基于以太网的嵌入式运动控制系统的研究

【摘要】随着现场总线技术的迅速发展、各种工业以太网标准的逐步建立，传统运动控制系统自身不易扩展、系统兼容性比较差和没有网络通信能力等不足，越来越不满足现代自控领域的发展需要，基于网络化的运动控制技术已经成为一种研究热点和发展趋势。而真正的实时工业以太网是在物理帧上，而非应用层上来改进传统商用以太网，现在比较主流的开源实时工业以太网技术——ETHERNETPowerlink网络技术的高实时性、稳定性和多种同步机制，适合应用于运动控制。本设计以嵌入式运动控制技术和FPGA技术为基础，通过建立基于ETHERNETPowerlink上位机通信网络，深刻剖析ETHERNETPowerlink协议机制，重点研究和设计系统从站的核心硬件并实现了主从通信软件的开发，从而构建了基于ETHERNETPowerlink网络嵌入式运动控制系统。该嵌入式运动控制系统采用多层架构设计，并提出了从站“通信模块+控制模块”分离的架构思想，即以“FPGA+ARM”为核心处理器来实现。从站的硬件部分主要由控制模块最小系统、驱动单元、反馈单元和通信模块等构成，主站软件按照CANOpen规范，通过PDO和SDO通讯功能，完成了主站测试软件的设计。在从站软件设计方面，详细分析了各模块程序的设计方法，实现了系统主从站间ETHERNETPowerlink通信和从站内部的SPI通信，为应用层控制任务的实施提供了通信基础，同时各类运动指令的设计的实现，为系统提供多种运动控制功能。最后提出了一种基于ETHERNETPowerlink多轴同步的方法和对光栅尺反馈信号进行了仿真处理搭建了基于ETHERNETPowerlink的嵌入式运动控制系统平台，进行了系统测试实验和分析，验证了系统设计的可行性，结果基本达到预期效果，为后面的工作打下很好的铺垫，最后本文结合当今运动控制领域的发展现状，对论文进行了总结与展望，并指出了该控制系统尚需研究和改进的问题。
【作者】陈国龙；
【导师】邬惠峰；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】运动控制；EPL；FPGA；ARM；同步机制；实时性；

【参考文献】
[1]靳玉林.具有新型防晃结构贮箱的液体晃动动力学分析[D].哈尔滨工业大学,一般力学,2013,硕士.
[2]李昌彪,夏克文,宋建平,闾晓晨.一种基于属性重要性的粗糙RBF神经网络[J].控制与决策,2006,07:821-824+828.
[3]练招辉.河南省乒乓球裁判员队伍建设研究[D].郑州大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[4]许婧.暗黑鳃金龟肠道纤维素酶活性研究及混合菌系的构建[D].华中农业大学,农业昆虫与害虫防治,2014,硕士.
[5]陈名浩.钢中钛的相分析及其应用探讨[J].钢铁研究学报.1992(01)
[6]王殿群.求解双调和方程的弱Galerkin有限元方法[D].吉林大学,计算数学,2014,硕士.
[7]张春芝.番茄抗晚疫病基因Ph-3的克隆及其效应子的筛选[D].中国农业科学院,蔬菜学,2014,博士.
[8]任龙.鄂尔多斯盆地上古生界沉积岩岩石结构及其演化与裂缝形成关系[D].西北大学,能源地质,2013,硕士.
[9]王宁.论规劝与处罚的平衡[D].中国矿业大学,经济法学,2014,硕士.
[10]杨波.部分预应力混凝土结构变形性能研究及有限元分析[D].合肥工业大学,结构工程,2004,硕士.
[11]刘静.中药瘦身合剂对营养性肥胖大鼠脂联素水平的影响[D].湖北中医学院,中西医结合儿科,2004,硕士.
[12]滕士超.广告中汉语成语仿用的认知阐释[D].南京师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[13]陈汐.复合材料层合板动力学建模与振动特性的研究[D].苏州大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[14]汤一平,姜荣剑,林璐璐.基于主动式全景视觉的移动机器人障碍物检测[J].计算机科学,2015,03:284-288+315.
[15]扈彬,刘温霞,张洁.光催化技术及前景分析[A].山东造纸学会.山东造纸学会第七届会员代表大会暨山东造纸学会2012年学术年会论文集[C].山东造纸学会:,2012:7.
[16]郑瑜.反讽的理论内涵与美学意义[D].辽宁大学,文艺学,2012,硕士.
[17]徐静.基于时空分析的高速公路基本路段交通状态估计研究[D].重庆大学,控制科学与工程,2014,硕士.
[18]文姣.利用光子增减操作提高量子阅读和相位评估的精度[D].湖南师范大学,光学,2013,硕士.
[19]黄细霞.基于支持向量机的建模方法及其在材料加工中的应用研究[D].上海交通大学,2008.
[20]阮维光（NGUYENDUYQUANG）.中国当代写意重彩画的表现特征[D].华中师范大学,美术学,2014,硕士.
[21]余飞.高速动车组边门运行状态仿真及故障分析[D].西南交通大学,车辆工程,2013,硕士.
[22]钱志荣.21世纪的化妆品——谈功能性化妆品[J].中国化妆品.1997(03)
[23]雷淼.LNG-IUS在卵巢子宫内膜异位囊肿剥除术后预防性治疗中的应用[D].遵义医学院,妇产科学（专业学位）,2014,硕士.
[24]邱伶俐,刘章发.轨到轨电压比较器的设计[J].半导体技术,2015,01:12-18.
[25]赵佺.公路应急事件的路产保护制度研究[D].长安大学,经济法学,2013,硕士.
[26]彭赫力.柔性夹钳拉形过程及其数值模拟研究[D].吉林大学,2013.
[27]孙滨.硅藻土处理城市生活垃圾渗滤液的实验研究[D].东北大学,化工过程机械,2010,硕士.
[28]钱欢.初中英语课堂合作学习探究[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[29]李靖.业精致远冶金行业值得依赖的民族品牌——访英威腾电气股份有限公司重工业部总监陶述苗[J].冶金自动化,2015,01:77-79.
[30]李立平.汽车变速器壳体加工工艺研究[D].天津大学,机械工程,2004,硕士.
[31]罗小元,袁园,张玉燕,关新平.具有丢包、通讯约束的非线性时滞网络化控制系统鲁棒故障检测[J].控制与决策,2014,11:2048-2054.
[32]朱慧.南酸枣人工幼林根系特征研究[D].福建农林大学,2004.
[33]雷涛.论我国生态文明建设的意义及途径[D].西安工业大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[34]吕飞,沈军樑,丁玉庭.热压开壳对贻贝品质的影响及其脱壳机理[J].现代食品科技,2014,11:175-181+174.
[35]黄阳.特质焦虑对面孔情绪识别的影响研究[D].苏州大学,发展与教育心理学,2012,硕士.
[36]李燕玲.液体正平衡对严重脓毒症性急性肾损伤预后的影响[D].广州医科大学,重症医学,2014,硕士.
[37]沈昕.高效数控环境下单元化制造资源管理研究与应用[D].西北工业大学,机械电子工程,2003,硕士.
[38]毕大强,梁武星,柴建云,王祥珩,王维俭.变压器三角形绕组中环流的构造方法[J].电力系统自动化,2008,01:39-43.
[39]宁学侃.水下传感器网络中虫洞攻击检测与防御研究[D].吉林大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[40]姜鹏.基于GPU的非高斯三重马尔可夫随机场分割算法加速[D].西安电子科技大学,电路与系统,2012,硕士.
[41]刘婷.走出城管执法困境[D].上海大学,宪法学与行政法学,2014,硕士.
[42]颜雪寅.公共化的建筑外部空间城市设计导则研究[D].北京建筑大学,建筑学,2013,硕士.
[43]段宝娜.排序集抽样下有先验信息的极大似然估计[D].华中师范大学,概率论与数理统计,2013,硕士.
[44]吴佳宁.货运通系统的分析与设计[D].天津大学,软件工程,2013,硕士.
[45]王焕焕.早期使用肺表面活性物质对支气管肺发育不良婴幼儿肺功能的影响研究[D].广州医科大学,儿科学（专业学位）,2014,硕士.
[46]王有功,吕延防,付广,王伟,孙永河,柳波.长岭复式断陷群构造特征及天然气富集规律[J].石油地球物理勘探,2014,06:1204-1212+7.
[47]张晨露.用于无线多频带通信的微波电路研究[D].西安邮电大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[48]张永林.定容燃烧弹数据采集与电控系统研制[D].华中科技大学,动力工程,2013,硕士.
[49]铁钰.短跑运动员不同运动状态下部分生理生化指标变化的研究[D].辽宁师范大学,体育教育训练学,2003,硕士.
[50]吕娜.多代理系统UML建模研究[D].吉林大学,情报学,2004,硕士.