一種直線電機(jī)驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】一種直線電機(jī)驅(qū)動器，包括TMS320F28335處理器、整流濾波模塊、IPM模塊、驅(qū)動模塊、故障檢測與保護(hù)模塊、電流反饋單元、位置和速度反饋單元、電源模塊、通信模塊、狀態(tài)指示單元、24V數(shù)字I/O接口、三相380V交流電源以及24V直流供電電源，所述24V直流供電電源的輸出端與電源模塊連接；TMS320F28335處理器的輸出端與故障檢測與保護(hù)模塊、驅(qū)動模塊、24V數(shù)字I/O接口、通信模塊雙向連接，與狀態(tài)指示單元連接單向連接。本實(shí)用新型具有豐富的定位控制功能，支持脈沖、USB、RS232及現(xiàn)場總線多種控制方式，可以實(shí)現(xiàn)對直線電機(jī)精準(zhǔn)的位置控制，適用于工業(yè)環(huán)境下的系統(tǒng)集成。
【專利說明】
一種直線電機(jī)驅(qū)動器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電機(jī)驅(qū)動【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及到一種直線電機(jī)驅(qū)動器。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著超高速切削、超精密加工等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，對機(jī)床各項(xiàng)性能指標(biāo)提出了越來越高的要求。同時(shí)也對機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的伺服性能提出了更高的要求:要有很高的驅(qū)動力、快速進(jìn)給速度和極高的快速定位精度。高速度、高加速度和高精度是現(xiàn)代數(shù)控伺服驅(qū)動的要求及發(fā)展趨勢。直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝置，具有高精度、高速度和“零傳動”特性，配合直線電機(jī)驅(qū)動器可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位置控制及豐富的定位控制，因此直線電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)正在成為高檔數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，是高端數(shù)控設(shè)備未來的發(fā)展趨勢，但是我國目前自主研制的直線電機(jī)驅(qū)動器在控制精度、響應(yīng)速度方面與國外著名企業(yè)存在較大差距，且已成為制約我國發(fā)展高精度數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的瓶頸問題。傳統(tǒng)的直線電機(jī)驅(qū)動器控制板采用03？和兩個(gè)芯片，03？主要完成矢量變換、？10控制算法，主要完成邏輯處理，電路過于復(fù)雜導(dǎo)致驅(qū)動器控制板成本高、結(jié)構(gòu)布局與走線難度大。113320？28335是II公司的一款113320(^28^系列浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器。與以往的定點(diǎn)03？相比，該器件具有精度高、成本低、功耗小、性能高、外設(shè)集成度高、八/0轉(zhuǎn)換更精確快速等特點(diǎn)，具有150冊12的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，6個(gè)0嫩通道支持八0(^1083？和211？，有多達(dá)18路的？麗輸出，其中有6路為丁1特有的更高精度的？麗輸出(冊?麗)，12位16通道八IX:，與前代03？相比，平均性能提高50^^并與定點(diǎn)^日工控制器軟件兼容，從而簡化軟件開發(fā)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。但是將113320？28335作為電機(jī)驅(qū)動主芯片的設(shè)計(jì)目前還并未完善。因此，現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中亟需要一種新型的技術(shù)方案來解決這一問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種直線電機(jī)驅(qū)動器，具有豐富的定位控制功能，支持脈沖、舊8、83232及現(xiàn)場總線多種控制方式，可以實(shí)現(xiàn)對直線電機(jī)精準(zhǔn)的位置控制，并支持總線和狀卜虹-…!'總線，適用于工業(yè)環(huán)境下的系統(tǒng)集成。
[0004]一種直線電機(jī)驅(qū)動器，包括113320？28335處理器、整流濾波模塊、1？1模塊、驅(qū)動模塊、故障檢測與保護(hù)模塊、電流反饋單元、位置和速度反饋單元、電源模塊、通信模塊、狀態(tài)指示單元、2價(jià)數(shù)字1/0接口、三相3807交流電源以及2價(jià)直流供電電源，所述2價(jià)直流供電電源的輸出端與電源模塊連接；所述電源模塊的輸出端與113320？28335處理器連接；所述113320？28335處理器的輸出端與故障檢測與保護(hù)模塊、驅(qū)動模塊、2價(jià)數(shù)字1/0接口、通信模塊雙向連接，與狀態(tài)指示單元單向連接；所述三相38(^交流電源的輸出端與整流濾波模塊連接，整流濾波模塊的輸出端與1？1模塊連接，所述1？1模塊的輸出端與直線電機(jī)和電流反饋單元連接，1？1模塊與驅(qū)動模塊雙向連接，所述驅(qū)動模塊與故障檢測與保護(hù)模塊雙向連接；所述電流反饋單元的輸出端與113320？28335處理器連接；所述直線電機(jī)的輸出端與位置和速度反饋單元連接，所述位置和速度反饋單元的輸出端與113320？28335處理器連接；
[0005]所述113320？28335處理器包括電源電路、復(fù)位電路、1X^6調(diào)試電路、外部擴(kuò)展16位存儲空間為512X8的靜態(tài)隨機(jī)存儲器3狀1、外部擴(kuò)展118的[匕也，所述外部擴(kuò)展16位存儲空間為512X8的靜態(tài)隨機(jī)存儲器3狀1直接與113320？28335處理器的地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。
[0006]所述位置和速度反饋單元包括331編碼器接口電路、正余弦編碼器接口電路以及編碼器電源電路，所述正余弦編碼器接口電路與113320？28335處理器的八IX:引腳聯(lián)通。
[0007]所述通信模塊包括控制器局域網(wǎng)絡(luò)…隊(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、83232接口以及[382.0 接口。
[0008]所述狀態(tài)指示單元上設(shè)置有5個(gè)顏色各不相同的[￡0指示燈。
[0009]所述2價(jià)數(shù)字1/0接口包括6通道數(shù)字輸入接口和4通道數(shù)字輸出接口。
[0010]所述2價(jià)數(shù)字1/0接口內(nèi)部設(shè)置有光耦隔離器。
[0011]通過上述設(shè)計(jì)方案，本實(shí)用新型可以帶來如下有益效果:一種直線電機(jī)驅(qū)動器，具有豐富的定位控制功能，支持脈沖、舊8、83232及現(xiàn)場總線多種控制方式，可以實(shí)現(xiàn)對直線電機(jī)精準(zhǔn)的位置控制，并支持總線和狀卜虹-…!'總線，適用于工業(yè)環(huán)境下的系統(tǒng)集成。通信模塊內(nèi)置的狀卜虹-…!'網(wǎng)絡(luò)協(xié)議運(yùn)動控制總線及先進(jìn)伺服驅(qū)動器所具備的智能保護(hù)功能，包括過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、超速保護(hù)、過載保護(hù)、制動異常提示、位置超差及編碼器故障提示功，狀“!'-…!'通訊規(guī)范的設(shè)計(jì)與多種運(yùn)動控制器完美結(jié)合，體現(xiàn)機(jī)械自動化領(lǐng)域高速同步的應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明:
[0013]圖1為本實(shí)用新型一種直線電機(jī)驅(qū)動器總體系統(tǒng)流程示意圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型位置和速度反饋單元正余弦磁柵尺差分輸入電路圖。
[0015]圖3為本實(shí)用新型直流母線電壓檢測電路圖。
[0016]圖4為本實(shí)用新型編碼器電源電路圖。
[0017]圖5為本實(shí)用新型113320？28335處理器最小系統(tǒng)電路圖。
[0018]圖6為本實(shí)用新型…8接口電路圖。
[0019]圖7為本實(shí)用新型狀1161~-0\1通信接口電路圖。
[0020]圖8為本實(shí)用新型2價(jià)數(shù)字1/0接口電路圖。
[0021]其中1-113320？28335處理器、2-整流濾波模塊、3-1？1模塊、4-驅(qū)動模塊、5-故障檢測與保護(hù)模塊、6-電流反饋單元、7-位置和速度反饋單元、8-電源模塊、9-通信模塊、10-狀態(tài)指示單元、11-247數(shù)字1/0接口、12-三相3807交流電源、13-2價(jià)直流供電電源、14-直線電機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型提供一種直線電機(jī)驅(qū)動器，本實(shí)用新型公開的直線電機(jī)驅(qū)動器是由丁13320？28335處理器(1)、整流濾波模塊(2)391模塊(3)、驅(qū)動模塊(4)、故障檢測與保護(hù)模塊(5)、電流反饋單元(6)、位置和速度反饋單元(7)、電源模塊(8)、通信模塊(9)、狀態(tài)指示單元(10)和2價(jià)數(shù)字1/0接口(11)組成，為使本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型的附圖對本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0023]如圖1所示，為本實(shí)用新型的總體系統(tǒng)框圖，本實(shí)用新型的驅(qū)動器的核心控制處理器為113320？28335處理器(1)，113320？28335處理器(1)接收電流反饋單元(6)和位置和速度反饋單元(7)提供的的電流、位置、速度數(shù)據(jù)通過矢量變換和？10閉環(huán)控制，然后提供控制信號給驅(qū)動模塊(4)，驅(qū)動模塊(4)將控制信號放大后驅(qū)動1？1模塊(3)輸出直線電機(jī)所需的電壓和電流，同時(shí)113320528335(1)可以通過故障檢測與保護(hù)模塊(5)傳送回來的信號判斷驅(qū)動器工作是否正常并通過狀態(tài)指示單元(10)顯示，若發(fā)生故障可立即關(guān)斷
模塊(3)輸出，可以避免驅(qū)動器各模塊收到損壞，118320^28335(1)還與通信模塊(9)連接可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信，了13320828335(1)還擴(kuò)展了 2價(jià)數(shù)字170接口(11),用于脈沖控制。在使用時(shí)1？1模塊⑶輸出連接到直線電機(jī)(14),電源供電需要三相3807交流電
(12)和2價(jià)直流供電電源(13)。
[0024]118320？28335處理器(1)是本實(shí)用新型的核心處理器，圖5為113320？28335處理器⑴的最小系統(tǒng)電路圖，包括電源電路、復(fù)位電路、II'‘調(diào)試電路、外部擴(kuò)展16位存儲空間為512X8的3狀1、外部擴(kuò)展118的[匕也，電源電路、復(fù)位電路和II調(diào)試電路是118320？28335工作時(shí)必需電路，外部擴(kuò)展16位存儲空間為5121(8的3狀1是因?yàn)楸緦?shí)用新型的算法復(fù)雜、程序量大，外部擴(kuò)展3狀1可以保證程序有足夠的運(yùn)行空間，本電路外部擴(kuò)展的3狀1直接與113320？28335處理器(1)的地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，訪問速度快，外部擴(kuò)展118的是為了存儲驅(qū)動器的配置參數(shù)和用戶程序。
[0025]故障檢測與保護(hù)模塊(5)包括過壓、欠壓保護(hù)電路部分、過流和1？1過熱檢測部分，以及超速、制動異常、位置超差、及編碼器故障處理部分，過壓、欠壓保護(hù)電路部分是通過檢測直流母線電壓判斷直流母線電壓是否在正常工作范圍內(nèi)，當(dāng)電壓過高時(shí)啟動制動電阻降低直流母線電壓，當(dāng)電壓過低時(shí)報(bào)警并關(guān)閉驅(qū)動輸出，如圖3所示為直流母線電壓檢測電路圖，過流和1？1過熱檢測部分通過檢測1？1的過流和過熱反饋信號判斷是否過流或過熱，超速、制動異常、位置超差、及編碼器故障屬于軟件部分，在程序執(zhí)行過程中可以對超速、制動異常、位置超差、及編碼器故障進(jìn)行判斷并報(bào)警。
[0026]位置和速度反饋單元(7)包括331編碼器接口、正余弦編碼器接口和編碼器電源電路，113320？28335處理器(1)的多通道串行接口可以兼容331協(xié)議，331編碼器電路直接連接到113320？28335處理器(1)的多通道串行接口上實(shí)現(xiàn)對支持331協(xié)議的編碼器，如圖2所示，正余弦編碼器接口通過差分電路將正余弦差分信號采集并傳送到113320？28335處理器(1)的八IX:引腳，圖4所示為編碼器電源電路，通過此電源電路可以為編碼器提供穩(wěn)定的訊直流電源。
[0027]通信模塊(9)提供…隊(duì)1？8232和…82.0四種通訊接口，因?yàn)槎?3320？28335處理器(1)內(nèi)部支持0^協(xié)議，因此只要在113320？28335處理器(1)的0^協(xié)議引腳添加總線收發(fā)器芯片皆可實(shí)現(xiàn)總線通信，同時(shí)113320？28335具有串行接口，通過113320？28335處理器(1)的串行接口連接83232轉(zhuǎn)換芯片嫩乂3232即可實(shí)現(xiàn)尺3232通信，圖6所示為…82.0接口電路，^882.0接口通過中間轉(zhuǎn)換芯片完成…82.0協(xié)議通信，圖7所示為2訪61~-0\1通信接口電路，采用倍福公司的2訪61~-0\1控制板，通過118320？28335處理器(1)的數(shù)據(jù)總線和地址總線與倍福公司的控制板連接實(shí)現(xiàn)對2^161-011協(xié)議的支持。
[0028]如圖8所示為2價(jià)數(shù)字1/0接口電路(11)，包括6通道數(shù)字輸入接口和4通道數(shù)字輸出接口，本實(shí)用新型所提供的2價(jià)數(shù)字1/0接口電路(11)均有有光耦隔離，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，并且以為113320？28335處理器(1)的1/0接口資源有限，本方案采用1?總線擴(kuò)展1/0的方法，大大節(jié)省了 113320？28335處理器(1)的資源。
[0029]以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)時(shí)方案，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種直線電機(jī)驅(qū)動器，其特征是:包括TMS320F28335處理器(I)、整流濾波模塊(2)、IPM模塊(3)、驅(qū)動模塊(4)、故障檢測與保護(hù)模塊(5)、電流反饋單元(6)、位置和速度反饋單元(7)、電源模塊(8)、通信模塊(9)、狀態(tài)指示單元(10)、24V數(shù)字I/O接口 (11)、三相380V交流電源(12)以及24V直流供電電源(13)，所述24V直流供電電源(13)的輸出端與電源模塊(8)連接；所述電源模塊(8)的輸出端與TMS320F28335處理器(I)連接；所述TMS320F28335處理器(I)的輸出端與故障檢測與保護(hù)模塊(5)、驅(qū)動模塊(4)、24V數(shù)字I/O接口(11)、通信模塊(9)雙向連接，與狀態(tài)指示單元(10)單向連接；所述三相380V交流電源(12)的輸出端與整流濾波模塊⑵連接，整流濾波模塊⑵的輸出端與IPM模塊(3)連接，所述IPM模塊(3)的輸出端與直線電機(jī)(14)和電流反饋單元(6)連接，IPM模塊(3)與驅(qū)動模塊⑷雙向連接，所述驅(qū)動模塊⑷與故障檢測與保護(hù)模塊(5)雙向連接；所述電流反饋單元(6)的輸出端與TMS320F28335處理器⑴連接；所述直線電機(jī)(14)的輸出端與位置和速度反饋單元(7)連接，所述位置和速度反饋單元(7)的輸出端與TMS320F28335處理器⑴連接； 所述TMS320F28335處理器(I)包括電源電路、復(fù)位電路、JTAG調(diào)試電路、外部擴(kuò)展16位存儲空間為512KB的靜態(tài)隨機(jī)存儲器SRAM、外部擴(kuò)展IMB的Flash，所述外部擴(kuò)展16位存儲空間為512KB的靜態(tài)隨機(jī)存儲器SRAM直接與TMS320F28335處理器(I)的地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)驅(qū)動器，其特征是:所述位置和速度反饋單元(7)包括SSI編碼器接口電路、正余弦編碼器接口電路以及編碼器電源電路，所述正余弦編碼器接口電路與TMS320F28335處理器(I)的ADC引腳聯(lián)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)驅(qū)動器，其特征是:所述通信模塊(9)包括控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN、Ether-CAT網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、RS232接口以及USB2.0接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)驅(qū)動器，其特征是:所述狀態(tài)指示單元(10)上設(shè)置有5個(gè)顏色各不相同的LED指示燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)驅(qū)動器，其特征是:所述24V數(shù)字I/O接口(11)包括6通道數(shù)字輸入接口和4通道數(shù)字輸出接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種直線電機(jī)驅(qū)動器，其特征是:所述24V數(shù)字I/O接口(11)內(nèi)部設(shè)置有光耦隔離器。
【文檔編號】H02P25/06GK204145353SQ201420644545
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】陳明山, 高士紅, 閆云祝, 張帆, 劉帥 申請人:吉林恒隆控股集團(tuán)有限公司