摘 要

在工业领域之中，伺服系统因具有高速、高精度、高可靠性、和较强的抗干扰能力而被广泛应用。尤其是在导航系统等尖端领域，对于速度的响应以及位置的精确程度是人们对整个伺服系统优劣的重要的评判指标。在时代发展的过程中，我们对于伺服系统的要求越来越高，因此对伺服系统的研究也在不断进行。随着技术的不断进步,伺服系统从以往的直流发展到交流，由模拟控制渐渐地过渡到全数字控制。

本文从技术层面及实际应用角度出发，提出将“以太网 CAN总线”这一方案应用于伺服系统之中，用来实现信息层与现场的通信。而以CAN(Controller Area Network)现场总线接入因特网为目标，在CAN协议及TCP/IP协议的基础上，设计以太网与CAN总线互联网关，从而实现以太网与CAN总线的互联，为实现企业信息网络与控制网络集成提供了一种可行的方案。该系统具有精度高，响应快，低速运行平稳，易于实现等诸多优点。这一方案不仅解决了现场总线难以接入因特网的问题，同时通过CAN总线，伺服电机的性能也更加稳定，能够在数控系统中广泛应用。论文主要研究了结合CAN总线与以太网技术等技术对伺服电机的控制。

关键词：伺服系统；CAN总线；以太网

Abstract

Along with the development of modern industry continues to move forward, the servo system is getting more and more widely application in real life. But in many areas, the velocity and position response control performance requirements are increasingly high. Especially in some sophisticated areas (such as the navigation system), the servo system with high speed, high precision, high reliability, and strong anti-interference ability is necessity if we want to meet our needs. Therefore, the technology of servo system is needed to be improve. With the continuous progress of technology, the servo system develop from the previous development of DC to AC, from analog control to digital control.

A scheme call “Ethernet CAN BUS” is proposed in this paper, our purpose is to connect the CAN BUS to the Internet .On the basis of CAN protocol and TCP / IP protocol, we need to design interconnection gateway of Ethernet and can bus so that we can achieve the interconnection of Ethernet and can bus, which provides a feasible scheme for the realization of the enterprise information network and control network integration. The system has many advantages ,such as high precision，fast response, low speed, smooth operation, easy to implement, and many other advantages. This scheme is used to solve the problem that field bus is difficult to connect to the Internet, at the same time, the CAN bus can also make the servo motor performance steadily, so it can widely used in CNC system.

The mainly studies in this paper is the control of servo motor based on the technology of CAN bus and Ethernet technology.

The research results show that the combination of CAN bus and Ethernet technology can be widely used in real life production.

Key Word: Servo System ; CANBUS ; Ethernet

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题的背景及其研究意义 1

1.1.1 课题的研究背景 1

1.1.2 课题的研究意义 1

1.2 国内外发展概况 2

1.2.1 伺服系统发展概况 2

1.3 本文研究的主要内容 3

第2章 伺服运动控制系统 4

2.1 伺服运动控制系统概况 4

2.1.1 伺服运动控制系统结构组成 4

2.1.2 伺服运动控制系统的分类及其基本特征 5

2.2 基于网络的运动控制。 8

第3章 CAN总线 11

3.1 CAN总线概况 11

3. 2 CAN总线系统的结构 11

3.2.1 CAN总线系统的构成 11

3.2.2 CAN总线的拓扑结构 13

3.3 其余几种现场总线的比较 14

3.3.1 RS-232C总线 14

3.3.2 RS-485总线 15

第4章 以太网概况 17

4.1 以太网技术简介 17

4.2 工业以太网技术 18

第5章 基于CAN总线与以太网的伺服控制系统设计 21

5.1 控制系统结构设计 21

5.2 系统硬件设计 23

5.2.1 CAN总线网络设备接口设计 23

5.2.2 嵌入式透明网关设计 24

5.3 软件设计 27

5.3.1 CAN总线网络设备接口设计 27

5.3.2 嵌入式透明网关设计 30

第六章 结论与展望 32

参考文献 33

附录A： 34

致谢 37

第1章 绪论

这一章的主要内容是叙述本课题的背景及研究的意义，介绍了伺服运动控制系统的基本概况，其适用范围等各内容，还有伺服系统的发展方向等。并简要叙述本文的主要的研究内容。

1.1 课题的背景及其研究意义

1.1.1 课题的研究背景

伴随着微电子、现代电力电子、控制技术等众多技术的发展，伺服系统中原来因为技术难关（例如电机控制复杂等）而造成的困扰也取得了良好的进展。至此，伺服系统不仅频频出现在我们的生活中，还被广泛应用于航天航空等高科技领域。而在这之中，交流伺服系统如今已经成为了高性能伺服系统的主流，并在许多领域中开始逐步取代直流伺服系统。

电子元器件的不断升级，还有控制理论和控制算法的研究的深入使得伺服系统的性能指标得到了飞跃式的发展。所以伺服系统在工业控制领域（尤其是对实时性及控制精度要求较高的场合）得到了广泛应用。与此同时，交流永磁电机具有效率高、控制简单等诸多优点，在一些对精度动态性能要求很高的场合比传统的电力磁电机具备更强的竞争力，被许多人认可。因此，伺服控制系统采用交流电机是一种趋势。

现如今，对高性能伺服系统的研究逐渐走向高速化以及网络化。如何满足并适应高性能运动控制系统对数据传输实时性、同步性、可靠性的要求，成为人们所考虑的一个很重要的问题。以太网能够满足这一些要求，但还存在一些技术难题。因此，如何通过结合其他的技术将以太网技术应用于伺服系统具有十分广阔的研究前景。

1.1.2 课题的研究意义

制造企业信息化需要实现信息网络与控制网络的结合，这在现在已经成为一种共识。而在工业网络中，信息是多层次的。除此之外信息量的大小、响应时间以及传输速率等都不一样，这对选用什么媒介进行传输提出了挑战。因此在现场选用什么样的总线方案就要根据现场的实际情况去判别。以太网的功能强大，可以实现全部的功能，但是在系统大，控制点多的场合，难以逾越信号碰撞这个缺点就尤为明显。