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.      

实时工业以太网EtherCAT时序特性分析系统

分析了实时工业以太网的特点,提出一种时序特性分析系统,该系统硬件部分包括数据侦听器和监听计算机;软件部分是安装在监听计算机上的时序分析仪.数据侦听器是以现场可编程门阵列(FPGA,Field-Programmable Gate Array)为核心的硬件单元,主要功能是捕捉被监听链路上的数据帧,提取并封装原始帧的信息生成一个Probe帧,随后转发原始帧和Probe帧到监听计算机.Probe帧是提出的一种专门用于实时工业以太网时序和功能分析的以太网数据帧.时序分析仪解析Probe帧中封装的信息,按照用户设置进行计算统计后,以图形化的方式显示分析结果.最后,构建基于实时工业以太网EtherCAT的实验系统进行功能验证.实验结果表明,时序特性分析系统能够完成对实时工业以太网数据的在线捕捉和离线分析,并能清晰、直观的显示被监听链路和器件时序特性的解析结果.     

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。     

基于以太网器件的高性能工业现场总线FED

研究一种采用通用以太网物理层元件和FPGA器件构成的现场总线FED(Fieldbus based on Ethernet Devices),在片上系统(SOC,System On Chip)上开发出实用的现场总线通信装置.FED不需要复杂的驱动程序就可以实现链路层通信,在链路层基础上可以根据控制需要设计应用层通信协议.FED采用基于带飞读写功能的集总帧结构,使用主从式通讯.FED系统由1个主站和最多255个从站组成,实现了100 Mbit/s的高速实时通信.建立了实验系统,验证了FED总线可以满足数控机床等工业自动化设备的控制需求.     

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.      

基于驱动或结构冗余的并联机器人容错方法

研究了并联机器人利用驱动冗余进行驱动器故障容错及利用结构冗余进行关节故障容错的方法.结合冗余驱动并联机构的力矩分配问题的多解性,分析了部分驱动器故障后在剩余正常工作驱动器之间重新分配驱动力矩以实现容错的方法.结合结构冗余并联机构的特点,分析了放弃部分结构自由度以完成操作任务的方法.从运动学和动力学角度讨论了两类冗余机器人的特点及容错的可能性,以一种平面三自由度并联机构为实例,针对驱动器及关节故障分别分析了故障后机构运动学和动力学性能的变化,验证了采用驱动及结构的冗余进行容错的可行性.     

基于可不断电维修的双机容错系统

对单个单片机控制系统可靠性不高的问题,提出了一种由双单片机构成容错系统的实现方法.在该系统中,用串行通讯技术,通过采集对方I/O输出,与自身的I/O输出值作比较,实现双单片机的故障互检;利用地址译码技术,设计仲裁切换模块,完成故障隔离;故障机修复后,通过回读对方执行程序的任务编号,达到双机同步控制,完成系统重构,实现对故障单元的不断电维修.通过对模拟机的实验表明,此控制系统能对运行中的错误实现实时的双机互检,且具有在线热插拔功能.     

PROFIBUS-DP主站网关设计及其关键技术

针对标准PROFIBUS-DP从站产品难以集成到现有集散式控制系统的问题,提出了网关解决方案.在对现有网关实现方案进行比较后,选用软核方案,设计了具有热插拔功能且兼容两种实现方案的硬件平台.采用模块化设计思想进行软件架构,应用状态机法实现了"PROFIBUS-DP通信"子功能.从防错设计、纠错设计、故障恢复设计等方面对设计方案中软、硬件可靠性进行了详细分析.针对硬件特性,从调度策略的角度阐述了影响系统实时性的关键问题,并对自主设计主站的难点问题-组态设计进行了说明.该方案支持系统运行过程中动态地增加和删除从站,修改从站配置参数.分析并实验测试了网关的性能参数,网关最高支持3 Mbit/s的通信波特率.实验结果表明,系统性能优越,运行稳定.      

高可靠三余度数字式作动器控制器设计与实现

对作动器控制器进行了三余度配置,介绍了冗余作动器控制器的结构、余度配置以及余度管理.结合数字式伺服作动系统的结构特点,提出了一种借助通道内控制器互监测实现通道内自监测的方法.借助比较监控、传感器自监控、通道内自监控等其它监控方法,对三余度数字式系统有效地实现了二次故障工作、三次故障安全.和其他冗余方案相比结构更简单、基本可靠性更高.基于高速数字处理器和CAN(Controller Area Network)总线开发了三余度数字式伺服作动器控制器.基于马尔可夫模型,考虑系统一次故障覆盖率、二次故障覆盖率对控制器可靠性进行了分析,该三余度控制器具有很高的可靠性.      

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.      

一种室外远距离天线测试转台系统的控制方法

为了满足天线在室外的远距离测试需求,提出了一种外场天线测试转台的控制方法。该天线测试系统由上位测试子系统、发射转台子系统和接收转台子系统组成,通过无线网桥实现各子系统间的远距离无线通讯;转台子系统采用EtherCAT 总线,接线形式简单、容易扩展、通讯速率快;采用TwinCAT 和LabVIEW 作为软件开发环境,开发了转台的运动控制和通讯软件界面。本论文对转台子系统控制原理及子系统间通讯方式进行了详细说明,分析了转台子系统定位精度,并通过试验表明该系统满足室外远距离天线测试需求,满足设计指标要求。     

基于SOPC的计算机控制技术

本文提出一种基于SOPC的计算机控制系统。通过以SOPC为控制核心，配合外围电路，以实现RS422、CAN、1553B、FlexRay、以太网等多种通讯接口，完成控制、信号采集及数据记录等功能。本系统具有集成度高、扩展性强、可靠性高的优点。     

新一代总线技术AFDX在箭载测量系统设计中的应用研究

传统的箭载测量系统数据传输由点到点的电缆完成,存在布线复杂、占用空间大、质量大、通信速率低等方面的不足,为此提出将新一代总线AFDX应用于箭载测量系统的设计思路。介绍了新一代基于以太网的总线技术AFDX,研究、比较了其技术特点和关键技术,并对基于AFDX的箭载测量系统数据综合网络拓扑结构进行了设计,为设计更高可靠性、更快通信速率、更强灵活性的箭载测量系统提供参考依据。     

软件自动测试的研究与程序实现

从介绍软件系统测试的现状及所采用的测试过程，测试方法入手，对软件自动测试的生命周期，适用范围，实现机制进行了研究，讨论了一种可行的，实用的自动测试的开发过程及方法，并且在此基础上介绍一个基于该方法的自动测试程序的实现。     

智能测量系统的模块实现

设计智能测量系统主要用于动静态角度的自动连续测量,包含两个主要功能模块:一是基于CPLD,实现对AD的控制,将被测信号数字化处理,同时负责向工控机传送数据;另一个是基于PC104工控机,设计智能测量系统数据处理软件,利用工控机计算被测信号的频率、幅值、失真度和输入信号相位差,实现了测量系统数据处理的自动化。