機(jī)器人資料論文001CAN總線技術(shù)在數(shù)字伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、!""""""""""驅(qū)動(dòng)控制"#$% &( )*+"*,2005 年第 7 期can 總線技術(shù)在數(shù)字伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用蔡春偉1，張華強(qiáng)1，任秀云1，王鳳云2（1. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，山東威海 264209；2. 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東濟(jì)南 250100）"""""""""application of digital ac servo system based on can bus

2、technologycai chun - wei1，zhang hua - qiang1，ren xiu - yun1，wang feng - yun2（1. harbin institute of technology，weihai 264209 ，china；2. shandong academy of agriculture science，jinan 250100，china）摘要：研究了 can 總線在數(shù)字交流伺服系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)位移量，通過串行總線傳送到相應(yīng)的伺服單元，即可"控制中的應(yīng)用，探討了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)與多軸運(yùn)動(dòng)控制中實(shí)時(shí)完成位置控制和速度控制。位置、速度、力矩等反饋&qu

3、ot;"網(wǎng)絡(luò)控制問題，介紹了一種基于 can 總線技術(shù)的數(shù)字交流信息也可通過串行口送回主計(jì)算機(jī)，用于顯示坐標(biāo)"伺服系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)原理和軟、硬件設(shè)計(jì)。軸位置、跟隨誤差等，這是一種分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。"""""""關(guān)鍵詞：數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)；can 總線；運(yùn)動(dòng)控制；dsp 電機(jī)控制中圖分類號(hào)：tm383. 4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1004 - 7018（2005）07 - 0040 - 03abstract：the application of digital ac servo system and圖 1 數(shù)控與

4、伺服通訊網(wǎng)絡(luò)接口"kinetic control system based on can bus technology is investiga-""ted. real - time network control issues of servo - actuator drive數(shù)字伺服與數(shù)控系統(tǒng)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以分為實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)信息和非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)信息兩類。實(shí)時(shí)性"and multi - axes kinetic control is discussed. a digital ac servo"system based on can bus te

5、chnology is presented. its structure數(shù)據(jù)指參與實(shí)時(shí)位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制的指令和實(shí)際"""principle，hardware and software design are introduced.keywords：digital servo - drive；can bus；kinetic control；反饋信息，這類數(shù)據(jù)的傳輸速度要求較高。而非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)主要是參數(shù)設(shè)置、功能設(shè)定、診斷功能、伺"dsp machine control"服狀態(tài)與報(bào)警等，對(duì)傳輸速度的要求相對(duì)較低一些。""&qu

6、ot;"1 前言多伺服系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用相當(dāng)廣rs232（422、485）串行通訊應(yīng)用廣泛，但其通訊速度較低。因此，各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)引起了人們 的 關(guān) 注，主 要 有can、sercos、profibus、lon-"泛，如配料、傳動(dòng)等生產(chǎn)過程，需要多臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)""動(dòng)，伺服電機(jī)的控制性能和多臺(tái)電機(jī)間協(xié)調(diào)控制的"好壞直接影響著生產(chǎn)過程的質(zhì)量。如何方便管理、""控制多伺服電機(jī)系統(tǒng)是生產(chǎn)領(lǐng)域亟待解決的問題，"因此提出了基于 can 總線技術(shù)的數(shù)字交流伺服系works、interbus 等。本文討論 can 總

7、線用于數(shù)字伺服與數(shù)控系統(tǒng)的接口連接，介紹了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和軟件、硬件設(shè)計(jì)。""統(tǒng)?？?quot;線現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)解決了傳統(tǒng)總線插板 i / o 模塊2 can 總線技術(shù)簡(jiǎn)介技"2. 1 can 總線的特點(diǎn)"多，干擾嚴(yán)重、系統(tǒng)軟件編寫復(fù)雜、系統(tǒng)硬件兼容性術(shù)在"差等問題。減輕現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接的繁瑣與費(fèi)用，提高數(shù)"字"了信號(hào)傳輸?shù)木扰c靈活性，給安裝、調(diào)試和維護(hù)帶伺"來方便，為現(xiàn)場(chǎng)用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，代表著自can 屬于現(xiàn)場(chǎng)總線（ field bus）的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。c

8、an 總線中各節(jié)點(diǎn)都有權(quán)利向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送服系"動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。信息。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，主統(tǒng)"中"的"數(shù)字伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置、速度、力矩（ 電流）三要特點(diǎn)有：（1）can 總線上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)應(yīng)"環(huán)控制，如圖 1 所示?？刂破鲄?shù)，如位置、速度、力用"矩等運(yùn)行參數(shù)設(shè)置與功能設(shè)置通過串行接口傳送到""伺服系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)上位機(jī)計(jì)算出每個(gè)插補(bǔ)周期的"刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主、從，通訊靈活；（2）can 總線上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)，40收稿日期：2004

9、 - 11 - 09以滿足不同的實(shí)時(shí)要求；2005 年第 7 期驅(qū)動(dòng)控制!"#$% &( )*+"*,""（3）can 總線采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)；（4 ） can總 線 具 有 點(diǎn) 對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（ 成組）及 全 局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能；（5）can 總線通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10 km，通訊速率最高可達(dá) 1 mbps（ 距離小于 40 m）；（6）can 總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá) 110 個(gè)；（7）can 總線上每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8

10、個(gè)，這樣傳輸時(shí)間短，抗干擾能力強(qiáng)；（8）can 總線每幀信息都有 crc 校驗(yàn)及其它校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率低，可靠性高；（9）can 總線節(jié)點(diǎn)在故障的情況下，可自動(dòng)切圖 2 f243can 控制器模塊結(jié)構(gòu)圖器有自動(dòng)重發(fā)功能；（9）總線錯(cuò)誤診斷功能；（10 ）自診斷功能。3 數(shù)字伺服系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件與軟件設(shè)計(jì)3. 1 dsp can 接口電路設(shè)計(jì)"""""""""""""""""""""&quo

11、t;""""斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其它操作不受影響。使用 can 總線技術(shù)將伺服驅(qū)動(dòng)和主控系統(tǒng)連"成現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。主控系統(tǒng)上位機(jī)采用研華公司""pcl - 841 卡實(shí)現(xiàn) can 總線通訊，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采"目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已有相應(yīng)的 can總線通訊接口卡，該卡完成 iso / osi參考模型中的物理層和數(shù)用 tms320f2407 片內(nèi) can 控制器。""據(jù)鏈路層兩層功能，如數(shù)據(jù)打包、拆包、發(fā)送、接收、校驗(yàn)、編碼、解碼等，用戶只需開發(fā)應(yīng)用層和用戶層相應(yīng)軟件即可。2. 2 dsp can

12、控制器tms320f2407 是 ti 公司新一代 16 位定點(diǎn) dsp芯片，用 于 數(shù) 字 電 機(jī) 控 制 和 嵌 入 式 控 制 器。片 內(nèi)can 模塊是一個(gè)完全的 can 控制器，其結(jié)構(gòu)框圖tms320f2407dsp 芯片的 can 總 線 控 制 器 與"can 物 理 總 線 的 接 口 采 用82c250驅(qū) 動(dòng) 器 芯 片。""82c250 采用阻抗為 120 雙絞線作通訊介質(zhì)，信號(hào)"采用差動(dòng)接收和發(fā)送，抗干擾能力強(qiáng)，最高通信速率""可達(dá) 1mbps。通過對(duì) 82c250引腳 8（ rs）的不同連"接，可以實(shí)現(xiàn)

13、三種不同的工作方式：高速、斜率控制""和待機(jī)。本系統(tǒng)采用斜率控制，以降低射頻干擾。"為 了 增 加 抗 干 擾 能 力，保 護(hù)can控 制 器，在"如圖 2 所示。can 模塊是一個(gè) 16 位外設(shè)，有控制 /狀態(tài)寄存器的訪問和郵箱的 ram 訪問兩種方式。"tms320f2407 與 82c250之間 加 高 速 光 電 隔 離 器，"光電隔離器采用 hp 公司 hcpl - 2630 芯片，速度"該 can 控制器具有如下特性：（1）全面兼容 can 2. 0b 協(xié)議，具有標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符且有數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀；（2）對(duì)象有

14、6 個(gè)郵箱（ mbox0 5），其長(zhǎng)度為 0為 10mhz，電路如圖 3 所示。""""""總"線 8 個(gè)字節(jié)。它們是 48 × 16 位的 ram 區(qū)，cpu 或can 可按16位讀 或 寫。每 個(gè) 郵 箱 為 8 × 16位 的ram，郵箱 0、1 只用作接收，郵箱 4、5 只用作發(fā)送，而郵箱 2、3 可用作接收或發(fā)送；圖 3 can 驅(qū)動(dòng)器接口電路3. 2 can 控制器軟件設(shè)計(jì)技"術(shù)"在"數(shù)"字"伺"服（3）對(duì)郵箱 0、1 和 2、3 有

15、局域接收屏蔽寄存"系器；對(duì)于 can 網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，智能終端（ 即 can 節(jié)點(diǎn)）統(tǒng)"中（4）可編程的位定時(shí)器；軟件設(shè)計(jì)主要包括兩大部分，即通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層"的"應(yīng)（5）中斷配置可編程；（6）可編程的 can 總線喚醒功能；（7）自動(dòng)恢復(fù)遠(yuǎn)程請(qǐng)求；（8）當(dāng)發(fā)送出錯(cuò)或仲裁丟失數(shù)據(jù)時(shí)，can 控制協(xié)議和節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功能的流程和編碼。3. 2. 1 郵箱初始化配置初始化包括對(duì)管腳的配置、波特率的設(shè)定、郵箱的收發(fā)配置等。首先，配置 mcrb 寄存器，將 iopc6"用"""41!""驅(qū)動(dòng)控制"#$%

16、&( )*+"*,2005 年第 7 期發(fā)送程序只需要設(shè)定發(fā)送控制寄存器的相應(yīng)位"和 iopc7 引腳配置成特殊功能，即 canrx 和 ca-"ntx；其次，配置 mder 寄存器，即配置郵箱的使能"即可實(shí)現(xiàn)發(fā)送。接收程序要完成："和郵箱 2 3 的功能；最后，對(duì)屏蔽 id 寄存器進(jìn)行配"置，可以屏蔽任意位的 id。這種寄存器只對(duì)接收郵"（1）讀取已接收的郵箱標(biāo)識(shí)符格式；"箱起作用。（2）讀取接收的標(biāo)識(shí)符；"3. 2. 2 波特率設(shè)定"（3）讀取接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；"波特率設(shè)定主

17、要和 3 個(gè)寄存器有關(guān)：scsr1（ 系（4）讀取接收的數(shù)據(jù)值。"統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器 1）、bcr1（ 位配置寄存器）和""bcr2（ 位配置寄存器 2）。在配置之前，明確要實(shí)現(xiàn)"的波特率和晶振頻率。要注意的是在對(duì)位定時(shí)器進(jìn)""行配置 時(shí)，can控 制 器 必 須 處 于 復(fù) 位 模 式 下，即"ccr = 1。""3. 2. 3 郵箱的收發(fā)配置"在進(jìn)行數(shù)據(jù)域改變之前，首先要禁用郵箱，然后""置位數(shù)據(jù)域，改變請(qǐng)求。再設(shè)置郵箱 id 和信息控制"寄存器。若是發(fā)送郵箱，

18、則在數(shù)據(jù)域存放預(yù)發(fā)送數(shù)""據(jù)；若是接收郵箱，則清空接收緩存。3. 2. 4 監(jiān)控主機(jī)的軟件用一臺(tái)工控機(jī)作為監(jiān)控機(jī)，通過適配卡與 can連接。在監(jiān)控機(jī)上用 vc 6. 0 編寫監(jiān)控的操作軟件，并且把監(jiān)控機(jī)作為局域網(wǎng)上的一臺(tái)操作服務(wù)器，用戶通過它可以對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行操作。4 結(jié)語can 總線具有功能特性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，是一種很有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線。它的應(yīng)用將為分布式運(yùn)動(dòng)控制提供一種新的解決方""郵箱中 斷 設(shè) 置 can 模 塊 專 屬 中 斷 寄 存 器 有案，會(huì)受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾暋Ｐ乱淮闹悄軘?shù)"can-ifr 和 can-

19、imr，使用方法與一般的中斷寄"存器相同。但 tms320lf2407a采用了二級(jí)中斷方""式，高優(yōu)先級(jí)模式的 can 郵箱中斷對(duì)應(yīng) int1，高優(yōu)"先級(jí) can 錯(cuò)誤中斷對(duì)應(yīng) int2；而低優(yōu)先級(jí)的 can字伺服系統(tǒng)通過 can 總線與開放式數(shù)控系統(tǒng)互連，是運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。參考文獻(xiàn)1 shiu - yung lin. distributed motion control using real - time""郵箱中斷和 can 錯(cuò)誤中斷都對(duì)應(yīng) int5。所以在程"network communication

20、techniquesc. proc. ipemc，2000，2：843 847"序中也要開放對(duì)應(yīng)的一級(jí)中斷。接收幀 id 的讀入2 zhang dongliang. dsp - based software ac servo systems with"在接收事件中，通常一個(gè)郵箱要接收多節(jié)點(diǎn)幀。因pm synchronous motorsc. proc. icems，2001，2：755 758""此，信息幀 id 的讀出也很重要。不管有沒有屏蔽，3劉和平. tms320lf240x dsp 結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用 m. 北京：北"接收了的信息幀的 id 會(huì)被置入 msgidnh 和 ms-京航空航天大學(xué)出版社，2002"""""gidnl。但事實(shí)上，該接收郵箱的 id 并沒有改變。實(shí)驗(yàn)程序使用郵箱 2 接收，郵箱 3 發(fā)送。通訊軟件可以采用查詢方式或中斷