CN103248284A - 线性磁轴电机专用驱动器 - Google Patents

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刘传德
李彬彬
郑泽文
花岳东
后涛
周攀峰
申元培
曾继钰
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Abstract

本发明公开了一种线性磁轴电机专用驱动器，包括：网络模块，与DSP控制模块连接，用于多套线性磁轴电机与该DSP控制模块之间的通信；DSP控制模块，用于处理从该网络模块传来的数据，产生控制电机所需的相对应的PWM波，驱动功率驱动模块精确控制电机的运动；功率驱动模块，用于产生控制该线性磁轴电机所需的驱动电压；以及反馈检测模块，与该DSP控制模块及该线性磁轴电机连接，用于检测该线性磁轴电机的状态信息并将检测结果反馈给DSP控制模块，通过本发明，可以达到同时实现最多64套线性磁轴电机系统控制的目的，具有通信速率高，信号稳定，便于大型工业现场控制的优点。

Description

线性磁轴电机专用驱动器
技术领域
本发明关于一种线性磁轴电机专用驱动器，特别是关于一种基于Motionnet的线性磁轴电机专用驱动器。
背景技术
直线电机能直接将电能转换成直线运动，在快速响应能力和精度等方面都具有普通伺服驱动机构难以匹敌的优势，采用直线电机直接驱动进给系统已成为高速精密机床新的技术发展方向之一。线性磁轴电机是由一个磁轴和一个电流控制的圆柱绕组线圈滑块组成的直驱式线性无刷伺服电机，具有紧凑轻便、零齿槽效应、大气隙、封闭磁体、高精度、高重复定位性、速度均一、功率要求小、零电机维护等优点，将是下一代线性无刷电机，具有很高的应用推广价值。在整个直线电机系统中，电机是执行部分，直线电机运动时的要实现精确定位、速度调节等控制都离不开电机伺服驱动系统，也即直线电机驱动器。
然而，目前很多驱动器只适用于控制一套直线电机设备，如果同时控制多套直线电机设备则可能面临因为轴控模块和伺服相隔较远，脉冲信号不稳定的问题，以及因为从站之间往往是并联，必须耗较多的线牵进电气柜，从而控制系统布线麻烦等问题，这样不利于工业现场的线性磁轴电机系统的高效益、低成本控制。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种线性磁轴电机专用驱动器，其通过在驱动器中应用Motionnet网络技术，达到同时实现最多64套线性磁轴电机系统控制的目的，具有通信速率高，信号稳定，便于大型工业现场控制的优点。
为达上述及其它目的，本发明提出了一种线性磁轴电机专用驱动器，至少包括：
网络模块，与DSP控制模块连接，用于多套线性磁轴电机与该DSP控制模块之间的通信；
DSP控制模块，用于处理从该网络模块传来的数据，产生控制线性磁轴电机所需的相对应的PWM波，并使PWM输出波形的占空比随着程序控制不断改变，从而改变输出PWM波形的占空比，驱动功率驱动模块精确控制该线性磁轴电机的运动；
功率驱动模块，与该DSP控制模块及该线性磁轴电机连接，用于产生控制该线性磁轴电机所需的驱动电压；以及
反馈检测模块，与该DSP控制模块及该线性磁轴电机连接，用于检测该线性磁轴电机的状态信息并将检测结果反馈给DSP控制模块。
进一步地，该网络模块为利用Motionnet网络的Motionnet网络模块。
进一步地，该Motionnet网络模块包括Motionnet上位机端和多个Motionnet驱动器端，上位机与驱动器端以及驱动器端与驱动器端之间都用网线连接，负责现场和控制端信息交换。
进一步地，当上位计算机发出控制信息时，该Motionnet上位机端接受该控制信息并发送至该Motionnet驱动器端，根据上位机的控制命令，可以同时控制多套线性磁轴电机设备。
进一步地，当Motionnet网络的通信速度达到20Mpbs时，最多可控制32个从站，当为10Mbps以下时，最多可控制64个从站。
进一步地，该DSP控制模块采用TI公司的DSP芯片TMS320F28335为控制芯片，负责接收并处理来自该Motionnet驱动器端的控制信号，并转化为该功率驱动模块可执行的控制信号，该控制芯片从该Motionnet网络模块中读取数据，产生控制电机所需的相对应的PWM波，并使PWM输出波形的占空比随着程序控制不断改变，从而改变输出PWM波形的占空比，驱动功率驱动模块精确控制线性磁轴电机的运动。
进一步地，该功率驱动模块包括保护电路、隔离整流模块、三相逆变电路以及光耦隔离电路，单相220V电压通过该保护电路、该隔离整流模块后进入该三相逆变电路，该DSP控制模块产生的PWM信号通过该光耦隔离电路驱动该三相逆变电路产生相应的控制电压，驱动线性磁轴电机运转。
进一步地，该功率驱动模块还包括一降压模块，该降压模块采用反激式开关电源，输出独立四组+15V电压供该三相逆变电路使用，+24V电压供继电器使用，+3.3V电压供DSP控制模块使用，±15V电压供霍尔传感器以及运放电路使用。
进一步地，该反馈检测模块通过霍尔电压传感器，霍尔电流传感器，采集线性磁轴电机其中一相的电压、电流信息，并通过光栅尺反馈给DSP当前电机所在位置，当前电机速度，当前电机加速度的信息。
进一步地，该霍尔电压传感器、该霍尔电流传感器采集到的模拟量经光栅尺后还需经过采样并A/D转换，以数字信息的形式反馈给该DSP控制模块。
与现有技术相比，本发明一种线性磁轴电机专用驱动器通过应用Motionnet网络技术，达到同时实现最多64套线性磁轴电机系统控制的目的，由于主从站、从站与从站之间都用网线相连，实用性较强，省去了多套电机系统控制专门做线的麻烦，且通信速率高，信号稳定，便于大型工业现场控制。
附图说明
图1为本发明一种线性磁轴电机专用驱动器的系统架构图；
图2为本发明一种线性磁轴电机专用驱动器之较佳实施例的系统架构图；
图3为本发明较佳实施例中Motionnet网络模块的通信原理框图；
图4为本发明较佳实施例中DSP控制模块的控制原理框图；
图5为本发明较佳实施例中功率驱动模块的功率驱动原理框图；
图6为本发明较佳实施例中功率驱动模块的降压模块的降压原理框图；
图7为本发明较佳实施例中反馈检测模块的检测原理框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种线性磁轴电机专用驱动器的系统架构图。如图1所示，本发明一种线性磁轴电机专用驱动器的系统架构图，至少包括：网络模块10、DSP控制模块11、功率驱动模块12以及反馈检测模块13。
其中网络模块10与DSP控制模块11连接，用于多套线性磁轴电机与DSP控制模块11之间的通信，在本发明较佳实施例中，网络模块10为Motionnet网络模块；DSP控制模块11是核心控制系统，用于处理从网络模块10传来的数据，产生控制电机所需的相对应的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波，并使PWM输出波形的占空比随着程序控制不断改变，从而改变输出PWM波形的占空比，驱动功率驱动模块12精确控制线性磁轴电机的运动；功率驱动模块12，与DSP控制模块11及线性磁轴电机连接，用于产生电机控制所需的驱动电压；反馈检测模块13，与DSP控制模块11及线性磁轴电机连接，用于检测线性磁轴电机的状态信息并将检测结果反馈给DSP控制模块11。
图2为本发明一种线性磁轴电机专用驱动器之较佳实施例的系统架构图。以下将配合各模块的细部框图进一步说明本发明。图3为本发明较佳实施例中Motionnet网络模块的通信原理框图。如图3所示，在本发明较佳实施例中，Motionnet网络模块包括Motionnet上位机端和多个Motionnet驱动器端，主从站(上位机端与驱动器端)、从站与从站(驱动器端与驱动器端)之间都用网线相连，负责现场和控制端信息交换。当上位计算机发出控制信息时，Motionnet上位机端接受控制信息并发送至Motionnet驱动器端，根据上位机的控制命令，可以同时控制多套线性磁轴电机设备，且Motionnet网络的最高通信速率达到20Mbps；通信速度20Mpbs时，最多可控制32个从站；当为10Mbps(含)以下时，最多可控制64个从站；利用Motionnet高速串行通信总线的网络构建的方便性，将控制端的信息与现场信息快速交换，从而实现整个全局网络中电机的高速系统控制。
图4为本发明较佳实施例中DSP控制模块的控制原理框图。如图4所示，DSP控制模块11除包含中央处理单元、电源、晶振、复位、存储、外设等模块，还包括与Motionnet网络模块进行通信的Motionnet通信接口、与功率驱动模块12连接的功率驱动接口以及与反馈检测模块13连接的反馈收发接口，在本发明较佳实施例中，DSP控制模块11采用TI公司的DSP芯片TMS320F28335为核心控制芯片，DSP芯片TMS320F28335作为驱动器的核心控制部分，主要负责接收并处理来自Motionnet驱动器端的控制信号，并转化为功率驱动模块12可执行的控制信号，控制芯片TMS320F28335从Motionnet网络模块中读取数据，产生控制电机所需的相对应的PWM波，并使PWM输出波形的占空比随着程序控制不断改变，从而改变输出PWM波形的占空比，驱动功率驱动模块精确控制线性磁轴电机的运动。
图5为本发明较佳实施例中功率驱动模块的功率驱动原理框图。如图5所示，功率驱动模块12包括保护电路120、隔离整流模块121、三相逆变电路122、光耦隔离123以及降压模块124，以用于产生电机控制所需的驱动电压。单相220V电压通过保护电路120、隔离整流模块121后进入三相逆变电路122，三相逆变电路122主体是智能功率模块IPM，DSP控制模块11产生的PWM信号通过光耦隔离123驱动三相逆变电路122(智能功率模块IPM)产生相应的控制电压，驱动线性磁轴电机运转。
图6为本发明较佳实施例中功率驱动模块的降压模块的降压原理框图。如图6所示，降压模块124采用反激式开关电源，输出独立四组+15V电压供智能功率模块IPM自用，+24V电压供继电器使用，+3.3V电压供DSP控制模块11使用，±15V电压供反馈检测电路的霍尔传感器以及运放电路使用。
图7为本发明较佳实施例中反馈检测模块的检测原理框图。如图7所示，反馈检测模块13主要检测线性磁轴电机的电压信号、电流信号以及位置信号。通过霍尔电压传感器、霍尔电流传感器，采集电机其中一相的电压、电流信息；通过光栅尺反馈给DSP控制模块当前电机所在位置、当前电机速度以及当前电机加速度等信息，需要说明的是，霍尔电压传感器、霍尔电流传感器采集到的模拟量还需经过采样并A/D转换，以数字信息的形式反馈给DSP。
需说明的是，当工业控制需要时，本发明之线性磁轴电机专用驱动器可实现同时控制多套线性磁轴电机系统，每一套线性磁轴电机系统配备一台专用驱动器和相应的Motionnet网络接口；Motionnet网络的最高通信速率达到20Mbps，当通信速率为20Mpbs时，最多可控制32个从站；当为10Mbps(含)以下时，最多可控制64个从站；每套线性磁轴电机系统的地址由拨码开关设定，这样可以方便的辨别地址及检测维护。
可见，本发明一种线性磁轴电机专用驱动器通过应用Motionnet网络技术，达到同时实现最多64套线性磁轴电机系统控制的目的，由于主从站、从站与从站之间都用网线相连，实用性较强，省去了多套电机系统控制专门做线的麻烦，且通信速率高，信号稳定，便于大型工业现场控制。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种线性磁轴电机专用驱动器，至少包括：
网络模块，与DSP控制模块连接，用于多套线性磁轴电机与该DSP控制模块之间的通信；
DSP控制模块，用于处理从该网络模块传来的数据，产生控制线性磁轴电机所需的相对应的PWM波，并使PWM输出波形的占空比随着程序控制不断改变，从而改变输出PWM波形的占空比，驱动功率驱动模块精确控制该线性磁轴电机的运动；
功率驱动模块，与该DSP控制模块及该线性磁轴电机连接，用于产生控制该线性磁轴电机所需的驱动电压；以及
反馈检测模块，与该DSP控制模块及该线性磁轴电机连接，用于检测该线性磁轴电机的状态信息并将检测结果反馈给DSP控制模块。
2.如权利要求1所述的线性磁轴电机专用驱动器，其特征在于：该网络模块为利用Motionnet网络的Motionnet网络模块。
3.如权利要求2所述的线性磁轴电机专用驱动器，其特征在于：该Motionnet网络模块包括Motionnet上位机端和多个Motionnet驱动器端，上位机与驱动器端以及驱动器端与驱动器端之间都用网线连接，负责现场和控制端信息交换。
4.如权利要求3所述的线性磁轴电机专用驱动器，其特征在于：当上位计算机发出控制信息时，该Motionnet上位机端接受该控制信息并发送至该Motionnet驱动器端，根据上位机的控制命令，可以同时控制多套线性磁轴电机设备。
5.如权利要求4所述的线性磁轴电机专用驱动器，其特征在于：当Motionnet网络的通信速度达到20Mpbs时，最多可控制32个从站，当为10Mbps以下时，最多可控制64个从站。
6.如权利要求3所述的线性磁轴电机专用驱动器，其特征在于：该DSP控制模块采用TI公司的DSP芯片TMS320F28335为控制芯片，负责接收并处理来自该Motionnet驱动器端的控制信号，并转化为该功率驱动模块可执行的控制信号，该控制芯片从该Motionnet网络模块中读取数据，产生控制电机所需的相对应的PWM波，并使PWM输出波形的占空比随着程序控制不断改变，从而改变输出PWM波形的占空比，驱动功率驱动模块精确控制线性磁轴电机的运动。
7.如权利要求3所述的线性磁轴电机专用驱动器，其特征在于：该功率驱动模块包括保护电路、隔离整流模块、三相逆变电路以及光耦隔离电路，单相220V电压通过该保护电路、该隔离整流模块后进入该三相逆变电路，该DSP控制模块产生的PWM信号通过该光耦隔离电路驱动该三相逆变电路产生相应的控制电压，驱动线性磁轴电机运转。
8.如权利要求7所述的线性磁轴电机专用驱动器，其特征在于：该功率驱动模块还包括一降压模块，该降压模块采用反激式开关电源，输出独立四组+15V电压供该三相逆变电路使用，+24V电压供继电器使用，+3.3V电压供DSP控制模块使用，±15V电压供霍尔传感器以及运放电路使用。
9.如权利要求3所述的线性磁轴电机专用驱动器，其特征在于：该反馈检测模块通过霍尔电压传感器，霍尔电流传感器，采集线性磁轴电机其中一相的电压、电流信息，并通过光栅尺反馈给DSP当前电机所在位置，当前电机速度，当前电机加速度的信息。
10.如权利要求9所述的线性磁轴电机专用驱动器，其特征在于：该霍尔电压传感器、该霍尔电流传感器采集到的模拟量经光栅尺后还需经过采样并A/D转换，以数字信息的形式反馈给该DSP控制模块。
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