可重构伺服驱动调试工具的设计与实现

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伺服系统是数控机床最重要 的组成部分之-，其动态特性对数控机床的加工精度有重要的影响。

在传统的伺服系统中，控制软件被固化在伺服驱动中，已开发完成的应用，基本不可能再做更改 ，随着用户需求的不断变化 ，不能够灵活的进行升级更新。

为解决上述传统伺服驱动的问题，组件技术被引入到了伺服驱动的设计当中。采用基于组件 的软件设计技术 ，可以成功构建-种可重构 的软件系统 ，各个拈对象可 以根据不 同的需求组合在-起 ，并且当对某拈 的需求发 生变化时 ，只需 要修改此软件拈，而不用对整个软件 系统进行 大量的重新设计。提高了系统的灵活性、可维护性，更加适应了需求的快速发展 。

可重构伺服驱动 的出现对调试工具提 出了新的要求，其不再只需完成传送参数等功能，而需要对伺服的各个拈对象进行管理、操作，并要求操作更加人性化、智能化 。同时需要将控制参数备份 到硬盘上 ，以供 以后恢复系统或调试其它相 同配置 的系统使用 。基 于此调试 工具的这些特点 ，它容易被广大调试人员掌握，能有效地提高伺服驱动器的特性，从而提高数控机床的加工精度。

1 整体结构设计根据可重构伺服驱动器的需求，本设计具体包括通信协议的设计、驱动层的设计及调试工具的设计。

(1)驱动 层 ：PC机 与可重 构伺 服 驱动 器通 过USB线进行连接 ，驱动层创建 串口对象 ，实现上位机与伺服驱动的串口连接。

(2)通信协议：在 Pc机与伺服之间传送的各帧，都必须按照统- 的格式发送 ，并且 在接收到数据后按照固定 的格式进行解析 ，高效 的通信协议 的制定 ，能够保证上位机与伺服驱动之间高效 、稳定的数据传输。

(3)调试工具：能够对伺服驱动的各个拈对象进行管理、操作，本设计为方便用户使用，将各个拈对象图形化，使用户可以不需要理解某些复杂参数的收稿日期：2012-10-22；修回日期：2012-12-17$基金项目：核高基国家科技重大专项(2012ZX01029001-002)作者简介：柴宇(1988-)，女，黑龙江佳木斯人，中科院沈阳计算技术研究所硕士研究生，研究方向为数控系统应用，(E-mail)chaiyu321###126.corn。

· 76· 组合机床与 自动化加工技术 第 7期含义，直接对图形进行操作，使操作更加人性化、智能化。同时可以将控制参数备份到硬盘上 ，以供以后恢复系统或调试其它相同配置的系统时使用。

USB连接图 1 整体结构设计2 驱动层与通信协议的设计上位机与伺服驱动器通过 串13进行连接 ，具体实现方式为上位机与伺服驱动器通过 USB线连接，在上位机上安装 USB转串 口的程序 ，实现二者之间的串口连接 。图 2为上位机与伺服驱动器连接通信的示意图。

图 2 上位机与伺服驱动器通信 图调试工具通过串口与伺服进行通信 ，驱动层需要创建串口对象，c#中的 Serial Port类为 串口的实现提供了良好的支持 ，可以方便的创建串 口，初始化串口，对串口的各属性，如波特率、奇偶校验位、停止位等进行设置 。图 3为串口属性设置界面，用户可以根据需求 ，对 串口号、波特率、数据位、停 止位、校验位进行设置，从而生成不同的串口对象。

图 3 串 口属 性 设 置 界 面通信协议按照工业标准 MODBUS协议标准 进行设计。通信贮括起始字节、数据长度、指令码、数据内容、校验码、结束字节等字段，具备较好的扩展性，通信帧的各字节含义如表 l所示。上位机发送的命令帧以及数据帧采用协议规定的统-格式发送 ，起止字节均是-个字节 AAH，帧中的第二个字节表示通信地址，占用-字节，紧接着的-个字节表示整个帧的长 度。不同类 型的指令 由指令码标示 ，占用-字节，紧接着的 n个字节表示不同指令码 的数据部分 ，具体 内容 以及 n的大小 由各类型指令 的不同内容决定 ，不 同类 型的指令格式 以及指令对应的应答帧格式也需事先约定好。本节所实现的协议采用16位的 CRC冗余校验方法 ，校验范围包括除起止字节以及结束码以外的所有帧字节，最后是结束码。

表 1 通信帧格 式0 STX 起始字节：(AAH)l ADR 通信地址：1-byte，1～2542 LEN 数据长度：以字节计算3 CMD 指令码 ：1-byte4 DATA(0)数据内容：n-byte不 同的指令码对应的数据不 同DATA(n-1)校验码 ：2-byte，包括通信地址 、 4len LRC数据长度、指令码和数据6len END1 结束码：(55H)7len END2 结束码：(AAH)3 调试工具的设计调试工具 主要包括类库和对象库管理 、参数 管理 、调试 、文件管理 四部分 。本软件采用 C#语言进行开发 ，图 4为调试工具的主界面。

口I口口§目口目% 目目∞ % 《《- - 离 国羁 ～- ：渔盐E图 4 调试工具的主界面3.1 类库及对象库的设计根据可重构伺服驱动器 的特点 ，要求调试软件能够建立类库 ，其 中类具有类版本号 、输入 引脚数、输出引脚数 、-类参数个数、二类参数个数 、三类参数个数等属性，用户可以输入这些属性值来创建类。

可针对每个类生成不 同对象号的对象∩重构伺服驱动器平 台以组件的思想进行设计 ，可 以创建多个组件对象，对象之间利用参数进行互连，从而实现整个系统的可重构。每个对象都对应-个唯- ID号，范围为 1～255，分为系统对象和通用对象两类。

- 种是 ，通过类来实例生成 ，输 入对象 的对象号 ，即可通过类生成该对象，该对象就具备了此类的版本号、输入输出引脚数、各类参数个数等属性值。另-种方式是通过向伺服驱动器发送查询命令 ，对 1-255这 255个对象号依次进行查询，判断伺服驱动器中是否具有该对象号 的对象，从而获取伺服中的各对象 ，实现对象库的更新 ，也保证 了对象库中的对象