CN103389684B - 多功能双轴伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能双轴伺服驱动器，其包括主控制模块和功率模块；所述主控制模块包括：数字信号处理器（DSP），第一可编程逻辑器件，第一反馈信号转换电路；所述功率模块包括：三相交流电源，整流电路，两个三相逆变单元，电流检测电路，该驱动器还包括第二反馈模块；第二反馈模块用于接收设在两台被控电机驱动的机械设备上的第二反馈元件反馈的信号并传送给主控制模块的数字信号处理器，主控制模块的数字信号处理器根据第一、二反馈信号，向两台被控电机发出脉冲宽度调制信号（PWM）。该驱动器可以分别控制两台交流异步伺服电机和/或交流同步伺服电机，并具有两台电机协调同步功能；所控制的电机可接入第一反馈和第二反馈，以构成位置全闭环伺服系统，从而提高控制精度。

Description

多功能双轴伺服驱动器

技术领域

本发明涉及一种交流伺服驱动器，特别涉及一种多功能的双轴交流伺服驱动器。

背景技术

交流伺服系统是数控机床、机器人、各种产业机械以及国防装备的重要执行机构，工作原理不同的交流异步伺服电机和交流同步伺服电机都获得了广泛的应用。

在交流伺服驱动系统的使用过程中，根据应用场合不同，对交流伺服电机的要求也不相同。

交流异步伺服电机制造简单，容易实现大功率、高转速(比如3000转/每分以上)，制造成本低廉,但是控制复杂，算法繁琐，不易实现高精度控制；交流同步伺服电机控制简单，但是不易实现较高转速，适合中低转速(3000转/每分以下)的场合，尤其是交流同步伺服电机的主要原材料是由稀土制成的永磁磁钢，使得其造价高昂。尤其是中高功率(3KW以上)的交流同步伺服电机，造价大大高于交流异步伺服电机。

基于这些特点，在不同的应用领域，交流异步伺服电机和交流同步伺服电机都获得了广泛的应用。比如，通常情况下，数控机床的主轴电机使用功率为3.7-55KW、转速高达8000转/分以上的交流异步伺服电机；而数控机床的进给电机使用功率为0.4-7.5KW、转速3000转/分以下的交流同步电机。

现有的技术中，交流异步电机伺服系统都是单轴伺服系统，即一台伺服驱动器只能控制一台交流异步伺服电机。

随着DSP技术和FPGA技术的进步，以及对成本控制的要求，已经能够使用单片DSP辅以单片FPGA实现对两台电机进行控制。

中国专利CN201340542Y公开了一种双轴驱动伺服控制系统，其包括交流伺服驱动器和受所述交流伺服驱动器控制的第一轴和第二轴,所述交流伺服驱动器包括用于驱动所述第一轴和第二轴的双轴驱动单元、第一轴编码器、第二轴编码器,用于向第一轴和第二轴发送指令的指令接口,用于接收第一轴输出信号的第一轴输出接口和用于接收第二轴输出信号的第二轴输出接口。由于其每一个轴只有一个编码器和一个输出接口，因此，可以推断其采用并非是全闭环控制。

中国专利CN201118497Y公开了一种双电机同步伺服驱动器,其包括DSP系统控制模块和电机功率驱动模块,通过控制接口接成一体；DSP系统控制模块中数字信号处理器通过CAN总线接口、RS232接口与上位计算机或控制系统相连接,实现实时通信,还通过码盘接口同时连接电机码盘,对电机的闭环控制；电机功率驱动模块中的开关电源电路通过电源接口为电机功率驱动模块供电；过流保护电路、功率驱动电路通过控制接口与DSP系统控制模块中的数字信号处理器通信,功率驱动电路输出接过流保护电路,并与直流电机连接。

现有上述双电机伺服驱动器存在以下的缺点：仅通过设在电机轴上的码盘对电机轴输出的转速进行控制，而对于电机输出轴驱动的机械执行元件不能实现全闭环控制，即不能实时调整因传动机构导致的传动误差，因此，其控制精度不高。现有的双轴伺服控制器还存在电机反馈的类型单一，不能适合多种类型的编码器。控制模块与上位机间没有通讯接口。控制模块的A/D、D/A转换电路的精度低，不利于上位机与控制模块之间数据传送。两台被控电机中因一台电机的启动或制动时，会引起的直流母线电压波动，从而会引起另一台电机的转速波动。控制模块也没有与计算机通讯的USB接口，不方便产品调试及参数设定。

发明内容

本发明的目的在于解决现有双轴伺服驱动器不能实现全闭环控制，因此控制精度低的问题。

本发明的另一目的是解决现有双轴伺服驱动器没有通讯接口的问题。

本发明的又一目的是解决现有的双轴伺服控制器还存在电机反馈的类型单一的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种多功能双轴伺服驱动器，包括一主控制模块和功率模块；

所述主控制模块包括：

数字信号处理器(DSP)，用于接收上位机指令；处理I/O数据；接收并处理由设在两台被控电机上的两个用于测量电机转子位置和速度的第一反馈元件反馈的反馈信号；接收并处理功率控制模块发出的两台被控电机的电流反馈信号；向两台被控电机发出脉冲宽度调制信号(PWM)；

第一可编程逻辑器件，用于接收I/O数据，并通过数据总线传送给所述数字信号处理器(DSP)；用于作为接口芯片接收上位机的脉冲指令；

第一反馈信号转换电路，用于接收两台被控电机上的第一反馈元件的反馈信号，并输送给所述数字信号处理器(DSP)；

所述功率模块包括：

三相交流电源；

整流电路，用以将交流电源转换成直流电源；

两个三相逆变单元，分别接收主控制模块输出的脉冲宽度调制信号(PWM)，并将直流电转换成频率和电压都可变的三相交流电，用于向两台被控电机提供电力；

电流检测电路，用以分别检测流过两台被控电机的交流电流，并将两台被控电机的电流反馈到所述主控制模块的数字信号处理器中；

放电单元，用于抑制被控电机制动时造成的直流母线电压瞬时升高；

其特征在于，该驱动器还包括第二反馈模块；所述第二反馈模块用于接收设在两台被控电机驱动的机械设备上的第二反馈元件反馈的信号并传送给所述主控制模块的数字信号处理器，所述主控制模块的数字信号处理器根据第一、二反馈信号，向两台被控电机发出脉冲宽度调制信号(PWM)。

本发明所述的多功能双轴伺服驱动器，其中，所述第二反馈单元(或模块)可以为下面四种方案中的任意一种：

第一种方案为：

所述第二反馈模块包括：

第二反馈接口，用于连接第二反馈元件；

第二反馈信号转换电路，所述第二反馈信号转换电路包括增量编码器转换电路和正余弦编码器转换电路，用于将接收到的反馈信号转换为电平信号；

所述第二反馈信号转换电路的增量编码器转换电路与所述第一可编程逻辑器件连接，所述第一可编程逻辑器件用于接收所述增量编码器转换电路输出的反馈信号，并将该信号传送到所述主控制模块的数字信号处理器中；

所述第二反馈信号转换电路的正余弦编码器转换电路与所述数字信号处理器中的A/D转换电路连接，所述数字信号处理器中的A/D转换电路接收所述正余弦编码器转换电路输出的反馈信号；

第二种方案为：

所述第二反馈模块包括：

第二反馈接口，用于连接第二反馈元件；

第二反馈信号转换电路，所述第二反馈信号转换电路为增量编码器转换电路和正余弦编码器转换电路，用于将接收到的反馈信号转换为电平信号；

单片机(MCU)，该单片机(MCU)的正交编码电路用于接收并处理所述第二反馈增量编码器转换电路输出的信号，该单片机(MCU)的模数转换电路用于接收并处理所述第二反馈正余弦编码器转换电路输出的信号；以及

第二可编程逻辑器件，用于接收所述单片机(MCU)输出的数字反馈信号并将该信号传送到所述主控制模块的数字信号处理器中；

或者，第三种方案为：

所述第二反馈模块包括：

第二反馈接口，用于连接第二反馈元件；

第二反馈信号转换电路，所述第二反馈信号转换电路为串行接口编码器转换电路，用于将接收到的反馈信号转换为电平信号；

第二可编程逻辑器件，用于接收所述串行接口编码器转换电路输出的信号，所述第二可编程逻辑器件为现场可编程门阵列(FPGA)，将串行接口编码器的信号通过数据总线及扩展槽输送给所述数字信号处理器；

或者，第四种方案为：

所述第二反馈模块包括：

第二反馈接口，用于连接第二反馈元件；

第二反馈信号转换电路，为旋转变压器信号转换电路，由激磁电路和正余弦信号转换电路组成；

单片机(MCU)，该单片机(MCU)的脉冲宽度调制单元用于输出旋转变压器的激磁信号；该单片机(MCU)的模数转换单元用于将正余弦信号转换电路输出的正余弦信号转换成数字量；以及

第二可编程逻辑器件，用于接收所述单片机(MCU)输出的数字反馈信号并将该信号传送到所述主控制模块的数字信号处理器中。

为了方便上位机与控制单元之间信号传送，本发明所述的多功能双轴伺服驱动器还包括一通讯接口模块，用于与上位机连接，传输双向数据和指令。

作为一种优选方式，所述主控制模块包括第一扩展槽；所述通讯接口模块插在主控制模块的第一扩展槽上。

作为一种优选方式，所述主控制模块包括第二扩展槽；所述第二反馈模块安装在主控制模块的第二扩展槽上。

为了避免直流母线电压因其中一台被控电机启动或制动时引起波动而对另一台电机产生干扰，本发明所述的多功能双轴伺服驱动器，所述功率模块还包括：直流母线电压检测电路，用以检测直流母线电压，并将电压信号传送到所述数字信号处理器中，所述数字信号处理器根据检测到的直流母线电压调整输出的脉冲宽度调制信号(PWM)。

为了提高上位机与主控制模块的DSP间传送信号的精度，本发明所述的多功能双轴伺服驱动器，其中：所述主控制模块还包括A/D及D/A转换电路，用以将上位机发出的模拟电压指令和两台被控电机的电流反馈信号转换为数字量。

本发明所述的多功能双轴伺服驱动器，其中：所述的第一可编程逻辑器件为现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。当然也不排除以后开发出的新的可编程逻辑器件。

其中，所述的第二可编程逻辑器件为现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。

本发明所述的多功能双轴伺服驱动器，其中：所述第一反馈信号转换电路包括增量编码器转换电路、正余弦编码器转换电路、串行接口编码器转换电路中的至少两种电路；

所述第一反馈信号转换电路中的增量编码器转换电路与所述数字信号处理器的正交码盘电路连接；

所述第一反馈信号转换电路中的正余弦编码器转换电路与所述数字信号处理器的A/D转换电路连接；

所述第一反馈信号转换电路中的串行接口编码器转换电路与所述第一可编程逻辑器件连接，所述第一可编程逻辑器件为现场可编程门阵列(FPGA)，将串行接口编码器的信号输送给所述数字信号处理器。

本发明所述的多功能双轴伺服驱动器，其中：所述通讯接口模块为EtherCat、Profibus-DP、BBFBUS、RS-485、RS-232、Modbus、CAN-open其中之一。

其中，所述主控制模块中还包括一USB接口以及一USB接口模块，该USB接口模块，用于数字信号处理器与计算机通信。

其中，所述主控制模块中还包括一显示单元，用于显示两台被控电机和伺服驱动器的工作状态，设定伺服驱动器的数据，对伺服驱动器进行手动操作。

本发明的多功能双轴伺服驱动器的优点在于：由于，在伺服电机驱动的机械上设置了第二反馈元件，并通过第二反馈单元将反馈信号传送到主控制模块中，主控制模块的DSP根据第一、第二反馈信号，向电机发出脉冲宽度调制信号(PWM)，从而构成位置全闭环伺服系统，提高了电机的控制精度。本发明基于上述的技术方案，可以使用一片DSP芯片控制两台电机，把控制两台电机所需的硬件集成到一个装置中，共用了诸如功率模块中的整流电路、电流检测电路，逆变单元等电路以及机壳，从而降低了成本，也缩小了装置的体积。

两台被控电机的第一反馈可以选择为增量光电编码器、正余弦编码器、串行接口编码器；两台被控电机的第二反馈可以选择为增量光电编码器、正余弦编码器、串行接口编码器、旋转变压器，

由于其可以通过软件设置控制交流异步伺服电机或交流同步伺服电机，使其具有广阔的应用范围；也可以通过选择不同的通讯接口板，与具有不同通讯方式的上位机进行通讯，并接收诸如脉冲指令、模拟电压指令、数字指令等不同的控制指令；因此，本发明的多功能伺服驱动器具有多种灵活的使用形态。

本发明进一步，增加了通讯接口，用于与上位机连接，传输双向数据和指令。通讯接口板优选安装在主控制模块上的第一扩展插槽上。

本发明的功率模块进一步增加了直流母线电压检测电路，用以检测直流母线电压，用于消除其中一台被控电机启动或制动时引起的直流母线电压波动对另一台电机的干扰。

本发明所述主控制模块中增加了A/D及D/A转换电路，用以将上位机发出的模拟电压指令和两台被控电机的电流反馈信号转换为数字量。提高了上位机与控制模块之间数据传送的精度。

附图说明

图1是本发明多功能伺服驱动器的实施例一的电路框图。

图2是本发明实施例一的第一反馈接口电路框图。

图3是本发明实施例一的第二反馈接口电路框图。

图4是本发明多功能伺服驱动器的实施例二的电路框图。

图5是本发明实施例二的第一反馈接口电路框图。

图6是本发明实施例二的第二反馈接口电路框图。

图7是本发明实施例三的第二反馈接口电路框图。

图8是本发明实施例四的第二反馈接口电路框图。

具体实施方式

以下结合附图，用具体实施例对本发明进行说明。

实施例一，如图1-3所示，本实施例的多功能双轴伺服驱动器包括：主控制模块10、功率模块20。

本实施例中，主控制模块10包括：数字信号处理器(DSP芯片)101；第一可编程逻辑器件102,本实施例为复杂可编程逻辑器件(CPLD芯片)；第一反馈信号转换电路103(或称：第一反馈接口电路)；第二反馈信号转换电路70(或称：第二反馈接口电路)。

其中，所述的数字信号处理器——DSP芯片101：采用型号为TMS320F335的DSP芯片；该DSP芯片101为主处理芯片，DSP芯片101通过外接数据总线50与复杂可编程逻辑器件(CPLD芯片)102连接，用以处理I/O数据，用以接收上位机100的脉冲指令；DSP芯片101通过自身的正交编码器电路1012接收第一反馈信号转换电路103的增量编码器的信号，用以测量电机转子的位置和电机的转速；DSP芯片101通过运算得出两台被控电机的各自的脉冲宽度调制信号(PWM)，经DSP芯片101的事件管理器单元1014控制对应的功率模块20的逆变单元203，也称三相逆变桥。作为另一种选择，当设在电机转子上的第一反馈元件30的编码器是正余弦编码器时，DSP芯片101还可以通过自身的A/D转换单元1013将第一反馈信号转换电路103的正余弦编码器信号转换为数字信号并进行细分计算，用以测量电机转子的位置和电机的转速；

本实施例所述的多功能双轴伺服驱动器，其中，所述复杂可编程逻辑器件——CPLD芯片102，与DSP芯片101连接；与通用I/O单元连接，用以接收I/O数据，并进行逻辑控制；在上位机100发出的指令为脉冲指令时，CPLD芯片102作为接口芯片接收上位机100的脉冲指令并计数转化为数字量，输入到DSP芯片101中；CPLD芯片102用于接收所述第二反馈的增量编码器转换电路7021输出的信号，并将该信号传送到所述主控制模块10的数字信号处理器101中；

如图2所示框图，本实施例的第一反馈信号接口电路103由两部分电路组成：增量编码器转换电路1031和正余弦编码器转换电路1032，可以根据两台被控电机安装的编码器类型而选择其中的一种电路，所述增量编码器转换电路1031与所述数字信号处理器101的正交编码器电路1012连接；所述正余弦编码器转换电路1032与所述数字信号处理器101的A/D转换单元(电路)1013连接。第一反馈信号接口电路103既包括增量编码器转换电路1031，又包括正余弦编码器转换电路1032，其可以增加用户的可选择性，也增加了本发明所述的多功能双轴伺服驱动器的通用性。

本实施例中的伺服驱动器，其中所述的功率模块20，或称主回路模块包括：三相交流电源201，整流电路202，两个三相逆变桥203，两个电流检测电路204，直流母线电压检测电路205和放电单元206；

其中，整流电路202为桥式全波整流，用以将交流电源201转换成直流电源；

其中，两个三相逆变桥203——三相逆变单元，用以为两台被控电机提供电力，分别受控于主控制模块10输出的脉冲宽度调制信号(PWM)，将直流电转换成频率和电压都可变的三相交流电；

其中，电流检测电路204，用以分别检测流过两台被控电机的交流电流，并输入到主控制模块10的数字信号处理器(DSP芯片)101中；

直流母线电压检测电路205，用以检测直流母线电压，并经A/D转换电路106转化为数字量，输入到数字信号处理器(DSP芯片)101中；

放电单元206，用于抑制被控电机制动时造成的直流母线电压瞬时升高；

本实施例的特点在于，其还包括第二反馈模块70，在两台被控电机驱动的机械设备上设有第二反馈元件40，用于检测两台电机所驱动的机械设备的位置，所述第二反馈模块70用于接收所述第二反馈元件40反馈的信号并传送给所述主控制模块10的数字信号处理器101中，所述主控制模块的数字信号处理器101根据第一、二反馈信号，向两台被控电机发出脉冲宽度调制信号(PWM)。

本实施例中，如图3所示，该第二反馈模块70包括：

第二反馈接口701，用于连接第二反馈元件40；第二反馈信号转换电路702，由两部分电路组成：增量编码器转换电路7021和正余弦编码器转换电路7022，可以根据机械设备上安装的第二反馈元件类型而选择其中的一种电路；

机械设备上安装的第二反馈元件40为增量编码器时，主控制模块10中的所述第一可编程逻辑器件102(本实施例为复杂可编程逻辑器件)，用于接收所述增量编码器转换电路7021输出的信号，并将该信号传送到所述主控制模块10的数字信号处理器101中；

机械设备上安装的第二反馈元件40为正余弦编码器时，正余弦编码器转换电路7022连接到数字信号处理器101的自身的A/D转换单元1013，由数字信号处理器(DSP芯片)101计算出与两台被控电机连接的负载机械的转动角度或位移。

本实施例所述的伺服驱动器，由于增加了第二反馈模块，从而实现了全闭环控制，提高了控制精度。

作为上述实施例的另一优选方式，其中，所述的主控制模块10可以增设A/D及D/A转换电路106、107，通过数字信号处理器DSP芯片101的多缓冲串行口(McBSP)1011与数字信号处理器(DSP芯片)101连接，用以将上位机100发出的模拟电压转速指令和两台被控电机的电流反馈信号转换为数字量；并将通过设定参数选择两台被控电机的各种状态量转化为模拟量输出，用于监控。采用独立的A/D及D/A转换电路106、107，有利于提高传输数据的精度。

该主控制模块10还可以进一步包括一显示单元109，显示单元109由液晶显示器或七段LED显示器和按键组成，通过数字信号处理器DSP芯片101的GPIO管脚与数字信号处理器DSP芯片101相连，用于显示两台被控电机和伺服驱动器的工作状态，设定伺服驱动器的数据，对伺服驱动器进行手动操作。

本实施例的主控制模块还可以进一步包括一USB接口110以及一USB接口模块108，该USB接口模块(电路)108通过数据总线50与数字信号处理器DSP芯101片相连，用于数字信号处理器101与计算机通信。在计算机上用以产品调试、参数设定及数据采集。

实施例二，如图4-6所示，本发明的多功能双轴伺服驱动器包括：主控制模块10、功率模块20、通讯接口模块60和第二反馈模块70。

其中，主控制模块10包括：

数字信号处理器(DSP芯片)101；第一可编程逻辑器件102,本实施例为FPGA芯片；第一反馈信号转换电路103；两个扩展插槽104、105；A/D及D/A转换电路106、107；USB接口模块(电路)108；显示单元109。

在本实施例中，本实施例的数字信号处理器DSP芯片型号为TMS28F335，是带有数据总线50的数字信号处理器DSP芯片101。

其中，所述的数字信号处理器——DSP芯片101：

数字信号处理器101为主处理芯片，数字信号处理器101通过外接数据总线50与FPGA芯片102连接，用以处理I/O数据、串行接口的第一编码器数据、上位机100的脉冲指令；

数字信号处理器(DSP芯片)101通过自身的多缓冲串行接口(McBSP)1011与A/D及D/A转换电路106、107连接，用以接收上位机100的模拟电压指令和电机电流反馈信号，并以模拟电压方式输出任意一台电机的转速和转矩信号；

DSP芯片101通过自身的正交编码器电路1012接收第一反馈信号转换电路103的增量编码器的信号，用以测量电机转子的位置和电机的转速；DSP芯片101通过自身的A/D转换单元1013将第一反馈信号转换电路103的正余弦编码器信号转换为数字信号并进行细分计算；DSP芯片101通过运算得出两台被控电机的各自的脉冲宽度调制信号(PWM)，经DSP芯片101的事件管理器单元1014控制对应的功率模块20的逆变单元203。

其中，所述现场可编程门阵列——FPGA芯片102：通过数据总线50与DSP芯片101接口；与通用I/O单元连接，用以接收I/O数据，并进行逻辑控制；当第一反馈元件为串行接口编码器时，用以作为接口芯片连接两台被控电机的各自的串行接口编码器，即第一反馈信号转换电路103的串行接口编码器连接该FPGA芯片102，将串行数据转换为并行数据输入到数字信号处理器DSP芯片101；当在第一反馈接口电路103为串行接口编码器时，通过更改FPGA芯片102的程序，可以与具有不同的通讯协议(比如ENDAT2.2、Hiperface、BiSS、SSI)的串行接口编码器连接；在上位机100发出的指令为脉冲指令时，FPGA芯片102作为接口芯片接收上位机100的脉冲指令并计数转化为数字量，输入到数字信号处理器DSP芯片101中。

如图5所示，本实施例的第一反馈信号转换电路103由三部分电路组成：增量编码器转换电路1031、正余弦编码器转换电路1032和串行接口编码器转换电路1033，可以根据两台被控电机安装的反馈元件类型而选择其中的反馈信号转换电路，该三个反馈信号转换电路分别用于连接增量光电编码器、正余弦编码器、串行接口编码器。所述增量编码器转换电路1031与所述数字信号处理器101的正交编码器电路1012连接；所述正余弦编码器转换电路1032与所述数字信号处理器101的A/D转换单元(电路)1013连接。串行接口编码器转换电路1033与现场可编程门阵列(FPGA)102连接，即该现场可编程门阵列(FPGA)102作为接口芯片与所述串行接口编码器转换电路1033连接，将串行接口编码器的信号输送给所述数字信号处理器101。

该主控制模块10还包括A/D及D/A转换电路106、107，通过DSP芯片101的多缓冲串行口(McBSP)1011与数字信号处理器DSP芯片101连接，用以将上位机100发出的模拟电压转速指令和两台被控电机的电流反馈信号转换为数字量；并将通过设定参数选择两台被控电机的各种状态量转化为模拟量输出，用于监控。

该主控制模块10还包括一USB接口110以及一USB接口模块108，该USB接口模块(电路)108通过数据总线50与数字信号处理器DSP芯片101相连，用于数字信号处理器101与计算机通信。在计算机上用以产品调试、参数设定及数据采集。

该主控制模块10还包括一显示单元109，显示单元109由液晶显示器或七段LED显示器和按键组成，通过DSP芯片101的GPIO管脚与DSP芯片101相连，用来显示两台被控电机和伺服驱动器的各种工作状态，设定伺服驱动器的各种数据，并可以对伺服驱动器进行手动操作。

该伺服驱动器所述的功率模块20，即主回路模块包括：三相交流电源201；整流电路202，两个三相逆变桥203，电流检测电路204，直流母线电压检测电路205以及放电单元206(能耗制动单元)；其中：

整流电路202为桥式全波整流，用以将交流电源201转换成直流电源；

两个三相逆变桥203——三相逆变单元，用以为两台被控电机提供电力，分别受控于主控制模块10输出的脉冲宽度调制信号(PWM)，将直流电压转换成频率和电压都可变的三相交流电；

电流检测电路204，用以分别检测流过两台被控电机的交流电流，并通过A/D转换电路106转化为数字量，输入到数字信号处理器(DSP芯片)101中。

直流母线电压检测电路205，用以检测直流母线电压，并经A/D转换电路106转化为数字量，输入到数字信号处理器(DSP芯片)101中。

放电单元206，用于抑制被控电机制动时造成的直流母线电压瞬时升高。

该驱动器还包括一通讯接口模块60和第二反馈单元70：通讯接口模块60和第二反馈单元70分别安装在所述主控制模块10的两个扩展插槽104、105上，其中第一扩展槽104，用于插设通讯接口模块60，该通讯接口模块60用于与上位机100连接，传输双向数据和指令。第二扩展槽105，用以安装第二反馈单元70，该第二反馈单元70通过数据总线50与数据信号处理器DSP芯片101连接，作为两台被控电机的全闭环反馈信号。显然,第一、第二扩展槽是可以互换位置的。

其中，安装在主控制模块10上的第一扩展插槽104上通讯接口模块60，通过数据总线50与DSP芯片101连接，用以与上位机100连接，传输双向数据和指令；通讯接口模块60根据不同的通讯原理具有不同的形式，可以选择为EtherCat、Profibus-DP、BBFBUS、RS-485、RS-232、Modbus、CAN-open之一。根据具有不同通讯形式的上位机100，选择相应的通讯接口板60与之通讯。

如图6所示，其中，所述的第二反馈模块70包括：

第二反馈接口701，用于连接第二反馈元件40；

第二反馈信号转换电路702，由增量编码器转换电路7021和正余弦编码器转换电路7022，用于将接收到的反馈信号转换为电平信号；当第二反馈元件40为增量编码器时，增量编码器转换电路7021连接到单片机(MCU)703的正交编码器电路7031；当第二反馈元件为正余弦编码器时，正余弦编码器转换电路7022连接到单片机(MCU)703的数模转换单元7032，并将正余弦信号转化为数字量；

单片机(MCU)703，通过计算得出被控机械的位置，并将这些数据以串行数据的方式输出到第二可编程逻辑器件704；以及

第二可编程逻辑器件704，本实施例，该第二可编程逻辑器件704为复杂可编程逻辑器件——CPLD芯片：用于接收单片机(MCU)703输出的串行数据并转换为并行数据，通过数据总线将该信号传送到所述主控制模块10的数字信号处理器(DSP芯片)101中。

应说明的是，所述交流伺服电机可以为交流异步伺服电机和/或交流同步伺服电机，通过设定不同的参数，可以分别控制交流异步伺服电机或交流同步伺服电机。

工作时，通过设在两台电机轴上(一台交流异步伺服电机和一台交流同步电机)的第一反馈元件30检测两台电机转子的位置和电机的转速；设在两台电机所驱动的机械上的第二反馈元件40检测两台电机所驱动的机械的位置，第一反馈元件30和第二反馈元件40分别与第一反馈信号转换电路103和第二反馈模块70的第二反馈信号转换电路702连接。

本实施例的优点在于：增加了第二反馈模块70，用于接收设在在伺服电机驱动的机械上的第二反馈元件40的信号，并通过第二反馈模块70将反馈信号传送到主控制模块10中，主控制模块10的数字信号处理器DSP芯片根据第一、第二反馈信号，向电机发出脉冲宽度调制信号(PWM)，从而构成位置全闭环伺服系统，提高了电机的控制精度。本发明基于上述的技术方案，可以使用一片DSP芯片控制两台电机，把控制两台电机所需的硬件集成到一个装置中，共用了诸如功率模块中的整流电路、电流检测电路，逆变单元、通讯模块、人机接口单元、放电电路等电路以及机壳，从而降低了成本，也缩小了装置的体积。

实施例三，与实施例二不同之处为：其中第二反馈信号转换电路70为串行接口编码器转换电路，如图7所示。

本实施例的第二反馈模块70包括：第二反馈接口701，第二反馈信号转换电路702和第二现场可编程门阵列(FPGA)704。

其中，第二反馈接口701，用于连接第二反馈元件40；

第二反馈信号转换电路702，为串行接口编码器转换电路；

第二现场可编程门阵列(FPGA)704，所述现场可编程门阵列(FPGA)704与所述串行接口编码器转换电路702连接，并将接收到的串行信号转换为数字量，通过数据总线输送给所述数字信号处理器101。

需要说明的是，通过更改第二现场可编程门阵列(FPGA)704的程序，第二反馈信号转换电路70可以与具有不同的通讯协议(比如ENDAT2.2、Hiperface、BiSS、SSI)的串行接口编码器连接；

实施例四，与实施例二不同之处：其中第二反馈信号转换电路702为旋转变压器转换电路，如图8所示。

本实施例的第二反馈模块70包括：第二反馈接口701，第二反馈信号转换电路702，单片机(MCU)703和第二可编程逻辑器件704。

第二反馈接口701，用于连接第二反馈元件；

第二反馈信号转换电路702，为旋转变压器信号转换电路，由激磁电路7021和正余弦信号转换电路7022组成；

单片机(MCU)703，所述单片机(MCU)703的脉冲宽度调制单元7031用于输出旋转变压器的激磁信号；所述单片机(MCU)703的模数转换单元7032用于将正余弦信号转换电路输出的正余弦信号转换成数字量；所述单片机(MCU)703，通过计算得出被控机械的位置，并将这些数据以串行数据的方式输出到第二可编程逻辑器件704；以及

第二可编程逻辑器件704，本实施例中为：复杂可编程逻辑器件CPLD芯片，用于接收单片机(MCU)703输出的串行数据并转换为并行数据，通过数据总线将该信号传送到所述主控制模块10的数字信号处理器(DSP芯片)101中。显然，本实施例中的第二可编程逻辑器件704还可以选用现场可编程门阵列(FPGA)。

以上实施例对发明而言只是说明性而非限制性的，本发明旨在提供一种双轴伺服驱动器包括，主要是增加了第二反馈模块，从而实现全闭环控制，本领域技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，例如：改变数字信号处理器的型号，改变第一、第二编码器电路，都将落入到本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种多功能双轴伺服驱动器，包括一主控制模块和功率模块；

所述主控制模块包括：

数字信号处理器(DSP)，用于接收上位机指令；处理I/O数据；接收并处理由设在两台被控电机上的两个用于测量电机转子位置和速度的第一反馈元件反馈的反馈信号；接收并处理功率控制模块发出的两台被控电机的电流反馈信号；向两台被控电机发出脉冲宽度调制信号(PWM)；

第一可编程逻辑器件，用于接收I/O数据，并通过数据总线传送给所述数字信号处理器(DSP)；用于作为接口芯片接收上位机的脉冲指令；

第一反馈信号转换电路，用于接收两台被控电机上的第一反馈元件的反馈信号，并输送给所述数字信号处理器(DSP)；

所述功率模块包括：

三相交流电源；

整流电路，用以将交流电源转换成直流电源；

两个三相逆变单元，分别接收主控制模块输出的脉冲宽度调制信号(PWM)，并将直流电转换成频率和电压都可变的三相交流电，用于向两台被控电机提供电力；

电流检测电路，用以分别检测流过两台被控电机的交流电流，并将两台被控电机的电流反馈到所述主控制模块的数字信号处理器中；

放电单元，用于抑制被控电机制动时造成的直流母线电压瞬时升高；

其特征在于，该驱动器还包括第二反馈模块；所述第二反馈模块用于接收设在两台被控电机驱动的机械设备上的第二反馈元件反馈的信号并传送给所述主控制模块的数字信号处理器，所述主控制模块的数字信号处理器根据第一、二反馈信号，向两台被控电机发出脉冲宽度调制信号(PWM)；所述主控制模块包括第二扩展槽；所述第二反馈模块安装在主控制模块的第二扩展槽上。

2.根据权利要求1所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于，所述第二反馈模块包括：

第二反馈接口，用于连接第二反馈元件；

第二反馈信号转换电路，所述第二反馈信号转换电路包括增量编码器转换电路和正余弦编码器转换电路，用于将接收到的反馈信号转换为电平信号；

所述第二反馈信号转换电路的增量编码器转换电路与所述第一可编程逻辑器件连接，所述第一可编程逻辑器件用于接收所述增量编码器转换电路输出的反馈信号，并将该信号传送到所述主控制模块的数字信号处理器中；

所述第二反馈信号转换电路的正余弦编码器转换电路与所述数字信号处理器中的A/D转换电路连接，所述数字信号处理器中的A/D转换电路接收所述正余弦编码器转换电路输出的反馈信号；

或者，

所述第二反馈模块包括：

第二反馈接口，用于连接第二反馈元件；

第二反馈信号转换电路，所述第二反馈信号转换电路包括增量编码器转换电路和正余弦编码器转换电路，用于将接收到的反馈信号转换为电平信号；

单片机(MCU)，该单片机(MCU)的正交编码电路用于接收并处理所述第二反馈增量编码器转换电路输出的信号，该单片机(MCU)的模数转换电路用于接收并处理所述第二反馈正余弦编码器转换电路输出的信号；以及

第二可编程逻辑器件，用于接收所述单片机(MCU)输出的数字反馈信号并将该信号传送到所述主控制模块的数字信号处理器中；

或者，

所述第二反馈模块包括：

第二反馈接口，用于连接第二反馈元件；

第二反馈信号转换电路，所述第二反馈信号转换电路为串行接口编码器转换电路，用于将接收到的反馈信号转换为电平信号；

第二可编程逻辑器件，用于接收所述串行接口编码器转换电路输出的信号，所述第二可编程逻辑器件为现场可编程门阵列(FPGA)，将串行接口编码器的信号通过数据总线及扩展槽输送给所述数字信号处理器；

或者，

所述第二反馈模块包括：

第二反馈接口，用于连接第二反馈元件；

第二反馈信号转换电路，为旋转变压器信号转换电路，由激磁电路和正余弦信号转换电路组成；

单片机(MCU)，该单片机(MCU)的脉冲宽度调制单元用于输出旋转变压器的激磁信号；该单片机(MCU)的模数转换单元用于将正余弦信号转换电路输出的正余弦信号转换成数字量；以及

第二可编程逻辑器件，用于接收所述单片机(MCU)输出的数字反馈信号并将该信号传送到所述主控制模块的数字信号处理器中。

3.根据权利要求1所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：该驱动器还包括一通讯接口模块，用于与上位机连接，传输双向数据和指令。

4.根据权利要求2所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：该驱动器还包括一通讯接口模块，用于与上位机连接，传输双向数据和指令。

5.根据权利要求3所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述主控制模块包括第一扩展槽；所述通讯接口模块插在主控制模块的第一扩展槽上。

6.根据权利要求4所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述主控制模块包括第一扩展槽；所述通讯接口模块插在主控制模块的第一扩展槽上。

7.根据权利要求1所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述功率模块还包括：直流母线电压检测电路，用以检测直流母线电压，并将电压信号传送到所述数字信号处理器中，所述数字信号处理器根据检测到的直流母线电压调整输出的脉冲宽度调制信号(PWM)。

8.根据权利要求2所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述功率模块还包括：直流母线电压检测电路，用以检测直流母线电压，并将电压信号传送到所述数字信号处理器中，所述数字信号处理器根据检测到的直流母线电压调整输出的脉冲宽度调制信号(PWM)。

9.根据权利要求1-8其中任一项所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述主控制模块还包括A/D转换电路及D/A转换电路，用以将上位机发出的模拟电压指令和两台被控电机的电流反馈信号转换为数字量。

10.根据权利要求1-8其中任一项所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述的第一可编程逻辑器件为现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。

11.根据权利要求2、4、6、8其中任一项所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述的第二可编程逻辑器件为现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。

12.根据权利要求1-8其中任一项所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述第一反馈信号转换电路包括增量编码器转换电路、正余弦编码器转换电路、串行接口编码器转换电路中的至少两种电路；

所述第一反馈信号转换电路中的增量编码器转换电路与所述数字信号处理器的正交码盘电路连接；

所述第一反馈信号转换电路中的正余弦编码器转换电路与所述数字信号处理器的A/D转换电路连接；

所述第一反馈信号转换电路中的串行接口编码器转换电路与所述第一可编程逻辑器件连接，所述第一可编程逻辑器件为现场可编程门阵列(FPGA)，将串行接口编码器的信号输送给所述数字信号处理器。

13.根据权利要求3-6其中任一项所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述通讯接口模块为EtherCat、Profibus-DP、BBFBUS、RS-485、RS-232、Modbus、CAN-open其中之一。

14.根据权利要求1-8其中任一项所述的多功能双轴伺服驱动器，其特征在于：所述主控制模块中还包括一USB接口以及一USB接口模块，该USB接口模块，用于数字信号处理器与计算机通信。