针对伺服电机远程控制的创新方案：基于CANopen协议的高效可靠伺服控制模式实现

引言

为了解决伺服电机远程控制中的复杂接线、单一控制方式和可靠性问题，提出了一种利用CANopen通信协议和驱动子协议的新方法。文章详细分析了CANopen协议的对象字典和报文格式，并介绍了在CANopen环境下实现PP、PV、HM三种钟伺服控制模式所需的报文设置。通过搭建实验平台，成功实现了基于CANopen协议的伺服电机控制。

系统总体架构

整个系统由PC机、上位机软件、USBCAN适配器和伺服驱动设备组成。其中，CANopen通讯部分采用DS301协议，而伺ерв控部分使用DSP402协议。伺服驱动设备作为从节点具备CANopen通讯功能，将信息传送给计算机上的上位机界面，上位机则通过USBCAN适配器对从站进行控制。

CANopen伺服控制原理

a. CANopen通讯设备模型

可以将任何类型的设备描述为包含三个部分：通信单元（网络管理）、对象字典（参数集合）和应用过程（操作流程）。用户可以通过这个模型来描述不同功能完全不同的设备。

b. 服务数据对象(SDO)

SDO用于主站与从站之间进行配置和监控，可以访问对象字典中的参数并进行修改或读取。

c. 过程数据对象(PDO)

PDO用于高速、小型数据传输，如实时传递过程数据到主站。

d. 网络管理(NMT)

NMT用于主站在向从站在发送命令以及查询其状态，以及处理来自从站的一些应答消息。

e. 特殊功能对象(FOx)

包括同步报文(SYN)、紧急停止(STOP)及时间标记(TM)等，以便于网络中其他设备能够协调其行为以保持同步或响应紧急情况。

服务器状态转换图

5-7步骤分别代表：

PowerDisabled 主电关闭阶段。

PowerEnabled 主电打开阶段，但尚未进入运行状态。

Fault 报警阶段。

PreOperational 预启动准备阶段，其中包括初始化及检查环节。

Operational 运行状态。在这一步骤中，根据配置工作模式开始实际运动。

8步骤是关闭操作，当检测到故障时会直接跳入Fault状态。此外，每个新的启动都会先经过PreOperational，然后才能进入Operationenabling phase.

6.PP(HOMING), PV(Velocity Control), HM(Homing Mode)

PP: 定位模式，可分为两种设定方式—连续设定与单步设定；PV:速度模式；HM:回零模式提供多种达到起始位置方法

7.SOFTWARE DESIGN AND IMPLEMENTATION

硬件搭建主要涉及以下步骤：

在TI开发环境中配置好相关参数并建立DS301工程项目完成CANOpen通信程序调试运行；

下载到驱动器中，在上位机界面测试SDO/PDO/NMT等通讯对象测试结果正确，则系统硬件搭建完成;

软件设计主要包括永磁同步电机闭环控制程序与CANOpen protocol implementation两个部分，

初始化：

完成DSP系统初始化以及CANOpen通讯初始化;

通信处理：

设置从节点地址及波特率;

初始化各类通用报告;

完成预定义映射;

最后进入通信处理程序;

3.Pseudo Code of SDO Command Structure:

SdoCommand = {

COB_ID : {

DTC : [DTC_1, DTC_2, ...],

PDO : [PDO_1, PDO_2, ...]

}

}

COB_ID 是一个11-bit值，它指示这条消息属于哪个特定的服务请求或者响应。如果该字段是一个有效值，它就表示这是一个标准化请求/响应，这样的话DTC就应该被忽略，而PDO则需要被解析。但如果它不是一个有效值，那么DTC应该被解析，而PDO应该被忽略。这意味着每条消息都有可能包含多个DTC，但是只有最大的那个会得到执行，并且只有一次 PDO 会得到执行，如果存在多个相同大小的事务，那么最后一次的事务将会生效。