CN103138663A - 基于新型电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于新型电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器，包含有电流检测单元、编码器以及微处理器，电流检测单元与电机的工作电路相连，采集电机的工作电流，电流检测单元与微处理器相连，将所采集的电流信号传输至微处理器；编码器设置于电机的动力输出端，该编码器获取电机转子的位置信号，并通过可编程逻辑单元与微处理器相连，将位置信号传输至微处理器，微处理器根据反馈的电流信号及位置信号计算电机转子的位置和当前速度，实现电机的速度闭环控制和位置闭环控制；该交流伺服驱动器采用的电流检测单元不依赖于高精度AD转换器，增强了抗干扰能力，并降低成本，使交流伺服驱动器响应快速、定位精准，工作性能得到大幅度提升。
Description
技术领域
本发明涉及伺服驱动器，尤其涉及一种基于新型电流检测和位置反馈结构的全数字交流伺服驱动器。
背景技术
以永磁交流伺服电动机作执行元件的交流伺服系统已成为电伺服系统的主流，它具有优良的动态品质和较高的可靠性。随着新型电力电子器件及大规模专用集成电路的飞速发展，驱动器已由模拟控制发展到数字控制和计算机控制，系统功能愈来愈强，结构日益简化。
在对交流伺服电机的控制过程中，包括控制电机的位置、转速、转矩，相关运动控制以及人机界面在内的控制算法都在高性能微处理器里完成，而电流检测和电机位置检测是所有控制算法的基础，是设计高性能伺服驱动器的前提条件，而现有的交流伺服驱动器还有进一步优化的余地。
因此，有必要对交流伺服驱动器的电流检测和位置反馈结构进行改进，以提升交流伺服驱动器的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于新型电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器，以降低成本，使其响应迅速，定位精准，从而提升交流伺服驱动器的工作性能。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，
基于新型电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器，包含有电流检测单元、编码器以及微处理器，电流检测单元与电机的工作电路相连，采集电机的工作电流，电流检测单元与微处理器相连，将所采集的电流信号传输至微处理器；编码器设置于电机的动力输出端，该编码器获取电机转子的位置信号，并通过可编程逻辑单元与微处理器相连，将位置信号传输至微处理器，微处理器根据反馈的电流信号及位置信号计算电机转子的位置和当前速度，实现电机的速度闭环控制和位置闭环控制；
微处理器具有事件管理单元，该事件处理单元分别与PWM输出单元、外设处理单元以及反馈处理单元相连，电流检测单元及可编程逻辑单元通过反馈处理单元与微处理器相连；微处理器通过电源模块与电源整流模块相连，电流检测单元通过逆变模块与电源整流模块相连，电源模块通过光耦驱动模块与逆变模块相连，电源模块对微处理器和逆变模块提供电源；外设处理单元连接有串行通讯模块、外部存储模块、按键显示模块以及故障检测模块，可编程逻辑单元还连接有输入输出模块；
电流检测单元包含有采样电阻、A/D转换隔离调制芯片以及可编程逻辑器件，采样电阻接入伺服驱动器的工作电路中，A/D转换隔离调制芯片的输入端与采样电阻两端相接，电流流过采样电阻，产生电压供给A/D转换隔离调制芯片，A/D转换隔离调制芯片将该电压的模拟信号转换为数字信号，A/D转换隔离调制芯片的输出端连接至可编程逻辑器件，将数字信号送入可编程逻辑器件进行处理；A/D转换隔离调制芯片由转换编码模块和译码模块构成，转换编码模块包含∑-Δ式过采样A/D转换器，∑-Δ式过采样A/D转换器将输入的电压模拟信号转化为一位高速串行数据流，高速串行数据流和采样时钟编码后通过隔离带传输至译码模块，译码模块接收到数据解码后，将数据转换成分离的高速时钟和数据，再由可编程逻辑器件对时钟和数据进行处理；可编程逻辑单元与微处理器相接，可编程逻辑器件通过SINC3滤波器将输入的串行数据流转化为16位的数字数据，并通过SPI同步串行接口通信协议传输给微处理器；
编码器由绝对值编码器充任；该绝对值编码器能够记忆电机位置，即使停电后，电机在外力作用下移动了位置，绝对值编码器也能记忆变化的位置。
本发明的优点在于，该交流伺服驱动器采用的电流检测单元不依赖于高精度AD转换器，增强了抗干扰能力，并降低成本，使交流伺服驱动器响应快速、性能稳定、定位精准，工作性能得到大幅度提升。
附图说明
图1是本发明提出的交流伺服驱动器的结构示意图；
图2是该交流伺服驱动器采用的电流检测单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明提出的基于新型电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器包含有电流检测单元、编码器以及微处理器，电流检测单元与电机的工作电路相连，采集电机的工作电流，电流检测单元与微处理器相连，将所采集的电流信号传输至微处理器；编码器设置于电机的动力输出端，该编码器获取电机转子的位置信号，并通过可编程逻辑单元与微处理器相连，将位置信号传输至微处理器，微处理器根据反馈的电流信号及位置信号计算电机转子的位置和当前速度，实现电机的速度闭环控制和位置闭环控制；
微处理器具有事件管理单元，该事件处理单元分别与PWM输出单元、外设处理单元以及反馈处理单元相连，电流检测单元及可编程逻辑单元通过反馈处理单元与微处理器相连；微处理器通过电源模块与电源整流模块相连，电流检测单元通过逆变模块与电源整流模块相连，电源模块通过光耦驱动模块与逆变模块相连，电源模块对微处理器和逆变模块提供电源；外设处理单元连接有串行通讯模块、外部存储模块、按键显示模块以及故障检测模块，可编程逻辑单元还连接有输入输出模块；
如图2，电流检测单元包含有采样电阻、A/D转换隔离调制芯片以及可编程逻辑器件，采样电阻接入伺服驱动器的工作电路中，A/D转换隔离调制芯片的输入端与采样电阻两端相接，电流流过采样电阻，产生电压供给A/D转换隔离调制芯片，A/D转换隔离调制芯片将该电压的模拟信号转换为数字信号，A/D转换隔离调制芯片的输出端连接至可编程逻辑器件，将数字信号送入可编程逻辑器件进行处理；A/D转换隔离调制芯片由转换编码模块和译码模块构成，转换编码模块包含∑-Δ式过采样A/D转换器，∑-Δ式过采样A/D转换器将输入的电压模拟信号转化为一位高速串行数据流，高速串行数据流和采样时钟编码后通过隔离带传输至译码模块，译码模块接收到数据解码后，将数据转换成分离的高速时钟和数据，再由可编程逻辑器件对时钟和数据进行处理；可编程逻辑单元与微处理器相接，可编程逻辑器件通过SINC3滤波器将输入的串行数据流转化为16位的数字数据，并通过SPI同步串行接口通信协议传输给微处理器；可编程逻辑器件通过软件的方式，采集高速时钟和数据流，采用SINC3滤波器，完成电流数据的采集，在提高了可靠性的同时，有效精度上能达到13位，且响应时间小于4μs，不依赖于高精度AD转换器，增强了抗干扰能力，降低了成本；
编码器由绝对值编码器充任，该绝对值编码器能够记忆电机位置，即使停电后，电机在外力作用下移动了位置，绝对值编码器也能记忆变化的位置。绝对值编码器位置分辨率达到17bit，多圈信息达到16bit。绝对值编码器通过串行通讯形式传输数据到微控制器，
伺服驱动器的微处理器通过电流采样单元完成电流采样，通过编码器反馈完成位置和速度的检测，完成转子位置的检测，采用PI调节器、空间矢量算法控制电机三相电流，进行电机的转矩、速度和位置控制。该交流伺服驱动器采用的电流检测单元不依赖于高精度AD转换器，增强了抗干扰能力，并降低成本，使交流伺服驱动器响应快速、性能稳定、定位精准，工作性能得到大幅度提升。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (4)
1.基于新型电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器，其特征在于，包含有电流检测单元、编码器以及微处理器，电流检测单元与电机的工作电路相连，采集电机的工作电流，电流检测单元与微处理器相连，将所采集的电流信号传输至微处理器；编码器设置于电机的动力输出端，该编码器获取电机转子的位置信号，并通过可编程逻辑单元与微处理器相连，将位置信号传输至微处理器，微处理器根据反馈的电流信号及位置信号计算电机转子的位置和当前速度，实现电机的速度闭环控制和位置闭环控制。
2.根据权利要求1所述的基于新型电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器，其特征在于，微处理器具有事件管理单元，该事件处理单元分别与PWM输出单元、外设处理单元以及反馈处理单元相连，电流检测单元及可编程逻辑单元通过反馈处理单元与微处理器相连；微处理器通过电源模块与电源整流模块相连，电流检测单元通过逆变模块与电源整流模块相连，电源模块通过光耦驱动模块与逆变模块相连，电源模块对微处理器和逆变模块提供电源；外设处理单元连接有串行通讯模块、外部存储模块、按键显示模块以及故障检测模块，可编程逻辑单元还连接有输入输出模块。
3.根据权利要求1所述的基于新型电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器，其特征在于，电流检测单元包含有采样电阻、A/D转换隔离调制芯片以及可编程逻辑器件，采样电阻接入伺服驱动器的工作电路中，A/D转换隔离调制芯片的输入端与采样电阻两端相接，电流流过采样电阻，产生电压供给A/D转换隔离调制芯片，A/D转换隔离调制芯片将该电压的模拟信号转换为数字信号，A/D转换隔离调制芯片的输出端连接至可编程逻辑器件，将数字信号送入可编程逻辑器件进行处理；A/D转换隔离调制芯片由转换编码模块和译码模块构成，转换编码模块包含∑-Δ式过采样A/D转换器，∑-Δ式过采样A/D转换器将输入的电压模拟信号转化为一位高速串行数据流，高速串行数据流和采样时钟编码后通过隔离带传输至译码模块，译码模块接收到数据解码后，将数据转换成分离的高速时钟和数据，再由可编程逻辑器件对时钟和数据进行处理；可编程逻辑单元与微处理器相接，可编程逻辑器件通过SINC3滤波器将输入的串行数据流转化为16位的数字数据，并通过SPI同步串行接口通信协议传输给微处理器。
4.根据权利要求1所述的基于新型电流检测和位置反馈结构的交流伺服驱动器，其特征在于，编码器由绝对值编码器充任。
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