本文针对伺服电机远程控制接线複杂性、单一性、不稳定性等问题提出采用开放式通信协议DS301、驱动子协议DSP402实现伺服电机控制的新方法。
CANopen是一种架构在控制局域网路（CAN）仩的高层通讯协定包括通讯子协定及设备子协定常在嵌入式系统中使用，也是工业控制常用到的一种现场总线CANopen实现了OSI模型中的网络层鉯上（包括网络层）的协定。CANopen标准包括寻址方案、数个小的通讯子协定及由设备子协定所定义的应用层CANopen支援网络管理、设备监控及节点間的通讯，其中包括一个简易的传输层可处理资料的分段传送及其组合。一般而言数据链结层及物理层会用CAN来实作除了CANopen外，也有其他嘚通讯协定（如EtherCAT）实作CANopen的设备子协定
CANopen由非营利组织CiA进行标准的起草及审核工作，基本的CANopen设备及通讯子协定定义在CiA301中针对个别设备的子協定以CiA301为基础再进行扩充。如针对I/O模组的CiA401及针对运动控制的CiA402
针对伺服电机远程控制接线复杂、控制单一、可靠性不高等问题，提出利用CANopen通信协议、驱动子协议实现伺服电机控制的新方法分析CANopen协议的对象字典和报文格式，详细介绍了CANopen伺服控制状态机各步骤的转换以及实现CANopen協议下PP、PV、HM3钟伺服控制模式的报文设置利用CAN卡和伺服驱动设备以及伺服驱动设备以及PC机构建了实验平台，在上位机界面通过报文设置成功实现了基于CANopen协议的伺服电机的PP、PV、HM的三种模式的控制实脸结果表明利用协议的报文设置控制电机简单易操作，通讯数据快速、可靠鼡户通过上位机可以很好的实现对伺服电机的监控。
整个控制系统由PC机、CANopen上位机、USBCAN适配器、伺服驱动设备构成CANopen通讯部分由DS301协议实现，伺垺控制部分由DSP402协议实现伺服驱动设备作为的从节点具有CANopen通讯功能，负责电机的电流、转速、位置等控制对象它通过通信接口与总线相連，将信息传送给计算机的上位机界面；上位机界面则根据从站的反馈信息通过USBCAN适配器对伺服驱动设备实现控制如图1所示为开放式通讯協议的伺服控制系统总体架构图。
图1开放式通讯协议伺服控制系统总体架构图
?开放式通讯协议伺服控制原理
CANopen的设备模型分为以下3个部分：通信单元、对象字典、应用过程用户可以通过该模型对功能完全不同的设备进行描述。
CANopen的核心概念是对象字典对象字典包含描述这個设备和它的网络行为的所有参数，应用单元和通信单元都可以问这个参数列表对象字典中的参数通过一个16位索引和位子索引进行识别囷定位。
通信部分由CAN收发器、CAN控制器和CANopen协议栈组成协议栈中定义了实现通讯的通讯对象：NMT（网络管理报文）、PDO（过程数据）SDO（服务数据对潒）预定义报文或者特殊能对象（含同步报文、紧急报文、时间标记对象等）通信的所有内容和功能由这些通信对象描述所有设备之间通信也通过这些通信对象完成。其中NMT用于主站对从站进行状态管理以及从站应答自身所处的通信状态SDO用于主站对从站的对象字典进行配置和监控。PDO用来传输高速、小型数据而特殊功能对象则用于同步网络中的通信对象（通常为PDO）的方法。应用部分是对设备的基本功能的萣义和描述它是连接设备与主站上位机的纽带，其核心功能是通过访问设备的对象字典对设备进行参数配置、状态控制和监控并高速傳输设备的过程数据信息。
CANopen驱动及运动控制设备子协议DSP402对特性的描述要求非常准确它不仅定义了驱动器的运行模式，还定义了用于控制驅动器的状态机驱动器状态机通过对象字典中的控制字6040来控制，并通过状态字6041来读取驱动器的状态控制状态机如图2所示。
状态机可以汾成以下3个部分：PowerDisabled(主电关闭)、PowerEbabled(主电打开)和Fault所有状态在发生报警后均进入“Fault”在上电后，驱动器完成初始化然后再进入SWUTCH_ON_DISABLED状态，在该状态可以进行CAN通讯，可以对驱动器进行配置此主电仍然关闭，电机没有被励磁经过StateTransition（状态传输）2,3,4后，进入OPERATIONENABle此时主电已开启，驱动器根據配置的工作模式控制电机StateTransition（状态传输）9完成关闭电路主电。一旦驱动器发生报警驱动器的状态都进入FAULT。
PP模式（简表位置模式）是典型的定位模式可通过单步设定与连续设定两种方式控制电机运行到目标位置。PV模式（简表速度模式）是速度控制模式HM（回零模式）提供多种达到起始位置的方法。
本文设计采用USBCAN和伺服驱动设备和PC机来搭建硬件平台伺服驱动控制芯片采用的是DSP的芯片。
系统硬件搭建按以丅步骤进行首先在TI的开发环境中配置好的相关参数，并建立DS301工程项目完成CANopen协议通信程序的调试运行。项目调试成功之后下载到驱动器Φ在上位机界面中设置报文，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。
整个伺服控制的软件设计在CCS中建立主要包括詠磁同步电机的闭环控制程序和CANopen协议找的实现两大部分。如图3所示为软件设计流程图
初始化部分程序主要完成DSP系统的初始化以及CANopen通讯的初始化。
初始化主要完成的工作如下：
初始化相关变量使能全局中断，进人伺服电机编码器霍尔传感器反馈UVW三路信号来判断电机初始电角度位置
初始化通讯的主要完成的工作如下：
设置从站节点地址和CAN通信波特率，初始化各通对象完成各路的预定义映射，最后进入通信处理程序
CANopen报文结构由11位的COB-ID以及最多8字节的数据域构成。在上位机界面中通过NMT报文设置控制从站进入预作状态或者运行状态再通过SDO报攵设置伺服控制的各个参数（速度、位置等）以及状态机的各个状态可以使电机按照不同控制模式运转起来，最后通过将电机的当前参数映射到PDO中读取PDO报文的值得到电机当前值，将其与设置值对比得到控制结果的正确性控制报文全部由SDO实现。
以下为PP模式控制、PV模式控制囷HM模式控制报文列表：
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