一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，屬于多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括PC機(jī)，通過(guò)PCI-CAN/PCI-SERCOS接口卡與CAN/SERCOS總線之間進(jìn)行連接，用作分布式網(wǎng)絡(luò)控制的主機(jī)；CAN/SERCOS總線，連接主機(jī)與多于1個(gè)的伺服控制器，作為主機(jī)與各伺服控制器之間通訊通道；SERCOS接口電路與CAN收發(fā)器，用于伺服控制器與CAN/SERCOS總線的通訊連接；伺服控制器，包含主控模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，與伺服電機(jī)、SERCOS接口電路以及CAN收發(fā)器連接，用于控制和驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)行，并與主機(jī)進(jìn)行通訊；SERCOS總線為工作總線，CAN總線通訊為備用總線，主控模塊采用DSP+FPGA雙處理器。本實(shí)用新型使系統(tǒng)的精度及響應(yīng)速度大幅度提高。
【專利說(shuō)明】一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種以SERCOS總線為主以CAN總線備用的、伺服控制器采用雙處理器的多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)誤差是由各參與驅(qū)動(dòng)電機(jī)合成運(yùn)動(dòng)形成的。如果將多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用到機(jī)器人或者雕刻機(jī)中，由各個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多軸合成運(yùn)動(dòng)誤差最終反映在輪廓誤差上。較之單軸的跟蹤誤差，輪廓誤差是影響軌跡跟蹤精度的最主要因素，因此，多軸聯(lián)動(dòng)協(xié)同工作的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的控制性能。
[0003]傳統(tǒng)的方法是僅僅通過(guò)改善各個(gè)單個(gè)控制器的性能來(lái)減少跟蹤誤差，從而間接減小了各軸之間的運(yùn)動(dòng)誤差。然而，對(duì)于分布式控制系統(tǒng)而言，在單個(gè)軸的跟蹤性能很好的前提下，如果缺乏同步協(xié)調(diào)，也不能保證多個(gè)軸共同作用的效果。
[0004]目前，RS485總線廣泛應(yīng)用到多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，然而其延時(shí)誤差相對(duì)較大，使得各參數(shù)與軸之間以及各個(gè)模塊之間的協(xié)調(diào)控制精度相對(duì)較低，從而限制了整個(gè)系統(tǒng)的精度提高。同時(shí)，RS485總線的通訊速率受傳輸距離的影響較大，也限制了其應(yīng)用的范圍，穩(wěn)定性也有待于進(jìn)一步提尚。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]1.實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)誤差較大且不夠穩(wěn)定的不足，提供了一種以SERCOS總線為主、以CAN總線為備用，分布式網(wǎng)絡(luò)控制為基礎(chǔ)的，伺服控制器采用雙處理器的多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，以減小串行通訊以及控制器處理延時(shí)誤差，提高了系統(tǒng)的同步性能，從而使系統(tǒng)的精度、響應(yīng)速度及可靠性大幅度提高。
[0007]2.技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為:
[0009]本實(shí)用新型的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，包括PC機(jī)，通過(guò)PC1-CAN/PC1-SERCOS接口卡與CAN/SERCOS總線之間進(jìn)行連接，用作分布式網(wǎng)絡(luò)控制的主機(jī)；CAN/SERCOS總線，連接主機(jī)與多于I個(gè)的伺服控制器，作為主機(jī)與各伺服控制器之間的通訊通道；SERCOS接口電路，用于伺服控制器與SERCOS總線的通訊連接；CAN收發(fā)器，用于伺服控制器與CAN總線的通訊連接；伺服控制器，包含主控模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，所述的伺服控制器與伺服電機(jī)、SERCOS接口電路以及CAN收發(fā)器連接，伺服控制器用于控制和驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)行、并與主機(jī)進(jìn)行通訊；所述的SERCOS總線為工作總線，CAN總線為備用總線，所述的主控模塊采用DSP+FPGA雙處理器。
[0010]作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的DSP處理器采用TMS320LF2812芯片，負(fù)責(zé)控制電機(jī)與上位機(jī)通訊；所述的FPGA處理器采用ACEX EP1K30-144芯片，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，DSP處理器與FPGA處理器之間采用SPI串行通訊。
[0011]作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的驅(qū)動(dòng)模塊由仙童智能功率模塊(IPM)FSBB20CH60F及其外圍電路組成組成，IPM的控制信號(hào)輸入端和DSP處理器的6路PWM輸出引腳通過(guò)高速光耦TLP559IGM相連，IPM的信號(hào)輸出端輸出U、V、W三相電壓直接與伺服電機(jī)相連，IPM的電源輸入端經(jīng)過(guò)整流器KBPC3510W為核心的電源電路接到將380V的工頻三相交流電源。
[0012]作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，SERCOS接口電路中SERCOS接口處理芯片采用SERC0N816芯片，SERC0N816芯片及其外圍電路構(gòu)成伺服控制器與SERCOS總線連接的SERCOS接口電路。
[0013]作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的CAN收發(fā)器采用SN65HVD230芯片。
[0014]作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，用于PC機(jī)與CAN/SERC0S總線之間通訊的PC1-CAN/PC1-SERCOS接口卡采用接口卡FC7502，接口卡FC7502負(fù)責(zé)連接主機(jī)與總線之間的信息轉(zhuǎn)換。
[0015]作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的伺服電機(jī)采用永磁同步電機(jī)。
[0016]3.有益效果
[0017]采用本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0018](I)本實(shí)用新型的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，將伺服系統(tǒng)的高速、高精度和無(wú)漂移等特點(diǎn)與SERCOS總線的高速數(shù)據(jù)通訊和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)控制等優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，減小多模塊之間的延時(shí)誤差，同時(shí)采用DSP+FPGA雙處理器控制，減小控制器本身的處理時(shí)間，提高控制器的處理速度和執(zhí)行效率，以提高整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度；
[0019](2)本實(shí)用新型的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，充分利用DSP處理器(TMS320F2812芯片)現(xiàn)成的CAN控制器模塊，把CAN作為備用總線，以提高系統(tǒng)的可靠性；
[0020](3)本實(shí)用新型的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，原理簡(jiǎn)單，便于推廣使用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)總體框圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型中的從站伺服控制器及驅(qū)動(dòng)電路圖；
[0023]圖3為本實(shí)用新型中的DSP處理器與SERC0N816芯片及CAN總線收發(fā)器接線示意圖；
[0024]圖4為本實(shí)用新型中的DSP處理器與FPGA處理器的SPI通訊接口圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的內(nèi)容，結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)描述。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本實(shí)施例的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，采用分布式網(wǎng)絡(luò)控制，如圖1所示，包括PC機(jī)，通過(guò)PC1-CAN/PC1-SERCOS接口卡與CAN/SERC0S總線之間進(jìn)行連接，用作分布式網(wǎng)絡(luò)控制的主機(jī)，其中用于PC機(jī)與CAN/SERC0S總線之間通訊的PC1-CAN/PC1-SERCOS接口卡采用接口卡FC7502，負(fù)責(zé)連接主機(jī)與CAN/SERC0S總線之間的信息轉(zhuǎn)換；CAN/SERC0S總線，分別與PC機(jī)、SERCOS接口電路和CAN收發(fā)器相連，連接主機(jī)與多于I個(gè)的伺服控制器，作為主機(jī)與各伺服控制器之間通訊通道，具體在本實(shí)施例中，伺服控制器為3個(gè)；SERCOS接口電路，分別與SERCOS總線和伺服控制器的主控模塊相連，用于伺服控制器與SERCOS總線的通訊連接；CAN收發(fā)器，分別與CAN總線和伺服控制器的主控模塊相連，用于伺服控制器與CAN總線的通訊連接；伺服控制器，包含主控模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，主控模塊分別與SERCOS接口電路、CAN收發(fā)器、驅(qū)動(dòng)模塊、伺服電機(jī)相連，驅(qū)動(dòng)模塊分別與主控模塊和伺服電機(jī)相連，伺服控制器用于控制和驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)行、并與主機(jī)進(jìn)行通訊；所述的伺服電機(jī)分別與主控模塊和驅(qū)動(dòng)模塊相連，伺服電機(jī)采用永磁同步電機(jī)。SERCOS總線為工作總線，CAN總線為備用總線，本實(shí)施例將伺服系統(tǒng)的高速、高精度和無(wú)漂移等特點(diǎn)與SERCOS總線的高速數(shù)據(jù)通訊和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)控制等優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，減小多模塊之間的延時(shí)誤差，且充分利用DSP處理器(TMS320F2812芯片)現(xiàn)成的CAN控制器模塊，把CAN作為備用總線，以提高系統(tǒng)的可靠性
[0028]如圖2所示，所述的主控模塊采用DSP+FPGA雙處理器，DSP處理器采用TMS320LF2812芯片，負(fù)責(zé)電機(jī)控制與上位機(jī)通訊，F(xiàn)PGA處理器采用ACEXEP1K30-144芯片，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，DSP處理器與FPGA處理器之間采用SPI串行通訊，F(xiàn)PGA處理器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、故障檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，將濾波后的數(shù)據(jù)，通過(guò)SPI接口發(fā)送到DSP處理器芯片，同時(shí)對(duì)撥碼開關(guān)操作控制。采用雙處理器控制，減小控制器本身的處理時(shí)間，提高控制器的處理速度和執(zhí)行效率，以提高整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度；FPGA處理器外圍還設(shè)有故障檢測(cè)電路，及時(shí)反饋故障信號(hào)。所述的驅(qū)動(dòng)模塊由仙童智能功率模塊FSBB20CH60F及其外圍電路組成組成，仙童智能功率模塊的控制信號(hào)輸入端和DSP處理器的6路PWM輸出引腳通過(guò)高速光耦TLP559IGM相連，仙童智能功率模塊的信號(hào)輸出端輸出U、V、W三相電壓直接與伺服電機(jī)相連，仙童智能功率模塊的電源輸入端經(jīng)過(guò)整流器KBPC3510W為核心的電源電路接到380V的工頻三相交流電源。
[0029]如圖2、圖3所示，所述的SERCOS接口處理芯片采用SERC0N816芯片，SERC0N816芯片的D15-D0腳和A12-A1腳分別與TMS320LF2812芯片的XD15-XD0腳、XAll-XAO腳相連；SERC0N816 芯片的 RDN、RffN, INTO、INTU RSTN 分別與 TMS320LF2812 芯片的 XRD、XRff,XINT1、XINT2、TRST相連，接口之間設(shè)有電平轉(zhuǎn)換電路；SERC0N816芯片的TXD和RXD分別通過(guò)光發(fā)送器和光接收器與總線連接；SERC0N816芯片及其外圍電路構(gòu)成伺服控制器與總線連接的接口電路。所述的CAN收發(fā)器采用SN65HVD230芯片，SN65HVD230芯片的D引腳和R引腳分別與TMS320LF2812芯片的CANTXA和CANRXA引腳相連；SN65HVD230芯片的CANH和CANL連接到總線上。
[0030]如圖4所示，所述的雙處理器控制采用SPI通訊，DSP處理器與FPGA處理器通過(guò)SPI接口連接，并在SPI通訊中將FPGA處理器設(shè)為主機(jī)，而將DSP處理器設(shè)為從機(jī)。
[0031]該系統(tǒng)的工作過(guò)程舉例描述如下:
[0032]在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由PC機(jī)設(shè)定并向各伺服控制器的主控模塊發(fā)送動(dòng)作指令，包括轉(zhuǎn)速指令和位置指令。每個(gè)伺服控制器的主控模塊通過(guò)SERCOS接口電路接收指令并進(jìn)行處理成對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角控制信號(hào)，并進(jìn)入控制系統(tǒng)的算法，產(chǎn)生6路PWM控制脈沖，6路PWM控制伺服控制器的驅(qū)動(dòng)模塊控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和位置，主控模塊與驅(qū)動(dòng)模塊采用光電耦合隔離。容易理解，這里的控制是基于對(duì)伺服電機(jī)8的轉(zhuǎn)速和位置檢測(cè)的基礎(chǔ)之上的雙閉環(huán)控制。
[0033]同時(shí)，主控模塊將檢測(cè)的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置以及故障檢測(cè)信號(hào)通過(guò)SERCOS接口電路連接到總線上以送至主機(jī)，主機(jī)根據(jù)各個(gè)伺服控制器上傳的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，計(jì)算出誤差并進(jìn)行在線調(diào)整指令和參數(shù)，同時(shí)對(duì)故障的類型進(jìn)行判斷與顯示報(bào)警。此外，上傳到主機(jī)的還有各伺服電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流以及溫度等。
[0034]根據(jù)本實(shí)施例，CAN總線為備用總線，主控模塊的DSP芯片的CAN控制器通過(guò)CAN收發(fā)器與總線連接，作用與SERCOS總線類同，在通訊速率上劣于SERCOS總線通訊，故誤差稍大。
[0035]以上示意性的對(duì)本實(shí)用新型及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實(shí)用新型的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:包括PC機(jī)，通過(guò)PC1-CAN/PC1-SERCOS接口卡與CAN/SERCOS總線之間進(jìn)行連接，用作分布式網(wǎng)絡(luò)控制的主機(jī)；CAN/SERCOS總線，連接主機(jī)與多于I個(gè)的伺服控制器，作為主機(jī)與各伺服控制器之間的通訊通道；SERCOS接口電路，用于伺服控制器與SERCOS總線的通訊連接；CAN收發(fā)器，用于伺服控制器與CAN總線的通訊連接；伺服控制器，包含主控模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，所述的伺服控制器與伺服電機(jī)、SERCOS接口電路以及CAN收發(fā)器連接，伺服控制器用于控制和驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)行、并與主機(jī)進(jìn)行通訊；所述的SERCOS總線為工作總線，CAN總線為備用總線，所述的主控模塊采用DSP+FPGA雙處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的DSP+FPGA雙處理器中DSP處理器采用TMS320LF2812芯片，負(fù)責(zé)控制電機(jī)與上位機(jī)通訊；FPGA處理器采用ACEX EP1K30-144芯片，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，DSP處理器與FPGA處理器之間采用SPI串行通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)模塊由仙童智能功率模塊FSBB20CH60F及其外圍電路組成，仙童智能功率模塊的控制信號(hào)輸入端和DSP處理器的6路PWM輸出引腳通過(guò)高速光耦TLP559IGM相連，仙童智能功率模塊的信號(hào)輸出端輸出U、V、W三相電壓直接與伺服電機(jī)相連，仙童智能功率模塊的電源輸入端經(jīng)過(guò)整流器KBPC3510W為核心的電源電路接到380V的工頻三相交流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:SERC0S接口電路中SERCOS接口處理芯片采用SERC0N816芯片，SERC0N816芯片及其外圍電路構(gòu)成伺服控制器與SERCOS總線連接的SERCOS接口電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的CAN收發(fā)器采用SN65HVD230芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:用于PC機(jī)與CAN/SERCOS總線之間通訊的PC1-CAN/PC1-SERCOS接口卡采用接口卡FC7502，接口卡FC7502負(fù)責(zé)連接主機(jī)與總線之間的信息轉(zhuǎn)換。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多軸聯(lián)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的伺服電機(jī)采用永磁同步電機(jī)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK204229213SQ201420711823
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】戴文俊, 楊國(guó)詩(shī), 賈群, 婁建國(guó) 申請(qǐng)人:淮南師范學(xué)院