network)的简称圈，是由德国的Bosch公司及数个半导体生产商开发出来的，从最初应用于汽车的检测和控制，到后来逐步发展到其他工业部门。CAN总线，是目前已经被批准为国际标准的现场总线之一。CAN总线协议，遵守ISO／OSI模型，采用了其中的物理层、链路层和应用层3层结构。通信速率最高可达1Mbps(40 m)，连接的节点数可达110个，传输介质可以是双绞线、光纤等。CAN总线有以下主要特点：
　　(1)信号传输采用短帧结构，传输时间短，受干扰的概率低；
　　(2)每一帧信息都有CRC检验等措施，保证了数据出错率低；
　　(3)可以采用点对点、一对多点以及全局广播等几种方式发送和接收数据，可实现全分布式多机系统，且无主从之分；
　　(4)采用非破坏的基于优先权的总线仲裁技术，由多主站依据优先权进行总线访问；
　　(5)在发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送；
　　(6)可以判别暂时错误和永久性故障节点，并可故障节点自动脱离网络。
　　系统由两个S3C44BOX和两条CAN总线网络构成，分别控制多轴伺服驱动轴，两台S3C4480X之间通过以太网卡进行通信。对下层的每一个伺服节点(自由度)要设计一块与CAN总线的接口电路板，来完成对该轴的角度和角度速度的闭环控制。该接口电路板带有CAN总线通信控制器(PHILIPS82C200、SJAl000或INTEL82527等)、CAN控制器接口82C250、80C196KC单片和DA芯片等。该方案的整体结构如图1所示。
图1 基于CAN总线的多轴伺服控制网络示意图&
　　使用CAN总线的数控设备控制系统，采用模块化的硬件组合，在硬件发生改变的情况下，仅仅改动与它相连的总线配置即可，现场总线可连接的设备类型和设备数目也相对较多。多轴伺服驱动数控系统，是一种完成复杂型体加工的数控设备伺服系统，它采用的多轴协调方式自动化程度最高，最为复杂，具有非常丰富的动力学特征。它对各驱动轴之间的相互协调提出了很高的要求。
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