專利名稱：基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種伺服驅(qū)動系統(tǒng)，尤指一種基于總線技術(shù)的多軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
伺服驅(qū)動器是一種用來控制伺服電機(jī)正常工作的驅(qū)動裝置。現(xiàn)有的伺服驅(qū)動器往往通過一個驅(qū)動器來控制一種伺服電機(jī)的運行，當(dāng)想要對不同種類的伺服電機(jī)進(jìn)行控制時，則需要通過多個伺服驅(qū)動裝置分別對相應(yīng)的伺服電機(jī)進(jìn)行控制。另外，現(xiàn)有的伺服電機(jī)大多為多軸運行，因此現(xiàn)有的伺服驅(qū)動器也很難實現(xiàn)通過一個驅(qū)動器來控制不同種類的多軸伺服電機(jī)的運行。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種基于總線技術(shù)的多軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)?！N基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其包括一用于發(fā)送一控制指令的上位機(jī)及一伺服電機(jī)模塊，所述伺服電機(jī)模塊包括至少一伺服電機(jī)，所述基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)還包括一電源模塊、一與所述上位機(jī)相連的控制模塊及一與所述電源模塊、所述控制模塊及所述伺服電機(jī)模塊相連的驅(qū)動模塊，所述控制模塊包括一基于總線技術(shù)的總線接口電路，當(dāng)所述上位機(jī)發(fā)送所述控制指令時，所述控制模塊執(zhí)行所述控制指令，并通過所述總線接口電路輸出一控制信號至所述驅(qū)動模塊，所述驅(qū)動模塊通過所述總線接口電路與所述控制模塊進(jìn)行通信，所述驅(qū)動模塊采集所述伺服電機(jī)的電流環(huán)，并進(jìn)行電流閉環(huán)運算后輸出一用于控制所述伺服電機(jī)運行的PWM信號。相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明是基于共直流母線技術(shù)與總線技術(shù)相結(jié)合開發(fā)而成的，運用總線技術(shù)可以控制多個不同種類的 多軸伺服電機(jī)的運行，實現(xiàn)連接簡單、方便擴(kuò)展、模塊化多軸控制的目的。


圖1為本發(fā)明基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)較佳實施方式的系統(tǒng)框圖。圖2為本發(fā)明基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)較佳實施方式的具體結(jié)構(gòu)圖。主要元件符號說明上位機(jī)10控制模塊20I/O 電路21通訊電路23DSP控制電路25總線接口電路27編碼器串行通信接口電路29電源模塊30
三相交流電源31整流電路33再生制動電路35驅(qū)動模塊40驅(qū)動電路41總線接口子電路43DSP驅(qū)動子電路45功率驅(qū)動子電路47電流檢測及保護(hù)子電路49伺服電機(jī)模塊50伺服電機(jī)51電機(jī)編碼器53編碼器串行通信模塊60編碼器接口61編碼器串行通信 接口63直流母線電壓Vl
具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)較佳實施方式用于控制多個不同種類的伺服電機(jī)，該基于總線技術(shù)的多軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)包括一上位機(jī)10、一電源模塊30、一與該上位機(jī)10相連的控制模塊20、一與該電源模塊30及該控制模塊20相連的驅(qū)動模塊40、一與該驅(qū)動模塊40相連的伺服電機(jī)模塊50及一連接于該控制模塊20與該伺服電機(jī)模塊50之間的編碼器串行通信模塊60。當(dāng)該上位機(jī)10發(fā)出一控制指令至該控制模塊20時，該控制模塊20執(zhí)行該上位機(jī)10發(fā)出的控制指令，并根據(jù)該控制指令通過該驅(qū)動模塊40來控制該伺服電機(jī)模塊50的運行。請參閱圖2，圖2為本發(fā)明基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)較佳實施方式的具體結(jié)構(gòu)圖。其中，該電源模塊30包括一三相交流電源31、一與該三相交流電源31相連的整流電路33及一與該整流電路33相連的再生制動電路35 ;該控制模塊20包括一與該上位機(jī)10相連的I/O (Input/Output，輸入/輸出)電路21、一與該上位機(jī)10相連的通訊電路23、一與該I/O電路21及該通訊電路23相連的DSP(Digital Signal Processing,數(shù)字信號處理)控制電路25、一與該DSP控制電路25相連的總線接口電路27及一與該DSP控制電路25相連的編碼器串行通信接口電路29 ;該伺服電機(jī)模塊50包括多個不同種類的伺服電機(jī)51,每一伺服電機(jī)51包括一電機(jī)編碼器53 ;該驅(qū)動模塊40包括多個分別與該伺服電機(jī)模塊50的伺服電機(jī)51對應(yīng)連接的驅(qū)動電路41，每一驅(qū)動電路41均包括一總線接口子電路43、一與該總線接口子電路43相連的DSP驅(qū)動子電路45、一與該DSP驅(qū)動子電路45相連的功率驅(qū)動子電路47及一連接于該功率驅(qū)動子電路47與該伺服電機(jī)51之間的電流檢測及保護(hù)子電路49，每相鄰兩個驅(qū)動電路41的總線接口子電路43相互連接，且第一個驅(qū)動電路41的總線接口子電路43與該控制模塊20的總線接口電路27相連每相鄰兩個驅(qū)動電路41的功率驅(qū)動子電路47相互連接，且第一個驅(qū)動電路41的功率驅(qū)動子電路47與該電源模塊30的整流電路33及再生驅(qū)動電路35相連；該編碼器串行通信模塊60包括一與該伺服電機(jī)模塊50的每一伺服電機(jī)51分別相連的編碼器接口 61及一連接于該編碼器接口61與該控制模塊20的編碼器串行通信接口電路29之間的編碼器串行通信接口 63。在本實施方式中，該控制模塊20的通訊電路23可以為基于CAN總線、RS232接口、RS485接口或RS422接口中的一種或幾種的電路；該控制模塊20的總線接口電路27與每一驅(qū)動電路41的總線接口子電路43可以為基于EtherCAT協(xié)議、CAN總線、RS232接口、RS485接口或RS422接口中一種的電路該DSP控制電路25為該控制模塊20中的核心控制芯片。請同時參閱圖1與圖2，本發(fā)明基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)較佳實施方式的工作原理如下:該電源模塊30中的三相交流電源31經(jīng)過整流電路33整流后輸出一直流母線電壓Vl至該驅(qū)動模塊40內(nèi)的功率驅(qū)動子電路47，且多個驅(qū)動電路41共用一個直流母線。當(dāng)需要控制多軸伺服電機(jī)51時，可將更多的驅(qū)動電路41并接于同一個直流母線上，當(dāng)并接的驅(qū)動電路41過多時，則會產(chǎn)生過多的再生能量而導(dǎo)致該直流母線電壓Vl的升高，此時，該電源模塊30中的再生制動電路35將開始作用來釋放產(chǎn)生的再生能量。該伺服電機(jī)模塊50內(nèi)伺服電機(jī)51的電機(jī)編碼器53分別輸出各軸伺服電機(jī)的位置信號至該編碼器串行通信模塊60的編碼器接口 61上，該編碼器串行通信接口 63處理接收的各軸伺服電機(jī)的位置信號，并將處理后的位置信號傳送至該控制模塊20內(nèi)的編碼器串行通信接口電路29，該DSP控制電路25對該編碼器串行通信接口電路29傳送的信號進(jìn)行位置閉環(huán)與速度閉環(huán)的運算。當(dāng)需要對該伺服電機(jī)模塊50內(nèi)的多個伺服電機(jī)51進(jìn)行控制時，該上位機(jī)10通過該控制模塊20中的I/O電路21或通信電路23傳送用于對整個伺服驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制指令，該控制模塊20內(nèi)的DSP控制電路25處理并執(zhí)行該上位機(jī)10傳送的控制指令，同時對該編碼器串行通信模塊60采集來的伺服電機(jī)51的各軸的位置信號進(jìn)行伺服驅(qū)動系統(tǒng)閉環(huán)控制中的位置閉環(huán)與速度閉環(huán)的運算，并將位置環(huán)與速度環(huán)最終的計算值經(jīng)由該總線接口電路27傳送至該驅(qū)動模塊40的每一總線接口子電路43。該驅(qū)動模塊40通過總線接口電路27與該控制模塊20進(jìn)行交互通信即該控制模塊20輸出的控制信號經(jīng)由該總線接口電路27及該驅(qū)動模塊40的每一總線接口子電路43傳送至每一 DSP驅(qū)動子電路45，該電流檢測及保護(hù)子電路49進(jìn)行電流環(huán)采樣，采集到的電流環(huán)信號在該DSP驅(qū)動子電路45中進(jìn)行電流閉環(huán)運算，最終輸出PWM(Pulse WidthModulation，脈沖寬度調(diào)制)信號來驅(qū)動對應(yīng)的功率驅(qū)動子電路47內(nèi)的控制開關(guān)的開通或關(guān)斷，進(jìn)而控制每一伺服電機(jī)51的運行。當(dāng)該電流檢測及保護(hù)子電路49采樣的電流值過大時，將使得每一驅(qū)動電路41內(nèi)的DSP驅(qū)動子電路45關(guān)斷PWM信號，從而使得伺服電機(jī)51停止運行，達(dá)到保護(hù)的目的。在本發(fā)明中，多個不同種類的伺服電機(jī)51的控制算法均在DSP驅(qū)動子電路45中進(jìn)行，如果想要控制多軸伺服電機(jī)51時，只需要擴(kuò)展多個驅(qū)動電路41，將每一驅(qū)動電路41通過總線接口子電路43的接口互連，并與該控制模塊20進(jìn)行信號交互。如果該伺服電機(jī)模塊50內(nèi)的每一伺服電機(jī)51均不包括電機(jī)編碼器53，則本發(fā)明可以不包括該編碼器串行通信模塊60，且該控制模塊20內(nèi)的DSP控制電路25將不作閉環(huán)運算，直接處理并執(zhí)行該上位機(jī)10傳送的控制指令，通過總線接口電路27及該驅(qū)動模塊40的每一總線接口子電路43驅(qū)動每一驅(qū)動電路41，進(jìn)而控制每一伺服電機(jī)51的運行。本發(fā)明由于使用了獨立模塊化的結(jié)構(gòu)方式，各個模塊相對獨立，因此使用上更加靈活，可實現(xiàn)單軸或多軸伺服電機(jī)的控制，開環(huán)或閉環(huán)的控制，各種不同種類電機(jī)的控制，且由于電流環(huán)與位置環(huán)、速度環(huán)分別在兩個模塊中完成，響應(yīng)速度更快。本發(fā)明基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)是基于共直流母線技術(shù)與總線技術(shù)相結(jié)合開發(fā)而成的，運用總線技術(shù)最多可擴(kuò)展驅(qū)動10軸以上不同種電機(jī)的運行，實現(xiàn)連接簡單、方便擴(kuò)展、模塊化多軸控制的目的。
權(quán)利要求
1.一種基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其包括一用于發(fā)送一控制指令的上位機(jī)及一伺服電機(jī)模塊，所述伺服電機(jī)模塊包括至少一伺服電機(jī)，其特征在于:所述基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)還包括一電源模塊、一與所述上位機(jī)相連的控制模塊及一與所述電源模塊、所述控制模塊及所述伺服電機(jī)模塊相連的驅(qū)動模塊，所述控制模塊包括一基于總線技術(shù)的總線接口電路，當(dāng)所述上位機(jī)發(fā)送所述控制指令時，所述控制模塊執(zhí)行所述控制指令，并通過所述總線接口電路輸出一控制信號至所述驅(qū)動模塊，所述驅(qū)動模塊通過所述總線接口電路與所述控制模塊進(jìn)行通信，所述驅(qū)動模塊采集所述伺服電機(jī)的電流環(huán)，并進(jìn)行電流閉環(huán)運算后輸出一用于控制所述伺服電機(jī)運行的PWM信號。
2.如權(quán)利要求1所述的基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)還包括一連接于所述控制模塊與所述伺服電機(jī)模塊之間的編碼器串行通信模塊，所述編碼器串行通信模塊將所述伺服電機(jī)各軸的位置信號傳送至所述控制模塊，所述控制模塊進(jìn)行位置閉環(huán)與速度閉環(huán)的運算，并將計算值經(jīng)由所述總線接口電路傳送至所述驅(qū)動模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述控制模塊還包括一與所述上位機(jī)相連的I/O電路、一與所述上位機(jī)相連的通訊電路、一與所述I/O電路、所述通訊電路及所述總 線接口電路相連的DSP控制電路及一與所述DSP控制電路相連的編碼器串行通信接口電路，所述DSP控制電路處理并執(zhí)行所述上位機(jī)傳送的控制指令，同時對所述編碼器串行通信模塊傳送的所述伺服電機(jī)各軸的位置信號進(jìn)行位置閉環(huán)與速度閉環(huán)的運算，并將計算值經(jīng)由所述總線接口電路傳送至所述驅(qū)動模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述伺服電機(jī)模塊包括多個不同種類的伺服電機(jī)，所述驅(qū)動模塊包括多個分別與所述伺服電機(jī)對應(yīng)連接的驅(qū)動電路，每一驅(qū)動電路均包括一與所述總線接口電路相連的總線接口子電路、一與所述總線接口子電路相連的DSP驅(qū)動子電路一與所述DSP驅(qū)動子電路相連的功率驅(qū)動子電路及一連接于所述功率驅(qū)動子電路與所述伺服電機(jī)之間的電流檢測及保護(hù)子電路。
5.如權(quán)利要求4所述的基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:每相鄰兩個驅(qū)動電路的總線接口子電路相互連接，每相鄰兩個驅(qū)動電路的功率驅(qū)動子電路相互連接，且第一個驅(qū)動電路的功率驅(qū)動子電路與所述電源模塊相連，所述控制模塊輸出的控制信號經(jīng)由所述總線接口電路及所述驅(qū)動模塊的每一總線接口子電路傳送至每一 DSP驅(qū)動子電路，所述電流檢測及保護(hù)子電路采集所述伺服電機(jī)的電流環(huán)，所述DSP驅(qū)動子電路進(jìn)行電流閉環(huán)運算并輸出PWM信號來驅(qū)動對應(yīng)的功率驅(qū)動子電路內(nèi)的控制開關(guān)的開通或關(guān)斷，進(jìn)而控制每一伺服電機(jī)的運行。
6.如權(quán)利要求5所述的基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)所述電流檢測及保護(hù)子電路采樣的電流值過大時，將使得所述驅(qū)動電路內(nèi)的DSP驅(qū)動子電路關(guān)斷所述PWM信號，所述伺服電機(jī)停止運行。
7.如權(quán)利要求5所述的基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述電源模塊包括一三相交流電源、一與所述三相交流電源相連的整流電路及一與所述整流電路相連的再生制動電路，所述三相交流電源經(jīng)過所述整流電路整流后輸出一直流母線電壓至所述驅(qū)動模塊的功率驅(qū)動子電路，所述多個驅(qū)動電路共用一個直流母線。
8.如權(quán)利要求7所述的基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)所述驅(qū)動電路的個數(shù)過多時，所述電源模塊中的再生制動電路開始作用來釋放產(chǎn)生的再生能量。
9.如權(quán)利要求7所述的基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于:所述每一伺服電機(jī)包括一電機(jī)編碼 器，所述編碼器串行通信模塊包括一與每一伺服電機(jī)分別相連的編碼器接口及一連接于所述編碼器接口與所述控制模塊的編碼器串行通信接口電路之間的編碼器串行通信接口。
全文摘要
一種基于總線技術(shù)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，包括一上位機(jī)及一伺服電機(jī)模塊，所述伺服電機(jī)模塊包括至少一伺服電機(jī)，所述伺服驅(qū)動系統(tǒng)還包括一電源模塊、一與所述上位機(jī)相連的控制模塊及一與所述電源模塊、所述控制模塊及所述伺服電機(jī)模塊相連的驅(qū)動模塊，所述控制模塊包括一基于總線技術(shù)的總線接口電路，當(dāng)所述上位機(jī)發(fā)送所述控制指令時，所述控制模塊執(zhí)行所述控制指令，并通過所述總線接口電路輸出一控制信號至所述驅(qū)動模塊，所述驅(qū)動模塊通過所述總線接口電路與所述控制模塊進(jìn)行通信，所述驅(qū)動模塊采集所述伺服電機(jī)的電流環(huán)，并進(jìn)行電流閉環(huán)運算后輸出一用于控制所述伺服電機(jī)運行的PWM信號。本發(fā)明可以控制多個不同種類的多軸伺服電機(jī)的運行。
文檔編號H02P5/74GK103199773SQ20121000373
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者孟慶鑄, 褚明杰, 曲道奎, 徐方, 於曉龍, 賈凱, 沈德峰, 楊奇峰 申請人:沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司