基于双CAN总线的数字伺服通信协议

分析了目前国外先进数控系统现场总线的通信特性,提出和定义了一种基于双CAN(Controller Area Network)总线的数控系统位置控制通信协议——CANsmc(CAN for Synchronous Motion Control).CANsmc采用主从式的双通道网络,由一个主站和最多61个从站组成,实现了带有广播同步电报的轮询式通信.协议以通用的CAN总线芯片为硬件基础,利用CAN芯片通信报文的描述符定义出CANsmc的通信报头.CANsmc共定义了3种电报类型:主站同步电报MST,主站数据电报MDT和伺服电报DT.主站通过主通道向从站发送MST和MDT,从站在收到MDT后通过从通道向主站反馈DT.最后,建立了一个CANsmc实验验证系统,用软件的方式实现了CANsmc协议,主站基于PC机ISA总线,从站是一个位控卡,可以实现位置、速度、回参考点等多种控制.实验证明,CANsmc总线可以满足先进工业机器人和数控机床控制系统的应用要求.      

IEEE1394 总线容错性研究

IEEE1394 总线正逐步应用于航天电子系统, 因此对其容错性进行研究是非常必要的. 本文对IEEE1394总线的物理层与链路层接口部分在信号传输中可能存在的错误以及如何容错进行了研究, 重点分析了物理层控制双向总线时可能出现的各种错误, 并给出了链路层的容错方法, 这样可以在很大程度上提高网络系统运行的可靠性.      

基于PCI总线的主从式多轴控制器开发

针对运动控制的高精度要求,介绍了一种基于PCI(Peripheral Component Interconnect)总线的实时多轴控制系统.为了在执行复杂任务时,减少主机的工作量以及充分利用数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor)的数字处理能力,多轴控制器采用了主从控制结构.这种控制器还可以根据用户的需要使用串行通讯控制来代替PCI总线控制.控制器硬件的研发主要集中在多轴控制器、PCI总线接口电路和PCI局部总线的控制逻辑电路上,这些是设计控制器的关键技术.通过一个三自由度机器人沿一个空间螺旋轨迹运动的实例验证,所研发的多轴控制器可以实现具有准实时性能的高精度协调运动控制.      

IEEE 1394协议虚拟复合MAC工业现场总线研究

为解决一个总线回路中不同类型设备通信的性能和效率问题,提出一种采用IEEE 1394总线协议和虚拟复合MAC(Media Access Control)的工业现场总线协议.在IEEE 1394基本协议层的基础上设计虚拟MAC子层,通过附加总线配置实现节点功能的区分,利用等时数据传输和异步数据传输实现时分多址、仲裁、轮询、令牌等MAC方式的数据通信.      

卫星反作用飞轮总线化驱动及可重构性

通过研究卫星反作用飞轮的总线化伺服驱动及其系统重构问题,构建了可靠的无刷直流电动机功率驱动主回路,研制了可以采样三相绕组电流的磁感应式传感器及泵生电压自动抑制电路。对普通的M/T测速算法进行了改进,并仅以两组相互备份的六个位置传感器完成了数字转速测量和换相控制。规划了现场总线协议,设计了总线式的全数字化飞轮力矩/速度双模式伺服驱动器的知识产权内核及系统级专用芯片,构造了冗余型可重构控制器,提出了多种重构方案以及相应的实现算法。在现场可编程门阵列工艺中最终实现了飞轮的片上伺服系统;测试结果表明,该系统在整个四象限区域内均具有良好的动态和静态运行性能。     

基于DeviceNet总线的双CPU冗余实现

介绍了一种基于DeviceNet现场总线的双CPU冗余实现,双CPU冗余设计对提高分布式计算系统(DCS,Distributed Computer System)可靠性有重要意义.两个CPU处理单元与多个数据I/O单元通过一个现场总线连接,CPU处理单元中运行的DeviceNet客户机和服务器程序实现两个处理器单元之间的数据同步及对各个数据I/O单元的冗余控制.当主CPU单元发生严重故障停止运行时,从CPU单元中运行的伪组2客户机程序帮助从CPU单元快速完成主从切换,在不到8 ms的时间内接管整个系统.该研究应用于某专用DCS系统过程控制站的设计中,提高了系统的可靠性.     

CAN总线并发通信时下位机应用软件设计

为满足系统通信中的时间性能要求,设计一种利用中断接收和发送CAN总线数据的通信方法,给出了算法的C语言流程图实现.当增加GPS作为总线主节点发送广播引起CAN并发通信导致硬件中断冲突时,针对并发通信的硬件中断冲突原理作了分析,重新设计了下位机CAN总线通信软件,解决CAN总线并发通信冲突.     

基于通用I/O接口的CAMAC总线控制单元简化设计

为了减小系统规模,有效降低成本,分析了CAMAC标准总线信号构成,用分离TTL逻辑电路产生了6类总线信号,实现了CAMAC总线控制单元简化设计,详细说明了硬件电路设计原理和软件子程序设计。该CAMAC总线控制单元可以由通用I/O接口实现总线的读写控制。应用结果表明,该设计稳定可靠,方便进行模件检测或搭建小型应用系统。     

机载UMS分布式容错计算机系统设计

综合控制管理是机载机电设备发展的趋势.针对航空机电设备综合控制管理预研项目,利用分布式容错技术、高可靠航空电子总线技术和嵌入式实时多任务操作系统应用技术,设计并实现了一个分布式容错计算机系统.讨论了系统的工作特点、系统结构、通信网络、冗余管理和实时容错分布执行软件.      

总线容错机制及其验证方法

卫星系统广泛采用容错技术以提高系统的可靠性,而总线通信的稳定性和可靠性对于系统任务的成功至关重要．工程研制中,通常采用总线容错技术对系统通信故障进行识别和屏蔽．介绍了基于故障仿真技术的总线容错机制验证方法,包括故障规格分析技术、故障用例生成技术和故障仿真技术,利用该方法对某星载软件的总线通信功能进行了容错测试,验证了方法的有效性和实用性．     

工业以太网EtherCAT冗余和热插拔技术

EtherCAT是一种实时工业以太网协议,使用冗余技术是实现热插拔和提高通信可靠性的重要手段.首先介绍了实时工业以太网EtherCAT的组成、工作原理和报文结构,研究了使用环型网络拓扑结构实现基于EtherCAT的工业自动化控制系统故障容错及热插拔技术,分别规划了在网口故障、链路故障和节点故障时冗余帧传播机制、故障点定位和恢复策略.开发了链路冗余EtherCAT主站驱动程序,将常规EtherCAT主站驱动程序做了修改,加入链路冗余机制,对上层应用屏蔽了冗余信息和操作.最后完成了冗余和热插拔的性能测试实验,结果表明系统性能优越,运行稳定.     

基于协议变换的图像采集系统设计

介绍了一个基于高速协议变换的实时图像采集系统,该系统实现了从IEEE1394协议到千兆以太网协议的实时变换,将基于IEEE 1394协议的数字相机发出的图像数据转发到以太网上.系统设计使用了SOPC(System On a Programmable Chip)技术,通过Avalon总线将Nios Ⅱ处理器,千兆网MAC核和自定义的1394芯片接口逻辑等IP组件连接在一起形成主要的硬件电路,结合系统软件设计实现了对高速图像数据的实时转发.系统达到了较好的性能,同时具有集成度高,结构简单和扩展性好的特点,展示了利用SOPC技术解决此类问题的优势.     

基于STM32和ET1100的无刷直流电机控制器设计

利用STM32的控制性能和丰富外设，采用模块化方法设计了一款基于STM32ZET6单片机和ET1100专用以太网芯片的、具有工业以太网功能的无刷直流电机控制器。在设计中,以STM32ZET6作为微处理器，采用了IR2136驱动芯片及ET1100工业以太网芯片，分别实现了对无刷直流电机的调速功能，以及对上位机的EtherCAT通信功能。针对传统设计中SPI串行接口未能充分发挥工业以太网的优越性能的问题，设计中利用STM32ZET6特有的FSMC机制实现了EtherCAT模块的并行接口设计，使系统的实时性能有了很大提升。该控制器设计成本低、集成度高、实时性强，特别适用于工业领域。     

航空电子限时令牌太赫兹互连的实时性能分析

在航空电子设备内部采用太赫兹通信技术实现cm级的板间或芯片互连可以减少引脚和接插件，缩小电子设备的体积，并降低维护成本。针对采用全向天线收发和开关键控（OOK）调制的近距离太赫兹通信网络，通过考虑分子吸收噪声和损耗的点到点通信链路分析，给出太赫兹信道容量计算结果；结合节点间的限时令牌多路访问协议，依据信道容量采用服务曲线模型进行最坏情况下总流量分析（TFA）和隔离流量分析（SFA）；充分考虑概率保证下应用层通信任务的突发度，得到限时令牌太赫兹互连的实时性能分析方法。案例研究表明：相较于时分多址（TDMA）方式，基于限时令牌协议的无冲突多路访问机制可以适应物理层容量和应用层负载的随机变化，保证了更小的延迟，有利于实现航空电子芯片间和板间的太赫兹互连组网和实时通信。     

脉冲多卜勒引信实时校准技术初步研究

脉冲多卜勒引信实时校准技术主要对引信回波模拟源的无线电引信技术指标进行准确评定,以达到校准的目的。目前对该类专用测试设备的校准仍停留在分项校准的状态,无法全面地对整个专用测试设备进行评定,本文利用"宽带数字接收+软件无线电"技术和解调算法,实现对引信回波模拟源的系统级校准的目的。     

航天器可应用实时以太网分析

在航天器上应用以太网的目的是借助以太网的灵活性, 获得方便 的通信接入及数据传输的高带宽, 并且能适应控制领域通信的实 时性和确定性. 实时以太网的确定性、通信调度机制和传输特征是其满足航天器网络通信特性需求的主要判定依据. 通过分析航天器数据通信特点, 对比实时以太网通信调度策略, 得出应用于航天器的实时以太网应具备时间同步、强实时性、确定性、高带宽、多数据类型、双通道冗余及兼容标准以太网等特征.      

基于实时卫星共视技术的时间码在线校准系统

稳定可靠的时间参考是开展时间码测量的前提。时统设备使用环境复杂,不宜拆卸,因此在对时统设备进行现场校准时面临无法直接获得稳定可靠时间参考的难题。本文提出一种设计思路,基于实时卫星共视技术搭建时间码在线校准系统。该系统采用小型化设计与实时在线数据处理技术,可以在校准现场复现守时实验室标准时间,可广泛应用在时间参数现场校准领域。     

极化复用方式下高性能数传基带奇偶合路实时处理方法

数传基带奇偶合路实时处理,是极化复用方式下卫星过境弧段即时判读星载设备状态及获取空间科学探测成果的前提和基础。面向空间科学卫星高速数传实时处理需求,针对传统合路处理方法受限于内存拷贝与排序操作导致处理性能较低的问题,提出一种使用环形队列对数据进行内存管理并基于各虚拟信道奇偶单路传输帧计数自然有序特征进行合路处理的新方法,有效规避频繁的内存移动与复杂耗时的排序操作,显著提升奇偶合路实时处理性能。空间科学卫星任务的工程实践结果表明,所提方法的实时合路性能满足ASO-S卫星1 Gbit·s–1和CASEarth卫星1.6 Gbit·s–1的高速数传实时处理需求。      

基于XML的EtherCAT工业以太网协议解析技术

重点研究了基于可扩展标记语言(XML,eXtensible Markup Language)的EtherCAT工业以太网协议解析器技术和实现方法.介绍了EtherCAT协议报文格式和特点,分析了以太网数据侦听器和协议解析器的结构,针对通用以太网解析器在工业以太网领域应用的局限性,提出使用XML语言描述协议报文的方法,在此基础上开发出一种开放式、可重构的EtherCAT协议解析器.实验结果表明基于XML的协议报文描述方法及解析器能够有效地描述和解析EtherCAT协议报文,使用者可以根据解析对象格式使用XML语言自定义、修改和扩展协议解析规则,获得清晰、直观的解析结果.      

并行双单片机式工业控制机

本文针对普通控制机性能上的限制,阻碍了现代控制算法在工业控制过程中的应用,提出了一种双单片机并行处理控制机的实施方案,通过对控制任务的适当划分,两处理机协同工作,使控制机的性能大为提高,从而达到多种复杂控制算法在工业控制系统中应用的目的。我们在这个系统中实现了极点配置自校正算法。实践证明,它比一般的控制机有更强的实时处理能力。本系统是以MCS-51系列单片机为基础的。