CN103840722A

CN103840722A - 一种伺服驱动器

Info

Publication number: CN103840722A
Application number: CN201410118613.5A
Authority: CN
Inventors: 郑天江; 余国民; 余学渭; 陈雷; 叶朋伟; 黄官仲; 黄继超
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明公开了一种伺服驱动器，包括整流器、辅助电源、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器，整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器顺次连接；整流器的输出端通过辅助电源与双核处理器的输入端相连接；双核处理器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接。该伺服驱动器还包括连接在整流器与IPM逆变器之间的滤波器。本发明的有益效果为：本发明所述的伺服驱动器系统简单、成本较低、开发周期较短；操作人性化、参数调整简单、速度控制精度高、速度动态响应快、电源应用率高。双核处理器内含有DSP和ARM双核，解决了传统的DSP+CPLD或DSP+RAM双芯片方案中的芯片间通讯问题，极大提高数据通讯的速度和效率，大大降低伺服系统的复杂度。

Description

一种伺服驱动器

技术领域

本发明涉及电机的驱动控制技术领域，具体涉及一种伺服驱动器。

背景技术

永磁同步电机由于谐波少、转矩的精度高，常用于交流伺服系统和高性能的调速系统。交流伺服系统涉及的学科和技术领域包括了电机技术、材料技术、计算机技术、控制技术、微电子技术、电力电子技术、传感技术、网络技术等，属多学科、多技术领域交叉的典型光机电一体化产品。各学科和技术领域中的最新成果都能很快在现代高性能交流伺服系统中得到应用，甚至会对其基本设计思想产生影响。总的来说，软件、电子、通信和半导体技术的快速发展直接推动了交流伺服系统的换代，导致新产品换代周期从本世纪初时的5年左右缩短到2~3年。现代高性能交流伺服系统并不是一个孤立的产品或系统，他是现代运动控制系统的核心，是各类高技术智能化装备的基础性、关键性部件。甚至可以毫不夸张地讲，采用高性能伺服系统是制造业实现自动化、信息化和智能化水平的标志。“三化”的水平越高，其与周边产品及产业的关联度及相互依存度就越高，因此现代高性能伺服驱动系统是促进制造业转型升级、实现可持续发展的关键产品。

高性能伺服驱动器包含两个方面的要求：在控制性能上能实现高精度的位置和速度控制，并提供较大的输出力矩，动态响应快；在功能方面需要提高易用性，追求简洁的操作界面、提供工业以太网、支持多种现场总线协议等。而传统的伺服驱动器一般采用DSP或DSP+FPGA\CPLD的双芯片架构，其中DSP用以实现电机控制运算，CPLD或FPGA用以扩展IO口和通讯口，实现逻辑信号处理和扩展通讯功能等，因此传统的伺服驱动器存在系统复杂、成本较高和开发周期较长的问题。

发明内容

为解决现有技术中的伺服驱动器系统复杂、成本较高、开发周期较长的技术缺陷，本发明设计出一种具有双核处理器的伺服驱动器，实现了简化系统、节约成本的目的，同时也避免了开发周期长的技术缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种伺服驱动器，包括整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器，整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器顺次连接；整流器的输出端通过辅助电源与双核处理器的输入端相连接；双核处理器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接。

整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器顺次连接，为双核处理器提供电流和电压信号；整流器的输出端通过辅助电源与双核处理器的输入端相连接，整流器和辅助电源的供电模式为市电，对工作环境要求低，整流器将市电转换成幅值在310V左右的直流电，辅助电源将市电转换成双核处理器需要的15V、3.3V等合适的电压，双核处理器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接，实现双核处理器对IPM逆变器的反馈控制。IPM逆变器在双核处理器的控制下不断的开通和关断，将直流母线的310V的直流电逆变成有效值为220V的交流电，供给永磁同步电机的定子侧，有效驱动电机（IPM逆变器自身带有预驱和保护功能）。整个伺服驱动器的系统较简单，成本较低，开发周期较短。双核处理器内含有DSP和ARM双核，解决了传统的DSP+CPLD或DSP+RAM双芯片方案中的芯片间通讯问题，极大提高数据通讯的速度和效率，大大降低伺服系统的复杂度。

优选的，该伺服驱动器还包括连接在整流器与IPM逆变器之间的滤波器。上述滤波器可以将整流器整流出来的直流电中的纹波部分有效滤除。

优选的，该伺服驱动器还包括连接在滤波器与IPM逆变器之间的制动器。上述制动器为串接在电路中的大功率电阻或制动单元，可以有效吸收直流母线上泵升的电压，保护伺服驱动器的其他硬件。

优选的，信号采集单元包括电流采集卡和电压采集卡。上述电流采集卡是由毫欧电阻组成的驱动器输出电流采集电路，为双核处理器矢量控制算法的实现提供电流信号。上述电压采集卡是由毫欧电阻组成的驱动器输出电压采集电路，为矢量控制算法的实现提供电压信号。

优选的，该伺服驱动器还包括连接在信号采集单元与双核处理器之间的模拟运算器。上述模拟运算器包含输出电压、直流母线电压、输出电流运算设备，将采集到的电压和电流信号转换成双核处理器需要的信号并进行滤波。模拟运算器可以实现比列运算和偏置值抬升，转换成双核处理器需要的0~+3.3V电压信号；电流信号也需要进行类似的转换。

优选的，该伺服驱动器还包括连接在双核处理器的输入端的保护电路。上述保护电路为过流过压保护电路，其采用模拟运放等构成综合保护电路，用以保护IPM逆变器和双核处理器。

优选的，该伺服驱动器还包括连接在双核处理器的输出端的显示器和远程通讯装置;其中，远程通讯装置包括分别接入以太网和CAN网络的Internet通讯单元和CAN通讯单元。上述显示器采用了归一化示标法的LCD显示器，显示效果好。上述的远程通讯装置为设置在双核处理器上的远程通讯接口，分别接入CAN网络和以太网；本发明所述的伺服驱动器采用CAN通讯和工业以太网（Ethernet）两种通讯方式，能够有效的对伺服驱动器进行远程的操作和监视，实现自动化监控。

本发明的有益效果为：本发明所述的伺服驱动器系统简单、成本较低、开发周期较短；操作人性化、参数调整简单、速度控制精度高、速度动态响应快、电源应用率高。双核处理器内含有DSP和ARM双核，解决了传统的DSP+CPLD或DSP+RAM双芯片方案中的芯片间通讯问题，极大提高数据通讯的速度和效率，大大降低伺服系统的复杂度。

附图说明

图1为本发明第一实施例所述的伺服驱动器的工作状态示意图；

图2为本发明第二实施例所述的伺服驱动器的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构进行详细解释说明。

如图1所示，示出了本发明所述一种伺服驱动器的第一实施例，一种伺服驱动器，包括整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器，整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器顺次连接；整流器的输出端通过辅助电源与双核处理器的输入端相连接；双核处理器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接。

实施例一所述的一种伺服驱动器，整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器顺次连接，为双核处理器提供电流和电压信号；整流器的输出端通过辅助电源与双核处理器的输入端相连接，整流器和辅助电源的供电模式为市电，对工作环境要求低，整流器将市电转换成幅值在310V左右的直流电，辅助电源将市电转换成双核处理器需要的15V、3.3V等合适的电压，双核处理器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接，实现双核处理器对IPM逆变器的反馈控制。IPM逆变器在双核处理器的控制下不断的开通和关断，将直流母线的310V的直流电逆变成有效值为220V的交流电，供给永磁同步电机的定子侧，有效驱动电机（IPM逆变器自身带有预驱和保护功能）。整个伺服驱动器的系统较简单，成本较低，开发周期较短。

实施例一所述的一种伺服驱动器，双核处理器内含有DSP和ARM双核，双核之间的通讯采用内部RAM传递的方式，即通过指定的RAM空间实现数据的双向传递，并还留有共享RAM空间，因此解决了传统的DSP+CPLD或DSP+RAM双芯片方案中的芯片间通讯问题，并极大提高数据通讯的速度和效率，大大降低伺服系统的复杂度。

如图2所示，示出了本发明所述一种伺服驱动器的第二实施例，一种伺服驱动器，包括整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器，整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器顺次连接；整流器的输出端通过辅助电源与双核处理器的输入端相连接；双核处理器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接。

实施例二所述的一种伺服驱动器，整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器顺次连接，为双核处理器提供电流和电压信号；整流器的输出端通过辅助电源与双核处理器的输入端相连接，整流器和辅助电源的供电模式为市电，对工作环境要求低，整流器将市电转换成幅值在310V左右的直流电，辅助电源将市电转换成双核处理器需要的15V、3.3V等合适的电压，双核处理器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接，实现双核处理器对IPM逆变器的反馈控制。IPM逆变器在双核处理器的控制下不断的开通和关断，将直流母线的310V的直流电逆变成有效值为220V的交流电，供给永磁同步电机的定子侧，有效驱动电机（IPM逆变器自身带有预驱和保护功能）。整个伺服驱动器的系统较简单，成本较低，开发周期较短。

实施例二所述的一种伺服驱动器，该伺服驱动器还包括连接在整流器与IPM逆变器之间的滤波器。上述滤波器可以将整流器整流出来的直流电中的纹波部分有效滤除。

实施例二所述的一种伺服驱动器，该伺服驱动器还包括连接在滤波器与IPM逆变器之间的制动器。上述制动器为串接在电路中的大功率电阻或制动单元，可以有效吸收直流母线上泵升的电压，保护驱动器的其他硬件。

实施例二所述的一种伺服驱动器，信号采集单元包括电流采集卡和电压采集卡。上述电流采集卡是由毫欧电阻组成的驱动器输出电流采集电路，为双核处理器矢量控制算法的实现提供电流信号。上述电压采集卡是是由毫欧电阻组成的驱动器输出电压采集电路，为矢量控制算法的实现提供电压信号。

实施例二所述的一种伺服驱动器，该伺服驱动器还包括连接在信号采集单元与双核处理器之间的模拟运算器。上述模拟运算器包含输出电压、直流母线电压、输出电流运算设备，将采集到的电压和电流信号转换成双核处理器需要的信号并进行滤波。模拟运算器可以实现比列运算和偏置值抬升，转换成双核处理器需要的0~+3.3V电压信号；电流信号也需要进行类似的转换。

实施例二所述的一种伺服驱动器，该伺服驱动器还包括连接在双核处理器的输入端的保护电路。上述保护电路为过流过压保护电路，其采用模拟运放等构成综合保护电路，用以保护IPM逆变器和双核处理器。

实施例二所述的一种伺服驱动器，双核处理器的输出端还连接有显示器和远程通讯装置;其中，远程通讯装置包括分别接入以太网和CAN网络的Internet通讯单元和CAN通讯单元。上述显示器采用了归一化示标法的LCD显示器，显示效果好。上述的远程通讯装置为设置在双核处理器上的远程通讯接口，分别连接CAN网络和以太网；本发明所述的伺服驱动器采用CAN通讯和工业以太网(Ethernet)两种通讯方式，能够有效的进行远程对伺服驱动器的操作和监视，实现自动化监控。

实施例二所述的一种伺服驱动器，双核处理器内含有DSP和ARM双核，双核之间的通讯采用内部RAM传递的方式，即通过指定的RAM空间实现数据的双向传递，并还留有共享RAM空间，因此解决了传统的DSP+CPLD或DSP+RAM双芯片方案中的芯片间通讯问题，并极大提高数据通讯的速度和效率，大大降低伺服系统的复杂度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种伺服驱动器，其特征在于，包括整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器；

整流器、IPM逆变器、信号采集单元以及双核处理器顺次连接；

整流器的输出端通过辅助电源与双核处理器的输入端相连接；

双核处理器的输出端与IPM逆变器的控制端相连接。

2.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，该伺服驱动器还包括连接在整流器与IPM逆变器之间的滤波器。

3.根据权利要求2所述的伺服驱动器，其特征在于，该伺服驱动器还包括连接在滤波器与IPM逆变器之间的制动器。

4.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，信号采集单元包括电流采集卡和电压采集卡。

5.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，该伺服驱动器还包括连接在信号采集单元与双核处理器之间的模拟运算器。

6.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，该伺服驱动器还包括连接在双核处理器的输入端的保护电路。

7.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，该伺服驱动器还包括连接在双核处理器的输出端的显示器和远程通讯装置;其中，远程通讯装置包括分别接入以太网和CAN网络的Internet通讯单元和CAN通讯单元。