基于以太网的交流伺服电机控制器设计开题报告

1. 研究目的与意义

激光切割就是将激光束照射到工件表面时释放的能量来使工件融化并蒸发，以达到切割和雕刻的目的，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的切割工艺设备。国内高端数控激光切割机床还主要依赖进口，如德国通快、瑞士百超等。采用台达一体化工控数控系统系统设计出廉价、高精度、高可靠性、柔性化、网络化的数控系统具有广阔的应用前景。 采用dsPIC控制芯片实现系统对运动控制设备的控制。掌握ETHERNET总线和dsPIC控制芯片的应用，设计其接口电路，并驱动两台交流伺服电机。在PC机实现G代码解释和直线、圆弧抛物线等曲线插补，将插补的坐标值通过ETHERNET传给dsPIC控制芯片，控制两台交流伺服电机按照规定的轨迹运行。精度控制在0.001mm及以上，速度达60m/min及以上。通过此次研究，可以大大减少运动控制的成本，打破高端数控的垄断壁垒，运动控制器应用广泛，遍及众多领域，因而运动控制技术的研究在国际上极被重视，目前已进入普遍开发阶段。与国外相比，我国在运动控制器的产品研发方面还比较落后，高端产品基本上被国外公司垄断，我国作为世界上经济发展最快的国家，市场上新设备的控制需求和传统设备技术升级换代，对运动控制器的需求越来越大。此外，由于市场日益竞争的压力，系统集成商和设备制造商要求运动控制系统向开放式方向发展。在这样的形势下，我国应该抓住这一机遇，研制出具有自主知识产权，具有高水平、高质量、高可靠性的开放式运动控制器产品。

目前，由于以 DSPIC 为代表的高速高性能专用微处理器的出现和 PC 机的普及，以 DSPIC 为核心的运动控制卡已成为运动控制器发展主流，它可方便地以插卡形式嵌入 PC 机，将 PC 机强大的信息处理能力和开放式特点与运动控制卡的运动控制能力相结合，具有信息处理能力强、开放程度高、运动控制方便、通用性好的特点。鉴于此，本文针对以 DSPIC 为核心的以太网总线运动控制器进行了研究与开发。

本论文工作的主要内容是设计、开发基于以太网总线并以DSPIC33F系列作为核心控制模块的运动控制器，同时完成基于 Windows 平台和以太网驱动程序设计、DSPIC 与 PC 机实时通信程序设计以及由控制器驱动的交流伺服电机的运转控制。

2. 国内外研究现状分析

国外研究状况：近年来，随着运动控制技术的不断进步和完善，运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，不仅在传统的机床控制领域所占市场份额不断扩大，而且已经被越来越多的产业领域接受，如在大规模集成电路焊接设备、医疗设备、磁盘驱动、包装机械、纺织机械到木材加工设备等多个领域的应用。运动控制器的市场规模也越来越引人瞩目。在美国，开放式运动控制器被誉为新一代的工业控制器，已经有超过 200 多家公司从事运动控制器软硬件产品的研发制造，运动控制器产品的年销售额已超过20 亿美元，占有世界运动控制器市场份额 80%以上。最著名的运动控制器制造商有 Delta Tau、Galil、DMC、Aerotech、Tech80 等。美国还专门成立了运动控制器工程师协会（AIME），由此不难看出运动控制器技术的重要性。在日本，开放式运动控制器被认为是未来的第三次工业革命，并有预测其应用的普遍性将与目前广泛应用的 PLC 类似，代表性的厂商有 MAZAK 公司和 NOVA 公司等。

国内研究状况：早在八五期间，国内一些研究单位为实现特殊的需要，并从开发的难度、成本的高低等方面考虑，采用PC 机＋运动控制卡的方式，构建适合于需要的运动控制系统。如北京机床研究所的中华系列，沈阳计算所的蓝天系列，华中科技大学的华中系列等数控系统。这些系统采用模块化，嵌入式的软、硬件结构。其中以华中Ⅰ型较具代表性，它采用工业 PC 机加接口卡的结构，运行在 DOS 平台上，具有较好的模块化、层次化特征和一定扩展性、伸缩性。但是这些系统中的运动控制卡都是应用在基于 PC 的数控系统中，并没有形成一种通用的、系列化供应于市场的产品。 直至近年，固高科技（深圳）有限公司成立，这是国内（大陆地区）较早专业开发、生产开放式运动控制器产品的公司，并且目前已有一系列的运动控制器，如基于计算机标准总线运动控制器 GT 系列，基于 Soft 型开放式运动控制器 GO 系列和嵌入式结构的运动控制器 GU 系列等，填补了国内相关行业的多项空白。

3. 研究的基本内容与计划

设计内容：完成上位机的操作指令通过以太网控制dspic芯片及其外围电路，主要控制两台伺服电机实现的运行。上位机的控制界面清晰美观且方便监控下位机;以太网的调试;伺服电机所走步数需控制在一定精度内;软件编写使该运动过程协调、统一。

研究计划:（1）第1周第2周准备工作。

（2）第3周第4周确定设计方案。

4. 研究创新点

国内高端数控激光切割机床还主要依赖进口，如德国通快、瑞士百超等。采用台达一体化工控数控系统系统设计出廉价、高精度、高可靠性、柔性化、网络化的数控系统具有广阔的应用前景。

本系统分为上下位机两个部分。上位机基于windows xp操作系统，通过以太网与下位机之间进行通讯。下位机采用dspic芯片及其外围电路，主要控制两台伺服电机实现的运行。上位机的控制界面清晰美观且方便监控下位机;以太网的调试;伺服电机所走步数需控制在一定精度内;软件编写使该运动过程协调、统一。这样的设计降低了使用的成本，能更好的控制伺服电机的运转，为企业提供更多的利益空间，同时可以打破国外企业的垄断。

本设计通过dspic控制两台松下a5交流伺服电动机，通过w5500端口和rj45和计算机相连，更好的控制伺服电机。