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本文針對伺服電機遠程控制接線復雜性、單一性、不穩定性等問題，提出采用開放式通信協議DS301、驅動子協議DSP402實現伺服電機控制的新方法。

        前  言

CANopen是一種架構在控制局域網路（CAN）上的高層通訊協定，包括通訊子協定及設備子協定常在嵌入式系統中使用，也是工業控制常用到的一種現場總線。CANopen實現了OSI模型中的網絡層以上（包括網絡層）的協定。CANopen標準包括尋址方案、數個小的通訊子協定及由設備子協定所定義的應用層。CANopen支援網絡管理、設備監控及節點間的通訊，其中包括一個簡易的傳輸層，可處理資料的分段傳送及其組合。一般而言數據鏈結層及物理層會用CAN來實作。除了CANopen外，也有其他的通訊協定（如EtherCAT）實作CANopen的設備子協定。

CANopen由非營利組織CiA進行標準的起草及審核工作，基本的CANopen設備及通訊子協定定義在CiA301中。針對個別設備的子協定以CiA301為基礎再進行擴充。如針對I/O模組的CiA401及針對運動控制的CiA402。

針對伺服電機遠程控制接線復雜、控制單一、可靠性不高等問題，提出利用CANopen通信協議、驅動子協議實現伺服電機控制的新方法。分析CANopen協議的對象字典和報文格式，詳細介紹了CANopen伺服控制狀態機各步驟的轉換以及實現CANopen協議下PP、PV、HM3鐘伺服控制模式的報文設置。利用CAN卡和伺服驅動設備以及伺服驅動設備以及PC機構建了實驗平臺，在上位機界面通過報文設置成功實現了基于CANopen協議的伺服電機的PP、PV、HM的三種模式的控制。實臉結果表明利用協議的報文設置控制電機簡單易操作，通訊數據快速、可靠，用戶通過上位機可以很好的實現對伺服電機的監控。

整個控制系統由PC機、CANopen上位機、USBCAN適配器、伺服驅動設備構成。CANopen通訊部分由DS301協議實現，伺服控制部分由DSP402協議實現伺服驅動設備作為的從節點，具有CANopen通訊功能，負責電機的電流、轉速、位置等控制對象，它通過通信接口與總線相連，將信息傳送給計算機的上位機界面；上位機界面則根據從站的反饋信息通過USBCAN適配器對伺服驅動設備實現控制。如圖1所示為開放式通訊協議的伺服控制系統總體架構圖。

圖1 開放式通訊協議伺服控制系統總體架構圖

1 CANopen通訊設備模型

CANopen的設備模型分為以下3個部分：通信單元、對象字典、應用過程。用戶可以通過該模型對功能完全不同的設備進行描述。

CANopen的核心概念是對象字典，對象字典包含描述這個設備和它的網絡行為的所有參數，應用單元和通信單元都可以問這個參數列表。對象字典中的參數通過一個16位索引和位子索引進行識別和定位。

通信部分由CAN收發器、CAN控制器和CANopen協議棧組成協議棧中定義了實現通訊的通訊對象：NMT（網絡管理報文）、PDO（過程數據）SDO（服務數據對象）預定義報文或者特殊能對象（含同步報文、緊急報文、時間標記對象等）通信的所有內容和功能由這些通信對象描述，所有設備之間通信也通過這些通信對象完成。其中NMT用于主站對從站進行狀態管理以及從站應答自身所處的通信狀態，SDO用于主站對從站的對象字典進行配置和監控。PDO用來傳輸高速、小型數據。而特殊功能對象則用于同步網絡中的通信對象（通常為PDO）的方法。應用部分是對設備的基本功能的定義和描述，它是連接設備與主站上位機的紐帶，其核心功能是通過訪問設備的對象字典對設備進行參數配置、狀態控制和監控，并高速傳輸設備的過程數據信息。

2 伺服控制模式

CANopen驅動及運動控制設備子協議DSP402對特性的描述要求非常準確，它不僅定義了驅動器的運行模式，還定義了用于控制驅動器的狀態機。驅動器狀態機通過對象字典中的控制字6040來控制，并通過狀態字6041來讀取驅動器的狀態。控制狀態機如圖2所示。

圖2 控制狀態機圖

狀態機可以分成以下3個部分：PowerDisabled(主電關閉)、PowerEbabled(主電打開)和Fault。所有狀態在發生報警后均進入“Fault”在上電后，驅動器完成初始化，然后再進入SWUTCH_ON_DISABLED狀態，在該狀態，可以進行CAN通訊，可以對驅動器進行配置。此主電仍然關閉，電機沒有被勵磁。經過StateTransition（狀態傳輸）2,3,4后，進入OPERATIONENABle此時，主電已開啟，驅動器根據配置的工作模式控制電機。StateTransition（狀態傳輸）9完成關閉電路主電。一旦驅動器發生報警，驅動器的狀態都進入FAULT。

PP模式（簡表位置模式）是典型的定位模式，可通過單步設定與連續設定兩種方式控制電機運行到目標位置。PV模式（簡表速度模式）是速度控制模式，HM（回零模式）提供多種達到起始位置的方法。

1系統硬件設計

本文設計采用USBCAN和伺服驅動設備和PC機來搭建硬件平臺。伺服驅動控制芯片采用的是DSP的芯片。

系統硬件搭建按以下步驟進行。首先在TI的開發環境中配置好的相關參數，并建立DS301工程項目，完成CANopen協議通信程序的調試運行。項目調試成功之后下載到驅動器中，在上位機界面中設置報文，測試SDO、PDO、NMT等通訊對象。測試結果正確則系統硬件搭建完成。

2系統軟件設計

整個伺服控制的軟件設計在CCS中建立，主要包括永磁同步電機的閉環控制程序和CANopen協議找的實現兩大部分。如圖3所示為軟件設計流程圖。

圖3 軟件設計流程