0 引言
传统的多电机控制系统适用于要求不高、相对简单、电机分布比较集中的场合。而对于运动控制中实时性、可靠性、可扩展性、传输距离、传输速度等要求较高的场合,需要采用高传输速度、远传输距离、可靠性较高的通信方式和处理速度快、功能强大、能够实现复杂控制策略的处理器。
控制器局域网CAN(Controller Area Network)是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。它属于现场总线范畴,与现有的其它总线相比,它是一种分散式、数字化、双向、多站点的通信系统,具有速率高、可靠性好、智能化高、连接方便等诸多优点,在分布式测试和工业控制等相关领域的应用越来越广泛[1]。
数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)是一种高速专用微处理器,TMS320F2407A运算功能强大,能实现高速输入和高速率传输数据,且带CAN总线接口。它专门处理以运算为主且不允许延迟的实时信号,可高效进行快速傅里叶变换运算。数字信号处理器的精度高,可靠性好,其先进的品质与性能可为电机控制提供高效可靠的平台[2]。
鉴于CAN总线的通信优势和DSP的强大处理能力,利用二者完全可以设计完成要求较高的多电机控制网络系统。这种功能强大、智能化和网络化程度较高的网络系统满足了工艺复杂、要求较高的多电机控制,它正在兴起并成为多电机控制网络系统的发展趋势[3]。
1 系统结构及其实现
基于CAN总线网络的新型多电机同步控制系统,采用总线式多主多从网络拓扑结构。当系统中不仅有工程师层还包括管理层即多个主节点时,主主通信将实现不同功能主节点的交流(如图1)。整个控制系统由三部分组成:CAN总线、上级PC机、DSP控制系统。系统采用PC 机作为监控主机,实现对各节点的监控和管理;CAN 总线接口卡完成CAN协议的物理层和数据链路层功能,实现PC 机与CAN 总线之间的通信;各从节点通过DSP完成数据的收发和对交流电机的控制[4]。
2 软件设计
2.1 CAN 总线网络通信协议设计
CAN 总线采用一种串行数据通信协议,它能有效地支持具有较高安全等级的分布实时控制。根据CAN总线技术规范CAN2.0A、CAN2.0B,本文设计了用户通信协议,各个节点都按此协议传送信息。用户通信协议的帧结构共10个字节(2个字节标识符、8个字节数据和变量),其定义如图3所示。