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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王昱翔
研究生(外文):Yu-Hsiang Wang
論文名稱:以Ethernet為基礎的即時運動控制技術之研究
論文名稱(外文):A Research on Real-Time Ethernet-Based Multi-Axis Motion Control Technology
指導教授:鄒應嶼鄒應嶼引用關係
指導教授(外文):Ying-Yu Tzou
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電機與控制工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:70
中文關鍵詞:即時運動控制乙太網路網路
外文關鍵詞:Real-Timemotion controlEthernetnetwork
相關次數:
  • 被引用被引用:5
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Ethernet目前已成為一般最常用的區域網路技術,Ethernet由於價格便宜、速度快及可靠度高使其成為商用網路應用的主要選擇,Ethernet目前也逐漸應用於工業自動化及運動控制系統。本論文主要探討應用Ethernet於即時運動控制系統的可行性,以及實現一個以Ethernet為基礎的多軸運動控制系統。由於Ethernet在媒介的存取控制(MAC)是採用CSMA/CD協定,會造成傳輸時間的不確定性,本文將區域網路分成控制網路與對外網路,在控制網路內利用軟體模擬記號(token)的方式,保證不會產生資料傳遞碰撞的情況,確保在固定時間內完成一個即時多工系統所需要的資料傳遞。實現一個PC-Based的運動控制系統,除了即時網路之外,還需要一個即時作業系統,本文分析了幾種主要的即時作業系統,並介紹如何在這些即時作業系統下實現即時Ethernet網路。在實現方面,本文採用RTX即時多工系統,配合支援Ethernet網路的馬達驅動器,建構一個以即時多工作業系統與網路為基礎的多軸運動控制系統。由於時間與經費的限制,本階段是以RS232作為傳輸介面,進行系統的驗證,未來將以RTX的RT-TCP/IP模組進行系統的整合驗證。本論文配合RTX即時串列埠驅動程式,完成了以RS-232為基礎的三軸同動運動控制系統。此外,本文也完成了以PC-RTX與RS-232為基礎的即時伺服系統的整合與實驗,伺服迴路的取樣時間可達到1 msec,伺服控制程序可在PC端完成。在PC端所發展的軟體包含運動控制、即時網路驅動程式和人機監控程式,運動控制系利用DDA的方式規劃運動軌跡,配合LabVIEW完成人機監控程式。
Ethernet has become the most popular LAN technologies for commercial networks due to its low price, high transmission rate, and robustness. Ethernet has also extended its applications to real-time control networks for manufacturing automation systems and advanced motion control systems. This thesis makes a research on the feasibility in application of Ethernet in multi-axis motion control systems. Because Ethernet adopts the CSMA/CD protocol in medium access control (MAC) layer, this will result non-deterministic transmission time. In order to solve this problem, we separate the networks into two subnets: Control Networks (CN) and Corporate Information Networks (CIN). We develop a software-based token ring passing mechanism to avoid collisions in the Control Networks, which can guarantee that data can be exchanged during a specified and deterministic time interval. To implement a real-time motion control in a PC-Based system, we also need a real-time operating system (RTOS). This paper has studied and compared several major RTOS in applications to motion control. We also describe how to implement real-time Ethernet networks in these RTOS. For experimental verification, we adopt RTX in the implementation of the network-based real-time motion control system. In the current development stage, we realize the real-time communication via the basic RS-232 serial interface. This thesis has presented the implementation of a PC RTX-based 3-axis digital motion control system using the standard RS-232. This provides a low cost solution for PC-based industrial controller in realizing advanced motion control systems. We also construct a PC-based real-time servo system based on the RTX, the sampling rate can be up to 1 msec, the control algorithm can be realized using PC-based C language, and the torque control command can be sent to the a digital servo drive via the RS-232. On the PC side, we also develop system monitoring software, motion control software using the DDA algorithm, and interface drivers for LabVIEW. Experimental results are given to illustrate the performance of the constructed system.
目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表列 vii
圖列 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究背景與發展概況 1
1.3 研究方法與系統描述 2
1.4 論文架構 3
第二章 即時控制網路 5
2.1 多軸運動控制系統 5
2.2 運動控制網路 7
2.2.1 Profibus 8
2.2.2 CANBus 11
2.2.3 SERCOS 12
2.2.4 Ethernet 15
2.3 高速工業控制網路的分析比較 17
第三章 Ethernet用於即時控制網路的分析 19
3.1 CSMA/CD對即時性的影響 19
3.2 Ethernet傳輸時間非決定性的解決方式 20
3.3 即時Ethernet傳輸的實現 23
3.4 網路傳輸時間的分析 27
3.5 網路傳輸時間測試實驗 30
第四章 即時作業系統的比較 35
4.1 即時作業系統 35
4.2 RTX介紹 36
4.3 WinCE介紹 38
4.4 RTLinux介紹 39
4.5 NI即時控製器 40
4.3 中斷延遲對網路傳輸的影響 42
4.4 綜合比較 44
第五章 系統實現與實驗結果 46
5.1 實驗整體實現 46
5.2 軟體架構 51
5.3 數位路徑軌跡的規劃 52
5.2.1 數位積分原理 52
5.2.2 DDA路徑插值法 53
5.4 通訊格式規劃 57
5.5 即時串列埠驅動程式的規劃 58
5.6 人機監控程式之規劃 61
5.6.1 Shared memory之規劃 63
5.7 實驗結果 66
第六章 結論 70
參考文獻 R1
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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