專利名稱：全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種伺服傳動(dòng)裝置的控制設(shè)備，特別涉及一種專用運(yùn)動(dòng)控制DSP器件的全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)。
技術(shù)背景現(xiàn)有市場(chǎng)上的全數(shù)字化交流伺服控制系統(tǒng)，存在以下缺點(diǎn)第一只能用 指定型號(hào)的永磁交流伺服電機(jī)，限制了使用的通用性和靈活性；第二力矩剛 度不夠高；第三動(dòng)態(tài)跟蹤誤差仍然比較大，可達(dá)到最高加工精度和最高光潔 度都不夠理想。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)有交流伺服控制系統(tǒng)通用性差、加工精度不高的問 題，提出了一種全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是輸出力矩剛度大，動(dòng)態(tài) 跟蹤誤差小，可達(dá)到遠(yuǎn)為更高的加工精度和光潔度。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為 一種全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)，包括控制板、 功率板、顯示板、伺服電機(jī)，控制板輸出控制信號(hào)到功率板，輸出檢測(cè)信號(hào) 到顯示板去顯示信息，功率板接收控制板控制信號(hào)，輸出功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)，去 控制伺服電機(jī)，同時(shí)反饋經(jīng)過內(nèi)部高壓隔離電路的電源電壓電流信號(hào)給控制 板，控制板包括專用運(yùn)動(dòng)控制數(shù)字信號(hào)處理器DSP、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA、 數(shù)字開關(guān)輸入輸出電路、模擬信號(hào)輸入輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路；可處理復(fù)雜邏 輯關(guān)系的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA直接接到數(shù)字開關(guān)輸入輸出電路，對(duì)信號(hào)進(jìn) 行處理，并通過數(shù)據(jù)線、地址線和DSP進(jìn)行通訊，交換信息，由數(shù)字信號(hào)處 理器DSP進(jìn)行計(jì)算，再輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路輸出到功率板上，
再去控制伺服電機(jī)，數(shù)字信號(hào)處理器DSP接到模擬信號(hào)輸入電路信號(hào)，數(shù)字 化后，進(jìn)行計(jì)算和控制，并輸出信號(hào)到模擬輸出電路。所述數(shù)字開關(guān)輸入輸出電路，包括編碼器信號(hào)輸入電路、編碼器信號(hào)輸 出電路、位置脈沖輸入電路、開關(guān)信號(hào)輸入電路、開關(guān)信號(hào)輸出電路。所述 模擬輸出電路，模擬信號(hào)輸出電路依次包括隔離電路、整形放大電路、濾波 電路、反饋采樣電路。所述高壓隔離電路采用雙光耦隔離電路。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)為伺服傳 動(dòng)提供一種高性能、功能全面、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、可靠性高的控制系統(tǒng)。

圖1是本實(shí)用新型全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本實(shí)用新型全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)控制板主芯片的部分接線圖；圖3是本實(shí)用新型全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)高壓信號(hào)隔離輸出電路的原理圖；圖4是本實(shí)用新型全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)模擬輸出的P麗實(shí)現(xiàn)方法原理圖；圖5是本實(shí)用新型全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)紋波信號(hào)的分離放大電路原理 圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所述全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)的原理框圖由控制板、功率板、顯 示板、再加伺服電機(jī)組成。在控制板中，包括專用運(yùn)動(dòng)控制DSP器件U41、 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列U2、高速存儲(chǔ)器U40、 PWM驅(qū)動(dòng)電路U4、編碼器信號(hào)輸 入電路U17和U18、編碼器信號(hào)輸出電路U16、編碼器電源控制電路Q7、 Q8、 位置脈沖輸入電路U13和U15、開關(guān)信號(hào)輸入電路U7、 U9、 Ull、開關(guān)信號(hào)
輸出電路U5、 U6、 U8、 UIO、 U12、 U14、非易失器件U42、輸入模擬信號(hào) 處理芯片U25 U31、 U34、 U37、 U43，輸出模擬信號(hào)處理芯片U33、 U32、 U36、 U35、通訊接口電路U38、 U39、 U45。輸入模擬信號(hào)處理芯片U25 U31、 U34、 U37、 U43的信號(hào)輸入專用運(yùn)動(dòng)控制DSP器件U41，專用運(yùn)動(dòng)控制DSP 器件U41與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列U2的數(shù)據(jù)線、地址線連接，專用運(yùn)動(dòng)控制DSP 器件U41輸出信號(hào)入PWM驅(qū)動(dòng)電路U4， PWM驅(qū)動(dòng)電路U4輸出信號(hào)入功 率板，專用運(yùn)動(dòng)控制DSP器件U41輸出信號(hào)入編碼器電源控制電路Q7、 Q8 控制編碼器電源，高速存儲(chǔ)器U40、非易失器件U42與專用運(yùn)動(dòng)控制DSP器 件U41互相傳遞數(shù)據(jù)，開關(guān)信號(hào)輸入電路U7、 U9、 Ull、位置脈沖輸入電路 U13和U15、編碼器信號(hào)輸入電路U17和U18輸入數(shù)字信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)可編程門 陣列U2，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列U2輸出信號(hào)入開關(guān)信號(hào)輸出電路U5、 U6、 U8、 UIO、 U12、 U14、編碼器信號(hào)輸出電路U16、通訊接口電路U38、 U39、 U45 和顯示板。其特征為采用專用運(yùn)動(dòng)控制DSP器件U41、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列U2 作為核心控制電路，采用PWM濾波后作為模擬量輸出，U2獨(dú)立實(shí)現(xiàn)鍵盤及 顯示接口，母線電壓紋波提取采集。在功率板上，包括智能功率模塊Ml、霍耳電流傳感電路M26、 M27、 M28、開關(guān)電源控制電路M17、 M16、高速隔離光耦M1 M6、反向驅(qū)動(dòng)電路 M32 M37、 IPM報(bào)警電路M8、制動(dòng)控制電路M25、 MIO、母線電壓比較電 路M24、驅(qū)動(dòng)電路M19、高壓區(qū)信號(hào)隔離傳輸電路M18 M23、主電源斷路檢 測(cè)電路M29?？刂瓢鍋淼腜WM驅(qū)動(dòng)電路U4的信號(hào)進(jìn)入高速隔離光耦M1 M6 后進(jìn)入反向驅(qū)動(dòng)電路M32 M37最后到智能功率模塊Ml，母線電壓比較電路 M24和控制板來的信號(hào)進(jìn)入制動(dòng)控制電路M25、 M10后經(jīng)驅(qū)動(dòng)Q3輸出制動(dòng) 信號(hào)，母線電壓比較電路M24信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路M19到高壓區(qū)信號(hào)隔離傳輸 電路M18、 M20 M23輸出到控制板，開關(guān)電源控制電路M17、 M16和霍耳 電流傳感電路M26、 M27、 M28輸出到控制板，其特征在于采用IPM為主開 關(guān)器件，高壓區(qū)信號(hào)隔離傳輸電路M18 M23實(shí)時(shí)采集母線電壓、母線電流；在顯示板上，由LED數(shù)碼管X1 X6、接插件X7組成按鍵顯示電路。其 特征為無任何鎖存、控制器件，所有的按鍵及顯示控制都由控制板上的U2完 成。上述線路板通過線纜連接在一起，以自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)，關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn) 行了創(chuàng)新和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的閉環(huán)完美控制。本實(shí)用新型通過采用專用運(yùn)動(dòng)控制數(shù)字信號(hào)處理器DSP和現(xiàn)場(chǎng)可編程門 陣列FPGA為控制核心，實(shí)現(xiàn)了很多傳統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)中需要很多小規(guī)模分立器件 才能實(shí)現(xiàn)的功能，無論從性能、速度、可靠性方面，還是從成本、體積方面 比較，本設(shè)計(jì)都有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。DSP內(nèi)部集成了多路P麗輸出、多路A/D 轉(zhuǎn)換器、編碼譯碼器、故障保護(hù)單元等伺服控制必需的功能。FPGA的開發(fā)使 用VHDL語言開發(fā)，很多復(fù)雜的控制邏輯都能快速實(shí)現(xiàn)，脈寬計(jì)數(shù)采用鎖相環(huán) 提高了計(jì)數(shù)精度，輸入和輸出方波可任意分頻，兼容符號(hào)+脈沖、正反串脈沖、 正交編碼脈沖等多種輸入脈沖模式，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)鍵盤及顯示的動(dòng)態(tài)掃描。輸入 開關(guān)量的監(jiān)測(cè)，輸出開關(guān)量的鎖存，所有敏感信號(hào)的中斷請(qǐng)求，所有輸入信 號(hào)的數(shù)字濾波等功能也都是在FPGA內(nèi)完成的。伺服控制系統(tǒng)控制周期越短，同等條件下系統(tǒng)的響應(yīng)就越高、最終的控 制效果越好，所以盡可能的減輕DSP的負(fù)擔(dān)尤為重要。本實(shí)用新型的鍵盤和 顯示功能完全由FPGA獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，包括按鍵監(jiān)測(cè)、去抖動(dòng)、長(zhǎng)按鍵處理、按鍵 中斷請(qǐng)求、顯示器的動(dòng)態(tài)掃描，無需占用DSP時(shí)間，無需額外的鎖存或顯示 控制器件。高壓區(qū)信號(hào)包括母線電壓、母線電流，這些信號(hào)和控制系統(tǒng)不共地，需 要隔離后才能采集， 一般的做法是采用線性隔離光耦，價(jià)格十分昂貴，本實(shí) 用新型中采用一種創(chuàng)新的如圖3所示普通雙光耦隔離電路的方式，實(shí)現(xiàn)了信 號(hào)的線性隔離傳輸，且適用于寬溫范圍。伺服控制系統(tǒng)需要輸出一些模擬信號(hào)供外部使用，本實(shí)用新型中充分利用專用DSP的優(yōu)勢(shì)，將富余的PWM通道作為模擬輸出的控制端，如圖4所示 經(jīng)過隔離電路、整形放大電路、濾波電路、反饋采樣電路的方法，可以產(chǎn)生 精度達(dá)到0. 1%的模擬信號(hào)輸出，無須額外配置高精度的D/A器件。理想的母線電壓是一恒定的電壓源，但因?yàn)檩斎腚娫创嬖诓▌?dòng)、負(fù)載也 在實(shí)時(shí)變化，所以母線存在一定的紋波，根據(jù)紋波電壓動(dòng)態(tài)補(bǔ)償P麗的占空 比，可以改善控制系統(tǒng)的性能，本實(shí)用新型分離母線電壓的紋波，如圖5所 示電路分離放大后可以細(xì)致的分析判斷紋波的變化趨勢(shì)，從而對(duì)輸出量進(jìn)行 微調(diào)，改善了系統(tǒng)的控制效果。
權(quán)利要求1、一種全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)，包括控制板、功率板、顯示板、伺服電機(jī)，控制板輸出控制信號(hào)到功率板，輸出檢測(cè)信號(hào)到顯示板去顯示信息，功率板接收控制板控制信號(hào)，輸出功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)，去控制伺服電機(jī)，同時(shí)反饋經(jīng)過內(nèi)部高壓隔離電路的電源電壓電流信號(hào)給控制板，其特征在于控制板包括專用運(yùn)動(dòng)控制數(shù)字信號(hào)處理器DSP、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA、數(shù)字開關(guān)輸入輸出電路、模擬信號(hào)輸入輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路；可處理復(fù)雜邏輯關(guān)系的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA直接接到數(shù)字開關(guān)輸入輸出電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并通過數(shù)據(jù)線、地址線和DSP進(jìn)行通訊，交換信息，由數(shù)字信號(hào)處理器DSP進(jìn)行計(jì)算，再輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路輸出到功率板上，再去控制伺服電機(jī)，數(shù)字信號(hào)處理器DSP接到模擬信號(hào)輸入電路信號(hào)，數(shù)字化后，進(jìn)行計(jì)算和控制，并輸出信號(hào)到模擬輸出電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字開 關(guān)輸入輸出電路，包括編碼器信號(hào)輸入電路、編碼器信號(hào)輸出電路、位置脈 沖輸入電路、開關(guān)信號(hào)輸入電路、開關(guān)信號(hào)輸出電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于所述模擬輸 出電路，模擬信號(hào)輸出電路依次包括隔離電路、整形放大電路、濾波電路、 反饋采樣電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)，其特征在于所述高壓隔 離電路采用雙光耦隔離電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)，它使用專用于運(yùn)動(dòng)控制的數(shù)字信號(hào)處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件作為核心控制器件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)設(shè)定，內(nèi)部位置可編程等功能，在電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)的控制各環(huán)節(jié)上均有創(chuàng)新之處，在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟蹤誤差、快速響應(yīng)、抗干擾力矩剛度、負(fù)載慣量范圍等重要指標(biāo)均達(dá)到極高的水平，并可適配不同廠家的伺服電機(jī)，在所有需要高精度定位和快速響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域都可以適用，特別是高檔數(shù)控機(jī)床等高端應(yīng)用的行業(yè)。
文檔編號(hào)G05B19/414GK201215626SQ200820058408
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者珣 費(fèi) 申請(qǐng)人:珣 費(fèi)