无刷直流电机控制系统的通讯策略研究

摘要

传统运动控制系统中信息的传递途径和对信息的处理手段比较有限。现场总线开辟了一个新的通道，通过这个通道能够实现全数字化、双向的信息传递，基于现场总线规范建立起的控制系统能够及时将信息传递给各种数据显示、数据处理设备，也能够实现设备资源的统一化，提高设备利用率。 本文以无刷直流电机控制系统为背景，致力于将现场总线技术运用到运动控制系统中，建立起PC机与DSP 控制器之间的通讯接口，实现通过PC机人机交互界面控制电机运行，并实时获取当前电机运行状况。考虑到电机控制系统的分布式控制结构、对数据传输实时性要求不高以及网络复杂程度低等特点，选择通用性、开放性高的Modbus总线和CAN总线作为研究对象。 本文首先完成Modbus各类消息帧以及PC机与DSP控制器软硬件通讯接口设计，通过该接口能够实现PC机与DSP控制器之间的双向命令帧/数据帧传输，针对电机控制系统设计开停机、正反转、速度设定等功能。考虑到Modbus总线在传输速度、可靠性等方面存在一定的缺陷，选择可靠性、实时性和灵活性更高的CAN总线结构进行改进。完成了基于EPP协议的并口CAN 接口卡硬件电路和驱动程序设计，在物理层和数据链路层实现PC机与DSP 控制器之间的CAN报文通讯，在此基础上编写上下位机通讯程序，实现了通讯参数设置、CAN报文收发等功能。在应用层主要研究CANopen协议，软件上实现CANopen协议基本通讯对象、节点管理和电机控制等功能。结果证明现场总线运用到运动控制系统中的合理性和实用性，同时基于Windows 操作系统开发的PC 端监控软件具有良好的操作性和扩展性。