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工程机械控制技术专业毕业设计论文：基于CANopen协议的工程机械控制系统设计摘要本文基于CANopen协议，对工程机械控制系统进行了设计。
首先介绍了研究背景和意义，接着阐述了研究的目的和方法。
在方法部分，详细介绍了CANopen协议的特点和优点，以及系统的总体设计和详细设计。
然后在实验部分，对所设计的控制系统进行了仿真实验和分析。
最后，对研究的结果和结论进行了总结，并指出了研究的局限性和未来发展方向。
一、研究背景和意义工程机械在建筑、交通运输、矿山、农业等领域中具有重要作用。
随着科技的发展，现代工程机械逐渐向智能化、高效化、可靠化和安全化方向发展。
控制系统作为工程机械的核心部分，对于整个系统的性能和稳定性具有决定性作用。
CAN （Controller Area Network）是一种用于汽车、工业自动化等领域的高性能网络系统，具有传输速度快、可靠性高、灵活性好等优点。
CANopen协议是CAN总线的一种高层协议，能够提供较高的网络管理和诊断功能。
在工程机械控制系统中，基于CANopen协议的设计具有广泛的应用前景。
本文的研究旨在基于CANopen协议，设计一种高效、稳定、可靠的工程机械控制系统。
通过研究，可以提高工程机械的自动化水平、降低故障率、提高工作效率和安全性。
二、研究目的和方法本研究的主要目的是基于CANopen协议，设计一种适用于工程机械控制系统的网络架构和控制系统。
具体而言，研究内容包括：1. CANopen协议的特点和优点：深入研究CANopen协议的原理和应用，了解其特点和优点，为系统设计提供理论支持。
2. 控制系统总体设计：根据工程机械的实际情况，设计基于CANopen协议的控制系统总体结构，包括网络拓扑结构、设备节点、通信配置等。
3. 控制系统详细设计：根据总体设计，进行控制系统的详细设计，包括硬件设计、软件设计和系统调试等。
本研究采用的方法主要包括网络通信理论、控制理论和系统设计等。
stm32 canopen 例子摘要：1.STM32 和CANopen 简介2.STM32 CANopen 的优点3.STM32 CANopen 的实现方法4.STM32 CANopen 的例子5.总结正文：1.STM32 和CANopen 简介STM32 是一种基于ARM Cortex-M 内核的微控制器，广泛应用于各种嵌入式系统中，如机器人、智能家居和自动控制等领域。
CANopen 是一种用于实时控制的通信协议，特别适用于工业自动化领域。
2.STM32 CANopen 的优点STM32 CANopen 具有许多优点，如高可靠性、实时性和灵活性。
CANopen 协议可以实现多主控制器的通信，使得系统更加稳定。
此外，CANopen 还具有丰富的错误处理机制，可以保证通信的可靠性。
3.STM32 CANopen 的实现方法要实现STM32 CANopen，需要先配置STM32 的CAN 控制器，包括设置工作模式、时钟源和滤波器等参数。
然后，需要编写CANopen 协议的报文，包括标识符、数据长度和校验码等。
最后，通过CAN 控制器发送和接收报文，实现实时控制。
4.STM32 CANopen 的例子以下是一个简单的STM32 CANopen 例子：假设有一个机器人系统，由一个主控制器和两个从控制器组成。
主控制器通过CANopen 协议发送控制命令，如移动和旋转等，从控制器接收命令并执行相应的动作。
通过这种方式，可以实现对机器人系统的实时控制。
5.总结STM32 CANopen 是一种强大的实时控制方案，可以应用于各种嵌入式系统中。
通过配置STM32 的CAN 控制器和编写CANopen 协议的报文，可以实现实时控制和通信。
第18卷第4期2020年12月南京工程学院学报（自然科学版）Journal of Nanjing Institute of Technology!Natural Science Edition）Vol.18,No.4Dec.,2020doi：10.13960/j.issn.1672-2558.2020.04.006投稿网址： I智能控制研究与应用专题以人工智能为基础的智能控制技术正成为科学技术和产业发展的重要推动力•本专题中，《基于CANopen的Delta机器人控制研究》利用CANopen对并联机器人控制系统进行模块化设计和开放式研发,实现了对三个电机的同步控制以及Delta机器人的协调、平稳运行;《基于模糊控制的风光互补系统协同控制研究》采用经典智能模糊控制方法对风能、太阳能和蓄电池三种能源供给单元进行协调控制,实现多变量的最大功率跟踪、过载运行保护控制、欠功率运行效率控制等多种策略的协同运行;《智能物联网售卖系统设计与实现》基于智慧校园背景，设计并完成了一套基于智能物联网的食堂智能售卖管理系统，着重研究了智能控制技术在物联网售卖系统中的应用•文章中的创新观点为智能控制技术的深入研究与广泛应用提供了可借鉴的思路和有益的参考.基于CANopen的Delta机器人控制研究殷u生，包光旋，李耀,黄家才（南京工程学院工业中心、创新创业学院，江苏南京211167）摘要:针对传统的机器人控制系统通讯实时性差、扩展性能差等缺点，以CAN作为低层通信总线、以CANopen作为高层通信协议，设计了一种基于CANopen的Delta机器人控制系统.CAN总线通信速率高并且可容纳的节点数目多，使得控制系统中各个模块之间的数据传输和指令共享的性能大大提高.在自主设计的上位机软件中，可完成对Delta机器人的上电、点动、急停、回零等基本控制，利用改进型梯形轨迹规划结合CANopen协议下的同步插补模式实现Delta机器人运动过程的平稳与协调.关键词：Delta机器人；CAN总线；CANopen协议中图分类号:TP391.8CANopen是一种基于CAN总线的应用层协议，采用面向对象的设计思想，具有很好的模块化特性和很高的适应性,但相关的应用普遍都还停留在利用已经封装好的测试软件进行开发的层次,这种开发效率低且内部代码不开放•针对这些问题,本文提出了一种基于CANopen二次开发的Delta 机器人控制系统，利用CANopen二次开发函数库,采用面向对象的设计思想［1］，将并联机器人控制系统进行模块化设计、开放式研发，利用自主设计的上位机软件设计Delta机器人的起停、设置零点等基本功能，同时为达到整体性能的优化和系统的稳定性，利用CANopen的同步模式解决三电机的同步运行问题，结合修正圆角梯形轨迹规划实现并联机器人的协调、平稳运行.1机器人控制系统的体系结构1.1模块化控制系统的硬件结构在机器人控制系统中，需要控制的参数有机器人各关节轴的位移、速度、转矩和加速度［2］•基于CANopen的Deta器系统 1.上位机主要负责机器人的轨迹规划和人机交互等任'，并且实现与主站卡之间的通信，通过主站卡发送指令控制机器人运行并实现数据交互；主站卡将位置指令发送给驱动器来驱动电机运行,并收稿日期：2020-08-30；修回日期：2020-10-23作者简介：殷堆生，硕士，高级工程师,研究方向为控制理论与控制工程、机器人控制与系统集成、运动控制.E-mail:yinns@引文格式：殷堆生，包光旋，李耀，等•基于CANopen的Delta机器人控制研究'0（•南京工程学院学报（自然科学版），2020,18（4）：27-31.28南京工程学院学报（自然科学版）2020年12月通过上位机读取驱动器反馈的位置以及速度等数据进行实时监测;伺服驱动器主要用于将接收到的指令信号放大为高功率的电压和电流以满足驱动电机工作的需要;伺服电机主要为驱动负载提供能量.本系统通过位置插补模式控制伺服电机，并且选择半闭环控制方式，精度高于一般的开环控制系统.图1控制系统架构图1.2基于CANopen的网络通信协议CANopen协议定义了4种通信报文'3（,分别是管理报文（NMT）、服务数据对象（SDO）、过程数据对象（PDO）和预定义报文或特殊功能对象基于CANopen的Delta机器人控制系统利用这4种报文做如下工作：1）通过NMT报文进行网络管理'4（.在机器人控制系统中，将主控计算机作为主节点,Delta并联机器人的三个伺服驱动器作为从节点；系统上电后,要对各个从节点进行初始化，主节点通过NMT 报文使从节点进入准备状态，此后从节点才可接收SDO和PDO等消息.2）通过SDO完成对对象字典中操作对象的PDO映射.从节点初始化完成之后，需要电机轴的伺服驱动器能够根据接收到的报文内容对电机按照插补、速度、位置等模式进行控制•根据对象索引，对相应的对象进行读写操作即可实现需要的功能•在发送PDO报文之前要先将应用对象映射到PDO中，这可以通过发送SDO报文配置PDO映射参数.3）通过PDO发送和接收实时数据.在通过SDO完成对PDO的映射后,就可以通过PDO实时向伺服驱动器传送位置、速度信息并接收伺服驱动器上传上来的实际位置信息.PDO有多种传送方式，本文采用通过发送SYNC信号的方式,保证各节点运行的同步性.4）通过接收EMCY报文对应急状况进行处理.对驱动器的异常状况做出及时处理，防止发生意外.2基于CANopen的系统软件设计2.1模块化软件结构机器人控制软件既有轨迹规划算法,又包含界面操作、状态监控等交互功能.根据机器人控制系统的硬件结构和CANopen协议的特点,设计了模块化的软件结构,既保证二次开发的开放性和可拓展性⑸，又保证了界面程序开发的简易性，软件由PC上位机界面设计、CANopen协议配置和轨迹规划及正逆解三部分组成•机器人软件整体架构如图2所示.PC上位机初始化设置插补模式回零模式机器人点动机器人回零监控界面M CAN总线CANopen标议（|设备子协议||通信子协议|二二二⑩二二二/I轨迹规划I I正逆解II______________________________________7图2软件整体架构图3系统的位面,要完成交互,包括对Delta机器人的各种操作以及对运行的监.位面基于CANopen次开发完成，可根据使用者需要和现场环境增加或更改控制效果，因此具有很强的开放性，便于用户操和展能.图3基于CANopen的Delta机器人上位机界面开灯设备电机：电机3S人“容兴闭设备电watt i S a S w目标工件堆押◎正方影OH»O三角彫班”点动靱1设点角泅j轴"时—畫:NANj m c W SHTVTE O FTECHNOLOGY机窈人示敦实絵一运动夕止解电机伽S J11*d<B32»<UgJ3轴*g和斛7A X轴mm丫轴「mm7Wi mm机器人水敏实繼一址动宁地解a位覽xm m m Y»m n ZM n»if优解31*d<f32・[di g d w SI斑J3点动豳腥如‘人零成机18人示敦实划wKL2=791Wmm般|则粗香II—a——b—X初如翊:昨対“g dag 工件实际位***i—』—4霜开]同目标点|Y坐标丫坐标z|辞标aiSA认冋日标曲轨迹心动渝CZZh CZJ mm/s抽耐*H1映聲丁'强日5却_丨s第18卷第4期殷塢生，等:基于CANopen的Delta机器人控制研究29基于CAN总线的通讯网络负责指令和参数的传输，通信速率高并且可容纳的节点数目多，使得控制系统中各个模块之间的数据传输和指令共享的性能大大提高，只要符合CAN总线接口协议和软件信息接口协议，任何生产厂家开发的模块均可挂接在CAN总线上.系统中各伺服驱动器均以节点的形式挂接在CAN总线上并通过总线交换信息，由此形成了一种网络式的构架，进一步扩展后可以很方便地与其他网络上的设备进行通信.因此Delta机器人控制系统具有良好的可拓展性和开放性.为保证Delta机器人示教模块和工件分拣模块抓放操作快速、平稳、没有刚性冲击，采用正弦修正梯形加速度曲线函数'6_7（，其函数表达式为：；max _；maxT3T ¥"＜瓦3T5T占[1]84瞬f7T瓦"(1)基于Matb与ADAMS软件对本系统的Delta 机器人轨迹规划部分进行仿真试验•设机器人的起始位置为（-200，0，-650）、终点位置为（200，0，-650）、机器人下抓和下放的距离均为150mm、机器人的运行周期为6s.机器人动平台中心点在笛卡尔空间的运行曲线如图4所示.图4机器人末端动平台中心点在笛卡尔空间的运行路径在关节空间中监测机器人虚拟样机的轨数，可获得机器人各关节位移、角速度、角加速度随时间变化的曲线，如图5所示.555552211一-1-1-27S•UIUI)碰同<（J）角速度7S•UIUI)悝同吕<（8角加速度O图5机器人主动臂各关节变化曲线由图5可知，机器人各关节角速度与角加速度在起点和终点处均为0，整体的变化呈现平滑连续趋势，在两处直角拐点处不存在急剧突变现象，说明路径运动过程中的刚性与柔性冲击及振动均得到了一定程度的抑制'8（,在保证机器人平稳运行的同时提高了机器人的整体工作性能.2.2控制程序流程实时控制程序是机器人控制软件的核心部分,主要完成机器人控制指令的获取、控制算法、CAN 数据发送与接收.程序的流程如图6所示.初始化CAN时，调用ZCOMA_Init函数将主站设备信息参数传递到函数中，实现主站通道的初始化，然后将从站设备添加到CAN网络中.本系统是30南京工程学院学报！自然科学版）2020年12月图6控制程序流程图三台伺服驱动器，调用ZCOMA_AddNode函数实现添加从站功能•参数配置包含PDO映射配置、控制模式选择等•以将RPDO1配置为伺服驱动器的控制字为例,6040h代表电机控制字，可以理解为对电机状态的控制，如电机的上电、消磁、急停等, RPDO1发送不同的值到6040h,那么电机就处于不同的状态•本系统所有映射情况如表1所示.表1PDO映射表PDO.COB-ID射射对象RPDO1200h+NodelD6040—00h字RPDO2300h+NodelD6081—00h运行速度RPDO2300h+NodellD607A-00h位置RPDO3400h+NodelD6060—00h模RPDO4500h+NodelD60C1-01h插补位置数据TPDO1180h+NodelD6041—00h字TPDO1180h+NodelD6064—00h位置实际值TPDO2280h+NodelD6061—00h模输入起始坐标后,需要完成正逆解、轨迹规划,才可以将PDO发送至从节点，使Delta机器人运行正确•插补模式下控制流程如图7所示.离散化运动时间，得到N+1个时间点由时间点得到N+1个点坐标运动学逆解各个坐标，得到转角|将单位转换后阿图7轨迹规划部分流程图根据图7的轨迹规划,得到的4+1个坐标点为Delta机器人所要经过的坐标.通过逆解将坐标转换为电机转动角度，利用PDO给三个从站设置控制模式,使三个伺服驱动器运行在插补控制模式,插补位置数据（电机转动角度）已经得到，因此只需要通过PDO给三个从站发送插补位置数据,之后发送同步帧，使从站更新插补位置数据.通过PDO发送控制字6040h=0x1F给三个从站，使三个伺服驱动器激活插补模式，按照插补周期定时发送预先规划好的插补位置数据给三个从站，再发送一个同步帧，使三个伺服驱动器同步更新插补位置数据，实现三个电机插补运行.3试验研究与结果分析采用本系统控制Delta并联机器人，在控制周期为10ms的条件下进行Delta机器人圆角梯形轨迹运动试验,Delta机器人运动过程平稳，三个电机轴都能根据预规划的轨迹同步运动.对单个关节的运行轨迹进行跟踪,得到图8所示曲线.由图8可见，采用本控制体系结构的并联机器人每个电机轴的实际运行轨迹与控制算法规划出的轨迹基本重合.图9为运动过程局部放大图，从图9中起步阶段的放大曲线可以看出，由于网络传输和电机机械特性等因素,实际曲线约有10ms左右的滞后，保证了机器人运动过程中的稳定性.基于CAN总线的分布式模块化系统结构便于Delta 机器人开发过程中的设计分工与故障排查，使得整个系统简单可靠、层次分明，更加易于扩展.采用CANopen通讯协议进行二次开发，其同步插补模保证了器电的步运行和系统的定性，且CANopen通讯协议的开放性和可靠性保证了系统易于拓展，便于增加系统功能.利用改进型第18卷第4期殷塢生，等:基于CANopen 的Delta 机器人控制研究31的圆角梯形轨迹规划方案不仅使得Delta 机器人运行稳定,且能够减少运行时间，保证了运动过程的稳定、迅速.时间/s 图9运动过程局部放大图4结语结合Delta 机器人控制的特点和性能要求，设计了控制系统的软件、硬件，建立了基于CANopen 协议的Delta 机器人控制系统，系统采用分布式控制，易于扩展,模块条理清晰.采用CAN 总线作为通信标准,较传统通讯方式传输速率快、出错率低,且故障易于排查•在实测试验中验证了系统的可行性和稳定性，试验证明运动效果良好，达到了预期的设计要求，是一种非常适用的机器人控制系统设 计方案.参考文献：[1 ]周国栋，张墩利.基于CANopen 协议的智能永磁同步电机控制从站研制'J ] •湖南工业大学学报,2011,25 (1) &98 - 100.[2]朱嘉伟，胡凯，黄家才.CANopen 的六轴串联机器人控制系统设计[J ].单片机与嵌入式系统应用，2019,19 (11": 13-15.[3 ]郭晓彬.Delta 并联机器人运动规划与动力学控制'D ] •广州：广东工业大学,2015.[4 ]王斌，陈卫东，杨军.基于CANopen 和RTLinux 的机器人模块化控制系统设计[J ].电气自动化，2008,30 ( 1 ": 27 -29,56.[5 ]金洋，李硕,曾俊宝.基于CANopen 协议的水下机器人控制系统设计[J ].计算机测量与控制,2014,22(7) ：2076 -2079.[6] 黄海忠.DELTA 并联机器人结构参数优化与运动控制研究[D ] •哈尔滨：哈尔滨工业大学,2013.[7] LARIBI M A , ROMDHANE L , ZEGHLOUL S. Analysis anddimensionat synthesis of the DELTA robot for a prescribedworkspace [ J ]. Mechanism and Machine Theory , 2007 ( 42 ) : 859-870.[8 ]吴振宇，韩亚丽，沈培•基于Delta 机构的踝关节康复机器人研究[J ].南京工程学院学报！自然科学版),2017,15 (3 )：55-59.Delta Robot Control System Design Based on CANopenYIB Nian-sheng, BAO Guang-xuan, LI Yao, HUANG Jio-cei(Industrial Center/School of Innovation and Entrepreneurship,Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China)Abstract ： To remedy the defects of poor reat timeliness of communication and low expansion ability of controt systems oftraditionat robots, a Delta ebot controt system m designed based on CANopen with Can as the low-level communicationbus and CANopen the high-level communication protocot. Data transmission and command sharing among various modulesin the controt systems become much easier thanks t 。
基于CANopen协议的分布式控制系统的研究的开题报告1.研究背景和意义CANopen作为一种现代化的分布式控制系统协议，已经成为了工业控制领域的重要组成部分。
该协议具有高速、高可靠性、简单灵活等特点，在各种工业自动化场合得到了广泛应用。
随着工业自动化技术的发展，分布式控制系统在模块化、智能化、网络化方面的应用需求越来越高，因此，在CANopen协议的基础上研究分布式控制系统的设计、开发和应用，具有非常重要的实际意义。
2.研究目标和内容研究目标：基于CANopen协议的分布式控制系统的设计、开发和应用，提高系统的稳定性和可靠性，为工业自动化提供高效的分布式控制系统解决方案。
研究内容：1）CANopen协议的分析和应用。
2）分布式控制系统的设计和开发。
3）系统软硬件设计，包括微处理器的选择、架构设计和相关软硬件接口设计等。
4）系统的实现和测试，包括系统的集成测试和性能测试等。
5）系统的应用和推广，为工业控制系统提供高效、稳定的控制方案。
3.研究方法和步骤研究方法：文献资料调研、理论分析、系统设计、硬件调试、实验测试等。
研究步骤：1）了解CANopen协议的基本原理和应用领域。
2）确定研究内容和项目要求。
3）进行系统软硬件架构设计和开发。
4）进行系统功能测试和性能测试。
5）根据测试结果对系统进行优化和改进，保证系统的稳定性和可靠性。
6）撰写论文和报告，对研究成果进行总结和归纳。
4.预期成果1）基于CANopen协议的分布式控制系统的设计和实现，可以用于工业自动化领域。
2）通过对系统的功能、性能、稳定性等方面的测试，分析系统的优缺点，进行改进和优化；并总结出一套可行的分布式控制系统设计方法。
3）为CANopen协议的应用和分布式控制系统的研究提供一定的参考。
5.研究难点和创新点研究难点：分布式控制系统的设计和实现。
创新点：通过CANopen协议的应用，可以大大提高系统的稳定性和可靠性。
同时，本研究还将探索适用于分布式控制系统的新型设计方法和优化方案。
基于CANOPEN的过程控制系统的设计的开题报告一、选题背景及意义随着工业自动化的不断发展，过程控制系统已经成为现代工厂正常运行的重要组成部分。
CANOPEN作为一种现代化的控制总线技术，具有较高的稳定性、可靠性和高效性，因此在过程控制系统设计中得到了广泛应用。
本次选题旨在基于CANOPEN技术对过程控制系统进行设计，构建一个高可靠性和高性能的过程控制系统，提高生产效率和质量，降低成本，有着重要的实际意义。
二、研究内容及技术路线本次研究的内容主要包括以下几个方面：1. CANOPEN总线技术的研究与应用：研究CANOPEN技术的结构和原理，尤其是在过程控制系统中的应用，掌握CANOPEN通讯协议和通讯方式；2. 过程控制系统软件平台的设计：研究过程控制系统软件平台的架构设计，包括数据采集、控制、操作界面等模块的设计和实现；3. 过程控制系统硬件设计：研究过程控制系统硬件平台的选型和设计，包括传感器、执行器、控制器等模块的选型和设计；4. 过程控制系统集成实现：将软件平台和硬件平台进行集成实现，进行整体测试和调试，验证系统的可靠性和稳定性。
技术路线如下：1. 研究CANOPEN技术的相关企业标准和技术规范，掌握通信协议和通信方式；2. 设计过程控制系统的软件平台，实现数据采集、控制、操作等模块，并进行相关测试和验证；3. 根据设计需求选取合适的硬件平台，进行传感器、执行器、控制器等模块的选型与设计并进行相关测试和验证；4. 将软件平台和硬件平台进行集成实现，进行整体测试和调试，验证系统的可靠性和稳定性。
三、预期成果本次研究预期实现一个基于CANOPEN技术的高可靠性和高性能的过程控制系统，具体成果包括：1. CANOPEN技术在过程控制系统中的应用，掌握CANOPEN通信协议和通信方式；2. 过程控制系统软件平台的架构设计和实现，包括数据采集、控制、操作界面等模块的设计和实现；3. 过程控制系统硬件平台的选型和设计，包括传感器、执行器、控制器等模块的选型和设计；4. 集成软、硬件平台实现的过程控制系统，验证系统的可靠性和稳定性。
