CN103401486B - 带ups断电信息保护的双电机交流伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，通过单台驱动器控制两台交流伺服电机的双电机交流伺服驱动器，且在UPS供电模式下，能够同步保存电机控制信息；同时二台电机可以共用一些功能电路单元，如整流电路单元、制动回路电路单元、内部开关电源电路单元，也可以共用一些保护电路，如过压保护电路单元、欠压保护电路单元、温度保护电路单元以及缺相保护电路单元，因而大大节省了控制成本，双电机交流伺服系统，一台伺服驱动器控制两台交流伺服电机，并且两台电机能独立运行，独立控制，互不干扰。

Description

带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器

技术领域

本发明涉及交流伺服驱动器技术领域，特别涉及一种以单台交流伺服驱动器拖动两台交流伺服电机独立运行；且在断电状态而UPS工作时，能够保存系统信息如位置信息或者系统状态信息等的双电机交流伺服驱动器。

背景技术

伺服系统原理：交流伺服系统包括交流伺服电机和交流伺服驱动器，其中交流伺服驱动器是以专用数字处理芯片DSP或MCU为核心，采用IGBT智能模块和高精度的位置及速度反馈装置(编码器或旋转变压器)，实现对交流伺服电机的位置控制，速度控制和扭矩控制等多种控制方式。

常规多轴单电机驱动系统：交流伺服系统相对异步电机系统，具有响应快，精度高，调速范围宽等优点，广泛应用于机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备中。在要求双轴控制的情况下，常规的解决方案是采用二个单轴的驱动控制。图1是一个典型的单轴系统，包括一个电机和一个驱动器，可以形成电流、速度和位置的闭环控制，但是，常规的双轴驱动方案由两台驱动器和两台伺服电机构成，存在成本高，双轴同步性能差，设备安装占用空间大，断电时不宜保持信息或者信息保存不同步产生等缺点。

发明内容

本发明目的在于提供一种带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，以解决现有技术中的常规的双轴驱动方案由两台驱动器和两台伺服电机构成，存在成本高，双轴同步性能差，设备安装占用空间大，断电时不宜保持信息或者信息保存不同步产生等缺点的技术性问题。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，包括交流伺服电机驱动器，所述交流伺服电机驱动器控制连接两台交流伺服电机，所述交流伺服电机驱动器包括数字信号处理单元，第一电机驱动单元、第二电机驱动单元、UPS电源单元以及普通供电电源单元，所述数字信号处理单元分别连接第一电机驱动单元、第二电机驱动单元，UPS电源单元以及普通供电电源单元同时连接第一电机驱动单元、第二电机驱动单元，所述的两台交流伺服电机分别设置有位置反馈单元，所述位置反馈单元连接数字信号处理单元反馈信号输入端；

所述交流伺服电机驱动器的数字信号处理单元控制两组PWM信号输出，分别驱动第一电机驱动单元与第二电机驱动单元独立控制两台交流伺服电机运行，两台交流伺服电机设置的位置反馈单元将电机内置编码器的编码信号反馈给数字信号处理单元，所述数字信号处理单元根据反馈信号同时计算两台电机的实时速度及位置信息，通过PID控制算法，实行两台电机实时、高精度运行；

UPS电源单元，交流伺服电机驱动器内部的普通供电电源单元包含的检测电路实时检测供电电源的状况，在发生供电电源突然断电的状况下，检测电路将发出断电报警信号，交流伺服电机驱动器包含的整流电路后面接有大容量的滤波电容，在发生供电电源断电的瞬间，滤波电容中仍然有一定的电量，维持交流伺服电机驱动器工作，断电报警信号发出后，交流伺服电机驱动器将立即关闭两个电机驱动单元，或做紧急停车处理，停止二台电机的运行，同时将驱动器电路从普通供电电源单元切换到UPS电源单元供电，由于在切换过程中，由于电容的存在,驱动器内部电路一直没有发生掉电的情况，能够同步保存二台电机和驱动器的信息，在供电电源恢复时，可以继续运行。

作为优选，所述数字信号处理单元为DSP或MCU处理单元，所述DSP或MCU处理单元外接FPGA或CPLD模块。

作为优选，所述UPS电源单元以及普通供电电源单元通过继电器开关接入驱动器内部的各电路单元，所述电路单元通过继电器开关选择UPS电源单元或是普通供电电源单元供电。

作为优选，所述数字信号处理单元还连接显示单元以及数据存储单元。

作为优选，所述交流伺服电机驱动器包括功能电路模块和保护电路模块，所述功能电路模块包括整流电路单元、制动回路电路单元和内部开关电源单元，所述保护电路模块包括过压保护电路单元、欠压保护电路单元、温度保护电路单元以及缺相保护电路单元。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

1、本发明的一种带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，通过单台交流伺服驱动器控制两台交流伺服电机运行，驱动器独立控制两台电机运行，互不干扰，节约了成本，同时，由于两台电机可以共用一些功能电路，如整流电路、制动回路、内部开关电源，也可以共用一些保护电路，如过压、欠压、温度保护电路，因而大大节省了控制成本；

2、本发明增加了UPS供电模式，使得系统在断电的状况下能够保证驱动不失电，同步保存电机控制信息，且位置等信息与上位机记录保持同步。

附图说明

图1是现有交流伺服驱动器的单轴驱动示意图；

图2是本发明带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器结构的示意图；

图3是本发明带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器的原理示意图；

图4是本发明带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步介绍本发明。

请参照附图2-4，一种带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，包括交流伺服电机驱动器，所述交流伺服电机驱动器1控制连接两台交流伺服电机，所述交流伺服电机包括电机一2与电机二3，所述交流伺服电机驱动器1包括数字信号处理单元4，第一电机驱动单元5、第二电机驱动单元6、UPS电源单元7以及普通供电电源单元8，所述数字信号处理单元4分别连接第一电机驱动单元5、第二电机驱动单元6，UPS电源单元7以及普通供电电源单元8同时连接第一电机驱动单元5、第二电机驱动单元6，所述的两台交流伺服电机分别设置有位置反馈单元9，所述位置反馈单元9连接数字信号处理单元4反馈信号输入端；所述交流伺服电机驱动器1的数字信号处理单元4控制两组PWM信号输出，分别驱动第一电机驱动单元4与第二电机驱动单元5独立控制两台交流伺服电机运行，两台交流伺服电机设置的位置反馈单元9将电机内置编码器的编码信号反馈给数字信号处理单元4，所述数字信号处理单元4根据反馈信号同时计算两台电机的实时速度及位置信息，通过PID控制算法，实行两台电机实时、高精度运行；UPS电源单元7，交流伺服电机驱动器1内部的普通供电电源单元8包含的检测电路实时检测供电电源的状况，在发生供电电源突然断电的状况下，该电路将发出断电报警信号，交流伺服电机驱动器1包含的整流电路后面接有大容量的滤波电容，在发生供电电源断电的瞬间，滤波电容中仍然有一定的电量，维持交流伺服电机驱动器1工作，断电报警信号发出后，交流伺服电机驱动器1将立即关闭两个电机驱动单元，或者做紧急停车运行,停止两台电机的运行，同时将驱动器电路从普通供电电源单元8切换到UPS电源单元9供电，由于在切换过程中，驱动器内部电路一直没有发生掉电的情况，能够同步保存两台电机和驱动器的信息，在供电电源恢复时，可以继续运行,保证位置等信息与上位机记录同步，降低产品不良率。

数字信号处理单元4为DSP或者MCU处理单元，所述DSP或MCU处理单元外接FPGA或CPLD模块。

UPS电源单元7以及普通供电电源单元8通过继电器开关10接入驱动器内部的各电路单元，所述电路单元通过继电器开关10选择UPS电源单元7或是普通供电电源单元8供电。

数字信号处理单元4还连接显示单元11以及数据存储单元12，所述显示单元11可以实时的显示电机的转速以及电机内部等一些参数，该些参数信息会存储在数据存储单元12，以便于实时的调用查看。

交流伺服电机驱动器1包括功能电路模块和保护电路模块，所述功能电路模块包括整流电路单元、制动回路电路单元和内部开关电源单元，所述保护电路模块包括过压保护电路单元、欠压保护电路单元、温度保护电路单元以及缺相保护电路单元，该些功能电路模块包括整流电路单元都为两台电机所共用，大大节省了电机运行控制成本。

本发明的优点是这种伺服驱动系统不仅延续了原伺服驱动器的高效率,高响应,高精确的控制特性，而且具有控制成本低；可靠性好、集成度高；同步性好、提高伺服性能；安装体积小，操作方便；断电状态下，可以同步保存信息。具体优点阐述：

(1)控制成本低：随着微处理器和电力电子技术的迅猛发展，DSP的运算速度大幅提升，用单片DSP芯片同时控制两台电机成为可能，一拖二双电机是在一个程序运行周期内，完成两套控制指令运算，输出2对PWM信号，同时控制两台伺服电机；

(2)硬件成本低：由于二台电机可以共用一些功能电路，如整流电路、制动回路、内部开关电源，也可以共用一些保护电路，如过压、欠压、温度保护电路，简化了电路结构，大大节约了器件成本，缩小驱动体积，也减少安装面积，大大节省了控制器的成本；

(3)系统节能：在电机进行制动时将有一部分的能量回馈到电路中，在单轴系统中只能将这些能量通过制动电阻消耗掉。在这个系统中，如果另一台电机在正常出力，这些能量可以被正在出力的电机所利用，对于频繁启停和正反转的系统，节能效果明显；

(4)实现双轴实时同步：在多台电机同时运行的工控系统中，经常要去多轴同步运动。采用双电机驱动的驱动器，由于采用同一DSP或微处理器控制，可以实现两个单元同步运动；而单轴独立控制时，因通信延时、内部控制节拍不一致，很难实现同步；

(5)UPS断电时，信息同步保护功能：本发明装置可以通过UPS和普通供电电源供电，正常工作时通过普通供电电源供电。驱动器内部的供电电源检测电路实时检测供电电源的状况，在发生供电电源突然断电的状况下，该电路将发出断电报警信号。由于驱动器整流电路后面接有容量较大的滤波电容，在发生供电电源断电的瞬间，滤波电容中仍然有一定的电量，维持系统工作。断电报警信号发出后，系统将立即关闭主驱动电路，停止两台电机的运行，同时将主电路从普通供电电源切换到UPS电源(图4中继电器从点2切换到点3)。由于在切换过程中，驱动器内部电路一直没有发生掉电的情况，所以可以同步保存两台电机和驱动器的信息，在供电电源恢复时，可以继续运行，保证位置等信息与上位机记录同步，降低不良率。

综合以上对本发明的电路结构及原理可知，本发明的一种带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，通过单台电机交流伺服驱动器控制两台交流伺服电机运行，驱动器独立控制两台电机运行，互不干扰，节约了成本，同时，由于两台电机可以共用一些功能电路，如整流电路、制动回路、内部开关电源，也可以共用一些保护电路，如过压、欠压、温度保护电路，因而大大节省了控制成本，同时，本发明增加了UPS供电模式，使得系统在断电的状况下能够同步保存电机控制信息。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，其特征在于，包括交流伺服电机驱动器，所述交流伺服电机驱动器控制连接两台交流伺服电机，所述交流伺服电机驱动器包括数字信号处理单元，第一电机驱动单元、第二电机驱动单元、UPS电源单元以及普通供电电源单元，所述数字信号处理单元分别连接第一电机驱动单元、第二电机驱动单元，UPS电源单元以及普通供电电源单元同时连接第一电机驱动单元、第二电机驱动单元，所述的两台交流伺服电机分别设置有位置反馈单元，所述位置反馈单元连接数字信号处理单元反馈信号输入端；

所述交流伺服电机驱动器的数字信号处理单元控制两组PWM信号输出，分别驱动第一电机驱动单元与第二电机驱动单元独立控制两台交流伺服电机运行，两台交流伺服电机设置的位置反馈单元将电机内置编码器的编码信号反馈给数字信号处理单元，所述数字信号处理单元根据反馈信号同时计算两台电机的实时速度及位置信息，通过PID控制算法，实行两台电机实时、高精度运行；

UPS电源单元，交流伺服电机驱动器内部的普通供电电源单元包含的检测电路实时检测供电电源的状况，在发生供电电源突然断电的状况下，检测电路将发出断电报警信号，交流伺服电机驱动器包含的整流电路后面接有大容量的滤波电容，在发生供电电源断电的瞬间，滤波电容中仍然有一定的电量，维持交流伺服电机驱动器工作，断电报警信号发出后，交流伺服电机驱动器将立即关闭两个电机驱动单元，停止两台电机的运行，同时将驱动器电路从普通供电电源单元切换到UPS电源单元供电，由于在切换过程中，驱动器内部电路一直没有发生掉电的情况，能够同步保存两台电机和驱动器的信息，在供电电源恢复时，可以继续运行。

2.如权利要求1所述的带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，其特征在于，所述数字信号处理单元为DSP或MCU处理单元，所述DSP或MCU处理单元外接FPGA或CPLD模块。

3.如权利要求1所述的带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，其特征在于，所述UPS电源单元以及普通供电电源单元通过继电器开关接入驱动器内部的各电路单元，所述电路单元通过继电器开关选择UPS电源单元或是普通供电电源单元供电。

4.如权利要求1所述的带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，其特征在于，所述数字信号处理单元还连接显示单元以及数据存储单元。

5.如权利要求1所述的带UPS断电信息保护的双电机交流伺服驱动器，其特征在于，所述交流伺服电机驱动器包括功能电路模块和保护电路模块，所述功能电路模块包括整流电路单元、制动回路电路单元和内部开关电源单元，所述保护电路模块包括过压保护电路单元、欠压保护电路单元、温度保护电路单元以及缺相保护电路单元。