專利名稱：一種三維成像安檢門伺服控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及伺服控制領(lǐng)域，特別是涉及一種三維成像安檢門伺服控制裝置。
背景技術(shù)：
三維成像安檢門適合應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、地鐵、銀行、大型活動(dòng)等特殊場(chǎng)合的安防工程中，其利用不同角度的微波成像技術(shù)構(gòu)成目標(biāo)體的三維成像圖以檢測(cè)是否存在危險(xiǎn)物品， 因此需要配備伺服控制系統(tǒng)對(duì)裝有微波天線收發(fā)模塊的負(fù)載框架運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制。為保證安檢門系統(tǒng)成像品質(zhì)以及檢測(cè)速度，對(duì)伺服控制系統(tǒng)負(fù)載的運(yùn)行速度、運(yùn)行曲線以及平穩(wěn)性提出了較高的要求。與本發(fā)明相關(guān)的公開報(bào)道有“新型亭式金屬探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”(《安防科技》，2008年第4期)一文中介紹了利用CPLD實(shí)現(xiàn)的伺服電機(jī)的控制方法，其主要控制對(duì)象為雙門亭式結(jié)構(gòu)中的防彈玻璃門，僅需要控制其開合，對(duì)運(yùn)行速度和運(yùn)行軌跡無(wú)特殊要求， 因此現(xiàn)有技術(shù)的伺服控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn)自檢校正以及工作掃描功能，無(wú)法滿足工作過(guò)程中負(fù)載框架穩(wěn)速精準(zhǔn)回零，也無(wú)法滿足三維安檢門系統(tǒng)成像的指標(biāo)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種三維成像安檢門伺服控制裝置。伺服控制裝置用來(lái)執(zhí)行伺服控制器發(fā)出的控制信號(hào)，帶動(dòng)負(fù)載框架按照設(shè)定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。其中，伺服控制器作為整個(gè)伺服控制系統(tǒng)的中樞完成同上位機(jī)信號(hào)處理以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器間的交互通信、反饋測(cè)量機(jī)構(gòu)的信號(hào)采集處理、自檢校正功能以及工作掃描功能，保證系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)并具備故障保護(hù)功能。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明涉及一種三維成像安檢門伺服控制裝置，該裝置包括伺服機(jī)構(gòu)、測(cè)量反饋機(jī)構(gòu)和伺服控制器，其中伺服機(jī)構(gòu)包括交流伺服電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源適配器、減速器、皮帶輪和負(fù)載框架；交流伺服電機(jī)主軸通過(guò)法蘭盤連接減速器，減速器驅(qū)動(dòng)皮帶輪運(yùn)動(dòng)，皮帶輪同負(fù)載框架相連，驅(qū)動(dòng)安檢門負(fù)載框架完成各種功能運(yùn)動(dòng)，交流伺服電機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直接控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接電源適配器實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換為電機(jī)系統(tǒng)提供電源并實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能；測(cè)量反饋機(jī)構(gòu)包括光柵尺、光電開關(guān)，光柵尺安裝于負(fù)載框架主軸上，光柵尺讀數(shù)頭固定于負(fù)載框架并隨框架轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生編碼信號(hào)脈沖從而測(cè)量負(fù)載框架旋轉(zhuǎn)的角度信息，光電開關(guān)安裝于負(fù)載框架頂部與角度指示圓盤相接觸，可實(shí)現(xiàn)中心零位和極限位置的指示；伺服控制器包括交互通信模塊、信號(hào)采集模塊、自檢校正控制模塊以及伺服機(jī)構(gòu)的掃描曲線控制模塊；交互通信模塊分為兩部分一部分完成同上位機(jī)信號(hào)處理分機(jī)的通信，接收其下發(fā)的指令信號(hào)并反饋當(dāng)前伺服系統(tǒng)狀態(tài)信息；另一部分完成與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的通信，對(duì)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制；其中，信號(hào)采集模塊處理光柵的正交編碼脈沖信號(hào)以及光電開關(guān)信號(hào)；自檢校正控制模塊完成信號(hào)處理分機(jī)下發(fā)的自檢校正指令；掃描曲線控制模塊完成信號(hào)處理分機(jī)下發(fā)的掃描工組指令。
進(jìn)一步地，伺服控制器按照以下模式進(jìn)行工作伺服控制器按照以下工作模式進(jìn)行工作第一模式完成自檢校正，自檢校正工作過(guò)程中由伺服控制器采集光柵尺讀數(shù)頭信號(hào)計(jì)算出負(fù)載位置并控制電機(jī)進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng)，完成校正后，將伺服狀態(tài)信息上報(bào)信號(hào)處理分機(jī)等待下發(fā)掃描工作指令；第二模式完成掃描工作，掃描工作過(guò)程中由伺服控制器按照設(shè)定的掃描運(yùn)動(dòng)曲線計(jì)算參數(shù)并控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使伺服系統(tǒng)負(fù)載框架進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的有益效果在本發(fā)明中通過(guò)伺服控制器的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)了自檢校正以及工作掃描功能，負(fù)載框架能夠在自檢校正指令下計(jì)算出零位并穩(wěn)速精準(zhǔn)回零；在工作掃描指令下按照設(shè)定曲線軌跡運(yùn)動(dòng)并且運(yùn)行平穩(wěn)，能夠保證三維安檢門系統(tǒng)成像的指標(biāo)要求。


圖1為伺服控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為伺服控制器模塊框圖；圖3為伺服控制流程圖。其中1-交流伺服電機(jī)，2-電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，3-電源適配器，4-減速器，5-皮帶輪， 6-負(fù)載框架，7-光柵尺，8-光電開關(guān)，9-伺服控制器，10-信號(hào)采集模塊，11-自檢校正控制模塊，12-掃描曲線控制模塊，13-交互通信模塊，14-信號(hào)處理分機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1-4對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步描述 三維成像安檢門伺服控制裝置的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，包括伺服機(jī)構(gòu)和測(cè)量反饋機(jī)構(gòu)和伺服控制器，其中伺服機(jī)構(gòu)由交流伺服電機(jī)1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2、電源適配器3、減速器4、皮帶輪5和負(fù)載框架6構(gòu)成。交流伺服電機(jī)1作為控制動(dòng)力的出處，帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及負(fù)載框架運(yùn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2接收伺服控制器的運(yùn)動(dòng)指令信號(hào)并轉(zhuǎn)化為交流伺服電機(jī)1的控制脈沖并結(jié)合交流伺服電機(jī)1軸端配置的編碼器信號(hào)直接控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度和位置。本發(fā)明所使用的是 GV6驅(qū)動(dòng)器及其配套的NO系列的交流伺服電機(jī)1，具有控制參數(shù)可調(diào)節(jié)、速度位置易規(guī)劃等特點(diǎn)。電源適配器3將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源并具備整流功能，為電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電源供給且可實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)功能，其連續(xù)輸出功率300W，最大輸出功率為9KW。電機(jī)的輸出軸經(jīng)過(guò)減速器及皮帶輪構(gòu)成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)負(fù)載框架運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)總的減速比為86. 2367。測(cè)量反饋機(jī)構(gòu)由光柵尺7、光電開關(guān)8構(gòu)成。光柵尺7安裝于負(fù)載框架6主軸上， 其絕對(duì)零位處于負(fù)載框架6運(yùn)行范圍的中心位置，光柵尺7讀數(shù)頭固定于負(fù)載框架6并隨框架轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正交編碼脈沖信號(hào)解算角度信息。本發(fā)明使用的光柵尺7為RESD系列的增量式圓光柵，增量式光柵尺7較絕對(duì)式光柵尺7系統(tǒng)連線少、接口簡(jiǎn)單，其刻線數(shù)為32768，系統(tǒng)精度能達(dá)到1.08角秒，適高速系統(tǒng)及精度要求很高的測(cè)量場(chǎng)合。該伺服控制裝置配備兩個(gè)光電開關(guān)8，配合角度限位及運(yùn)行中心指示圓盤使用，安裝于負(fù)載框架6頂部，可指示極限位置以及粗精度的中心位置。光電開關(guān)8具有無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)機(jī)械碰撞、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，可以滿足本發(fā)明中設(shè)計(jì)的限位功能應(yīng)用。伺服控制器9結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，伺服控制器9包括交互通信模塊13、信號(hào)采集模塊10、自檢校正控制模塊11以及伺服機(jī)構(gòu)的掃描曲線控制模塊12，伺服控制器9采用 TI公司的TMS320F2812作為主控芯片處理整個(gè)控制流程。交互通信模塊13包括同上位機(jī)信號(hào)處理分機(jī)進(jìn)行工作指令及工作狀態(tài)的交互， 以及同電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2運(yùn)動(dòng)曲線規(guī)劃控制指令的交互。此模塊可通過(guò)RS422/RS232實(shí)現(xiàn)串口通信，同信號(hào)處理分機(jī)的通信協(xié)議包括幀頭、指令字、狀態(tài)字、幀計(jì)數(shù)以及校驗(yàn)位信息；同電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2的通信協(xié)議滿足驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)要求。信號(hào)采集模塊10需處 理光柵的正交編碼脈沖信號(hào)以及光電開關(guān)8信號(hào)。光柵信號(hào)通過(guò)光柵尺7讀數(shù)頭連接器同伺服控制器相連接，經(jīng)正交編碼脈沖計(jì)數(shù)器芯片處理后與 DSP通過(guò)并口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，DSP定時(shí)采集計(jì)數(shù)器芯片的計(jì)數(shù)值。光電開關(guān)8信號(hào)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后連接到DSP上，供主控芯片采集。伺服系統(tǒng)自檢校正控制模塊11完成信號(hào)處理分機(jī)下發(fā)的自檢校正指令，實(shí)現(xiàn)負(fù)載框架精準(zhǔn)回零，并為掃描工作指令做準(zhǔn)備。掃描曲線控制模塊12完成信號(hào)處理分機(jī)下發(fā)的掃描工作指令，最終實(shí)現(xiàn)負(fù)載框架按照掃描曲線運(yùn)行。伺服控制器按照兩種模式進(jìn)行第一模式完成自檢校正，自檢校正工作過(guò)程中由伺服控制器9采集光柵尺7讀數(shù)頭信號(hào)計(jì)算出負(fù)載位置并控制電機(jī)進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng)，完成校正后，將伺服狀態(tài)信息上報(bào)信號(hào)處理分機(jī)等待下發(fā)工作指令，具體工作如下控制器收到自檢校正指令后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)15度停止，系統(tǒng)采集運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)的總線數(shù)，以及相鄰兩個(gè)Z脈沖處的線數(shù)值。根據(jù)上述算法計(jì)算運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)第一個(gè)Z脈沖處的絕對(duì)線數(shù)，由此可計(jì)算出負(fù)載當(dāng)前的絕對(duì)線數(shù)。根據(jù)絕對(duì)位置換算控制電機(jī)使負(fù)載框架6運(yùn)行至零位處完成回零工作。為準(zhǔn)備執(zhí)行掃描工作，控制負(fù)載框架6運(yùn)行至+55度位置處，并上傳信號(hào)處理分機(jī)完成自檢校正。第二模式完成掃描工作，掃描工作過(guò)程中由伺服控制器9按照預(yù)定的掃描運(yùn)動(dòng)曲線計(jì)算參數(shù)并裝訂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2使伺服系統(tǒng)負(fù)載框架6進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)。其工作過(guò)程為通過(guò)中心指示光電開關(guān)8信號(hào)判斷負(fù)載框架6當(dāng)前相對(duì)零位的方向，并控制負(fù)載框架6進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行結(jié)束后發(fā)送掃描完成狀態(tài)字。由于自檢校正指令或每次掃描工作結(jié)束后電機(jī)已經(jīng)運(yùn)行至工作準(zhǔn)備角度處，且掃描工作每次運(yùn)行的角度以及規(guī)劃曲線固定不變，因此僅需判斷零位方向來(lái)確定下次掃描運(yùn)動(dòng)的方向，并控制負(fù)載框架6按預(yù)定曲線運(yùn)動(dòng)。伺服控制系統(tǒng)整體工作流程如圖3所示，具體步驟為(1)等待并接收信號(hào)處理14下發(fā)的指令信號(hào)，進(jìn)入步驟(2)；(2)判斷指令為自檢校正則進(jìn)入步驟(3)；若不是則進(jìn)入步驟(12)；(3)采集光電開關(guān)信號(hào)，進(jìn)入步驟(4)；(4)通過(guò)采集的光電開關(guān)8信號(hào)判斷負(fù)載當(dāng)前所在的方向，如為正方向則進(jìn)入步驟(5)；如為負(fù)方向則進(jìn)入步驟(6)；(5)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2發(fā)送指令程序，使電機(jī)1向負(fù)方向運(yùn)行15度后停止，進(jìn)入步驟(7)； (6)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2發(fā)送指令程序，使電機(jī)1向正方向運(yùn)行15度后停止，進(jìn)入步驟 (7)； (7)采集光柵尺7信號(hào)，進(jìn)入步驟(8)；(8)解算負(fù)載框架6當(dāng)前所在的絕對(duì)位置，進(jìn)入步驟(9)；(9)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2下發(fā)指令程序，使電機(jī)1帶動(dòng)負(fù)載框架6回至絕對(duì)零位處，進(jìn)入步驟(10)；(10)控制負(fù)載框架6勻速運(yùn)行至+55度位置處，為掃描工作做準(zhǔn)備，進(jìn)入步驟 (11)；(11)向信號(hào)處理14發(fā)送自檢完成狀態(tài)字，完成自檢校正功能；(12)判斷指令為工作掃描，則進(jìn)入步驟(13)，否則進(jìn)入步驟(1)；(13)采集當(dāng)前光電開關(guān)8信號(hào)，并進(jìn)入步驟(14)；(14)通過(guò)光電開關(guān)8信號(hào)值判斷負(fù)載框架6當(dāng)前方向，如為正則進(jìn)入步驟(15)， 為負(fù)則進(jìn)入步驟(16)；(15)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2下發(fā)指令程序，使電機(jī)1帶動(dòng)負(fù)載框架6向負(fù)方向按規(guī)劃曲線運(yùn)行，進(jìn)入步驟(17)；(16)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2下發(fā)指令程序，使電機(jī)1帶動(dòng)負(fù)載框架6向正方向按規(guī)劃曲線運(yùn)行，進(jìn)入步驟(17)；(17)向信號(hào)處理分機(jī)14發(fā)送本次掃描完成狀態(tài)字，完成掃描工作。負(fù)載框架6當(dāng)前絕對(duì)位置的解算算法為本發(fā)明選擇的圓光柵由周期性刻線組成，通過(guò)自某絕對(duì)參考點(diǎn)開始的增量數(shù)計(jì)算位置信息，可通過(guò)累計(jì)兩個(gè)參考點(diǎn)間信號(hào)線數(shù)以及下面的公式計(jì)算參考點(diǎn)的絕對(duì)線數(shù)Zlabs= (absA-sgnA-1) 1/2+ (sgnA-dir) absZdelt/2A = 2absZdelt-I其中Zlabs為移過(guò)第一個(gè)參考點(diǎn)的相對(duì)零位的絕對(duì)線數(shù)；I為兩個(gè)固定參考點(diǎn)間的名義增量值；dir為旋轉(zhuǎn)方向，取值為+1或-1 ；Zdelt為兩個(gè)固定參考點(diǎn)間的線數(shù)差；掃描運(yùn)動(dòng)規(guī)劃曲線配置，負(fù)載框架6最高轉(zhuǎn)速為140° /s，最大加速度400° /s2, 旋轉(zhuǎn)角度110°，單次掃描時(shí)間1.4s。
權(quán)利要求
1.一種三維成像安檢門伺服控制裝置，該裝置包括伺服機(jī)構(gòu)、測(cè)量反饋機(jī)構(gòu)和伺服控制器，其中伺服機(jī)構(gòu)包括交流伺服電機(jī)(1)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(2)、電源適配器(3)、減速器(4)、皮帶輪 (5)和負(fù)載框架(6)；交流伺服電機(jī)主軸通過(guò)法蘭盤連接減速器，減速器驅(qū)動(dòng)皮帶輪運(yùn)動(dòng)， 皮帶輪同負(fù)載框架相連，驅(qū)動(dòng)安檢門負(fù)載框架完成各種功能運(yùn)動(dòng)，交流伺服電機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直接控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接電源適配器實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換為電機(jī) 系統(tǒng)提供電源并實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能；測(cè)量反饋機(jī)構(gòu)包括光柵尺(7)、光電開關(guān)(8)，光柵尺(7)安裝于負(fù)載框架主軸上，光柵尺(7)讀數(shù)頭固定于負(fù)載框架并隨框架轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生編碼信號(hào)脈沖從而測(cè)量負(fù)載框架旋轉(zhuǎn)的角度信息，光電開關(guān)(8)安裝于負(fù)載框架(6)頂部與角度指示圓盤相接觸，可實(shí)現(xiàn)中心零位和極限位置的指示；伺服控制器包括交互通信模塊、信號(hào)采集模塊、自檢校正控制模塊以及伺服機(jī)構(gòu)的掃描曲線控制模塊；交互通信模塊分為兩部分一部分完成同上位機(jī)信號(hào)處理分機(jī)的通信， 接收其下發(fā)的指令信號(hào)并反饋當(dāng)前伺服系統(tǒng)狀態(tài)信息；另一部分完成與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的通信，對(duì)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制；其中，信號(hào)采集模塊處理光柵的正交編碼脈沖信號(hào)以及光電開關(guān)信號(hào)；自檢校正控制模塊完成信號(hào)處理分機(jī)下發(fā)的自檢校正指令；掃描曲線控制模塊完成信號(hào)處理分機(jī)下發(fā)的掃描工組指令。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的三維成像安檢門伺服控制裝置，其特征在于伺服控制器按照以下模式進(jìn)行工作伺服控制器按照以下工作模式進(jìn)行工作第一模式完成自檢校正，自檢校正工作過(guò)程中由伺服控制器(9)采集光柵尺(7)讀數(shù)頭信號(hào)計(jì)算出負(fù)載位置并控制電機(jī)進(jìn)行回零運(yùn)動(dòng)，完成校正后，將伺服狀態(tài)信息上報(bào)信號(hào)處理分機(jī)等待下發(fā)掃描工作指令；第二模式完成掃描工作，掃描工作過(guò)程中由伺服控制器(9)按照設(shè)定的掃描運(yùn)動(dòng)曲線計(jì)算參數(shù)并控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(2)使伺服系統(tǒng)負(fù)載框架(6)進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維成像安檢門伺服控制裝置，該裝置包括伺服機(jī)構(gòu)、測(cè)量反饋機(jī)構(gòu)和伺服控制器，其中伺服機(jī)構(gòu)包括交流伺服電機(jī)(1)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(2)、電源適配器(3)、減速器(4)、皮帶輪(5)和負(fù)載框架(6)；測(cè)量反饋機(jī)構(gòu)包括光柵尺(7)、光電開關(guān)(8)；伺服控制器包括交互通信模塊、信號(hào)采集模塊、自檢校正控制模塊以及伺服機(jī)構(gòu)的掃描曲線控制模塊；本發(fā)明通過(guò)伺服控制器的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)了自檢校正以及工作掃描功能，負(fù)載框架能夠在自檢校正指令下計(jì)算出零位并穩(wěn)速精準(zhǔn)回零；在工作掃描指令下按照設(shè)定曲線軌跡運(yùn)動(dòng)并且運(yùn)行平穩(wěn)，能夠保證三維安檢門系統(tǒng)成像的指標(biāo)要求。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102426432SQ20111045750
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者劉俊, 孟飛, 王曉玢 申請(qǐng)人:北京華航無(wú)線電測(cè)量研究所