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基于EtherCAT技术的多轴运动控制系统张从鹏;赵康康【摘要】以EtherCAT通信技术为基础,设计了一种基于ARM和FPGA双核的EtherCAT总线式多轴运动控制系统.提出了STM32作为系统管理芯片,通过SPI通信控制ET1200从站控制芯片实现Eth-erCAT总线从站通信功能的解决方案;并采用FPGA作为协处理器,完成运动控制算法的实现和执行.完成了运动控制系统的硬件电路设计和软件开发,并制作了样机.经试验测试,实现了EtherCAT总线通信功能,采用TwinCAT完成了闭环运动控制,并且可以独立工作实现运动规划,满足工业控制工程中的应用要求.%An EtherCAT bus based multi axis motion control system was designed based on ARM and FPGA , after systemat-ically study on EtherCAT technology .The solution of main control chip STM 32 controlling ET1200 through SPI was presented .A motion control algorithm based on FPGA was developed .The specific hardware circuit and software of control system was de-signed, and a prototype was produced .The experiment demonstrates that the communication function of EtherCAT bus was real -ized, and the closed-loop motion control was completed by TwinCAT .Motion control system can work independently to achieve motion planning , meetting the application of industrial control in engineering .【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P115-118,122)【关键词】EtherCAT;多轴;STM32;运动控制;FPGA;插补算法;TwinCAT【作者】张从鹏;赵康康【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144【正文语种】中文【中图分类】TP23现代制造系统正朝着柔性化、开放化、网络化方向发展，覆盖多学科、多领域相关技术。
基于EtherCAT的多轴运动控制器蒋劲峰;张力;吕燕【摘要】针对工业运动控制中的实时性、稳定性等问题,提出了基于EtherCAT总线的多轴运动控制器.介绍了EtherCAT的技术原理和通信协议,并对多轴运动控制器的硬件构成、软件架构进行了详细说明,最后对该控制器在多轴控制平台上进行了验证,对时间抖动误差进行了测试.测试结果表明,该控制器具有良好的实时性和稳定性.【期刊名称】《上海电气技术》【年(卷),期】2016(009)003【总页数】4页(P44-47)【关键词】多轴运动;运动控制;EtherCAT总线;性能【作者】蒋劲峰;张力;吕燕【作者单位】上海电气集团股份有限公司中央研究院上海 200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院上海 200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院上海 200070【正文语种】中文【中图分类】TM921.02随着计算机技术和网络技术的快速发展，运动控制系统对实时性和网络化的要求越来越高，实时以太网通信技术因兼容性好、数据传输速度快、可靠性高等特点在工业控制领域得到了广泛的应用[1-5]。
目前，各大自动化厂商纷纷推出自己的实时以太网协议标准，如博世力士乐系统支持的SERCOS Ⅲ(串行实时)通信协议、倍福系统支持的EtherCAT(以太网控制自动化技术)通信协议、西门子系统支持的PROFINET(由PROFIBUS国际组织推出的总线标准)通信协议和贝加莱系统支持的Powerlink(开源实时通信技术)通信协议[6]等。
实时以太网技术已经成为控制网络发展的主要方向，被工业自动化系统广泛接受。
EtherCAT总线技术是德国倍福公司提出的实时工业以太网技术，在运动控制领域使用EtherCAT，在拓扑结构、时钟同步、数据传输速度和构建成本方面具有很大的优势。
笔者基于EtherCAT总线的通信原理，以计算机+赫优讯CIF-50通信板卡为控制器架构，介绍了多轴运动控制器软硬件的总体设计方案，并在实际运动控制中进行了性能验证。
基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统研究与开发一、本文概述随着工业自动化技术的快速发展，工业机器人在生产线上的应用日益广泛。
作为工业机器人的核心组成部分，控制系统的性能直接决定了机器人的运动精度、稳定性和工作效率。
EtherCAT总线作为一种高性能的以太网现场总线技术，以其低延迟、高带宽和易扩展等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。
本文旨在研究并开发一种基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统，以提高工业机器人的运动性能和控制精度，满足日益增长的自动化生产需求。
本文将首先介绍EtherCAT总线技术的基本原理和特点，分析其在工业机器人控制系统中的应用优势。
接着，将详细阐述六轴工业机器人的运动学模型和动力学特性，为控制系统的设计提供理论基础。
在此基础上，本文将重点研究控制系统的硬件架构和软件设计，包括EtherCAT主从站的选择与配置、运动控制算法的实现以及实时通信协议的优化等。
还将探讨控制系统的稳定性、可靠性和实时性等问题，以确保系统在实际应用中的稳定运行。
本文将通过实验验证所设计的控制系统的性能，并与传统控制系统进行对比分析。
实验结果将展示基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统在运动精度、响应速度和负载能力等方面的优势，为工业自动化领域的技术进步做出贡献。
二、EtherCAT总线技术EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种专为工业自动化领域设计的实时以太网通信协议。
它基于标准以太网技术，通过优化数据传输和同步机制，实现了高性能、低延迟的通信，特别适用于对实时性要求极高的工业控制系统中。
高速数据传输：EtherCAT协议支持高达100Mbps的数据传输速率，确保控制系统能够实时处理大量数据。
确定性延迟：通过优化网络结构和数据传输方式，EtherCAT实现了微秒级的确定性延迟，这对于精确控制工业机器人等应用至关重要。
2或4轴 EtherCAT ®通用驱动器模块产品亮点>先进的伺服控制算法，实现优异的运动性能>Servo Boost TM (选装配置)>MIMO龙门控制>级联双闭环控制>自定义算法 (联系ACS)>支持各种类型的电机和编码器，可实现优异的灵活性>具备SPiiPlus平台EtherCAT主站控制器的无缝集成>使用SPiiPlus MMI 应用软件套件进行简单的配置和调试>最大驱动电流：每轴5/10A >驱动电源输入: 12-48VdcUDMsm是基于EtherCAT驱动的通用驱动模块（UDM）系列的成员，旨在满足OEM制造商要求苛刻的多轴运动控制应用的需求。
UDMsm可通过ACS SPi i Plus平台EtherCAT主机控制，利用强大的伺服控制算法来大幅度提升运动系统的性能，同时，UDM sm 通用的伺服驱动技术能让驱动系统设计人员灵活地控制大多数类型的电机或平台。
>反馈通道: 4 (AqB, SinCos,或绝对编码器)>模拟 I/O: 2/2>用于将传感器数据集成到自定义伺服算法的SPI接口>数字 I/O: 12/16>任何一种都可以用于一般用途。
>4个高速位置捕获(MARK)输入>8 限位传感器输入 (每轴2)> 4 制动输出功率>4个高速位置事件生成(PEG)输出>8 通用输出>功能安全：STO, SS1特性逻辑电源输入电压范围: 24 Vdc ±5%最大输入电流:**********保护：反极性驱动电源输入电压范围: 12-48 Vdc最大输入电流:与负载有关再生电阻器：不包括在内放大器轴数量: 2 或4类型：三相功率桥电机支持>直流有刷>音圈>2相和3相直流无刷>2相和3相步进：开环或闭环，每步高达1024微步，动态电流调整输出电流每轴连续值/峰值(正弦幅度)：1.25/2.5 A，2.5/5 A，5/10 A峰值电流时间：1秒PWM开关频率：20 kHz最小负载电感：母线在48Vdc时，每相25uH（有关相电感比较低的电机的应用，请联系ACS）最大输出电压：驱动电源输入电压的92%每轴最大输出连续值/峰值功率：187/364 WEtherCAT保护:短路保护、过流保护、驱动过温保护、电机过温保护、过压保护、欠压保护接口: 双 RJ-45, 100BASE-TX通信配置文件：SPiiPlus平台专有报文协议最大周期频率：4 kHz其他通信接口SPI：8字(16位/字)，4 MHz双向主/从接口，用于自定义伺服算法的数据输入/输出伺服系统控制算法标准>具有环路整形滤波器的级联PIVFF>高级前馈>多输入多输出(MIMO)龙门>双闭环>抗干扰>增益规划>磁场定向控制>空间矢量脉宽调制选装配置>定制算法以满足特殊应用的需求(联系ACS)>伺服采样速率和更新速率：20 kHz位置、20 kHz速度、20 kHz电流数字I/O(均可用作通用)总数量: 12/16高速位置捕获(MARK)输入>数量: 4>电接口: 5/24V ±20%, 光隔离接口，两个终端>最大捕获频率: 2 kHz限位传感器输入>数量: 8 (有关更多详细信息，请参阅反馈部分)高速位置事件生成(PEG)输出>数量: 4>电接口: RS-422>最大脉冲频率: 10 MHz>脉宽可调范围: 27 ns to 1.745 ms制动输出功率>数量: 4>电接口: 5/24V ±20%,光隔离接口, 漏型或源型(选择跨接器)>输出电流: 100 mA输出电流: 100 mA通用输出>数量: 8>最大更新频率: 4 kHz>电接口: RS-422反馈通道总数: 4增量>AqB编码器(默认类型)>最大频率: 50 MHz>电接口: RS-422>错误检测：编码器未连接，非法转换>SinCos 编码器/ 模拟霍尔传感器 (选装配置)>最大频率: 500 kHz or 10 MHz, 根据订购选项>电接口: 1 V 峰到峰/-10%>最大倍增：4096(每个完整信号周期)>错误检测: 未连接>补偿：相位、增益、失调。
ECAT-2094SEtherCAT4軸步進馬達控制器/驅動器使用手冊(Version 1.3.1)承諾鄭重承諾: 凡泓格科技股份有限公司產品從購買後，開始享有一年保固，除人為使用不當的因素除外。
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基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统研究与开发共3篇基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统研究与开发1EtherCAT是一种高速实时工业以太网协议，可以用于控制和监测工业机器人。
本文将讨论基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统的研究和开发。
首先，我们需要了解六轴工业机器人的基本结构和运动方式。
六轴机器人包括基座、腰、肘、腕、手和末端执行器。
每个关节的运动由电机驱动，可以精确地控制机械臂的位置、速度和加速度。
然后，我们需要了解EtherCAT总线的基本工作原理。
EtherCAT总线的一个主要特点是其高速实时通讯。
数据可以在2毫秒内传输到所有的从站，从站可以很快地响应主站的指令。
这使得EtherCAT总线非常适合实时控制和数据采集应用。
基于以上的理解，我们可以开始设计一个基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统。
在这个系统中，我们需要将主站和所有的从站连接到EtherCAT总线上。
主站负责发送指令到从站，从站在接收到指令后驱动机器人的电机运动。
从站还可以向主站发送数据，如传感器数据、电机位置等信息。
我们可以使用一个现有的EtherCAT控制器，如Beckhoff的EtherCAT 控制器，来管理EtherCAT总线上的主站和从站。
我们还需要编写机器人控制软件以将指令发送到从站，并处理从站返回的数据。
这可以使用高级编程语言，如C++或Python完成。
在此之后，我们需要将控制软件和机器人的硬件连接起来。
我们需要连接控制器和电机驱动器，以便从控制器发送指令到电机驱动器。
电机驱动器可以将指令转换成电机运动，并监测电机位置和速度，并将这些数据发送回从站。
从站可以将这些数据传输到主站，以进行控制和监测。
最后，我们可以测试六轴工业机器人控制系统的性能。
我们可以使用编写的控制软件向机器人发送指令，并记录电机的位置、速度和加速度。
我们还可以使用传感器采集机器人的状态数据，并将其与控制软件的指令进行比较。
EtherCAT总线式多轴运动控制器开发EtherCAT（以太网通信技术）是一种高性能、实时性强的工业以太网通信协议，广泛应用于工业自动化领域。
而多轴运动控制器是工业自动化中的关键设备，用于控制多个运动轴的运动轨迹和速度。
本文将介绍EtherCAT总线式多轴运动控制器的开发。
首先，EtherCAT总线式多轴运动控制器的开发需要硬件和软件两个方面的支持。
硬件方面，需要设计和制造一套适配EtherCAT通信协议的电路板，其中包括EtherCAT总线接口电路、多轴伺服驱动器接口电路和运动控制器芯片等。
软件方面，需要开发控制器的固件和上位机软件，实现运动轨迹的规划、速度控制和实时监控等功能。
其次，EtherCAT总线式多轴运动控制器的开发需要遵循一定的设计原则。
首先是实时性要求，由于工业自动化中对运动控制的实时性要求较高，因此控制器的响应速度和数据传输速度都需要达到一定的要求。
其次是稳定性要求，控制器需要具备较高的抗干扰能力，能够在复杂的工业环境下稳定运行。
此外，还需要考虑控制器的可扩展性和可靠性，以满足不同应用场景的需求。
在开发过程中，可以采用模块化的设计方法，将控制器的功能划分为不同的模块，每个模块负责一个特定的功能。
通过模块化设计，可以提高开发效率和代码重用率。
同时，可以采用现有的开发工具和开发平台，如C/C++语言、EtherCAT开发工具包等，以加快开发进度和提高开发质量。
最后，开发完成后，需要进行严格的测试和验证，确保控制器的功能和性能符合设计要求。
测试可以包括功能测试、性能测试和可靠性测试等。
通过测试，可以发现和修复潜在的问题，提高控制器的稳定性和可靠性。
综上所述，EtherCAT总线式多轴运动控制器的开发是一项复杂而关键的工作。
它需要硬件和软件的协同支持，遵循一定的设计原则，并经过严格的测试和验证。
通过开发这样的控制器，可以实现工业自动化领域对于多轴运动控制的要求，提高生产效率和产品质量。
