CN104009679A - 伺服电机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及伺服电机的控制系统，包括：电源控制电路、多个交-直-交功率主电路、多个空间矢量脉宽调制集成电路、多个伺服电机、位置反馈接口电路、逻辑控制电路、控制处理电路。有益效果是：本发明中具备多个伺服电机驱动接口，可以控制多台电机的同步运行或者各自独立运行；并且通过参数配置可选择其中一种，控制灵活，适用性好，另外；通过位置反馈接口电路可兼容多种形式的位置反馈，克服了现有伺服控制系统中驱动器只能支持一种形式的编码器的缺点，其使用方便，成本也较低；节省了驱动器的安装空间，提高了制造装配工时效率。

Description

伺服电机的控制系统

技术领域

本发明涉及伺服控制系统技术领域，尤其是涉及一种伺服电机的控制系统。

背景技术

伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出，能够跟随输入量(或给定值)的任意变化而变化的自动控制系统。而在自动控制系统中，能够以一定的准确度响应控制信号的系统称为随动系统，亦称伺服系统。

伺服的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力距、速度和位置控制得非常灵活方便。伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程，电气伺服系统根据所驱动电机类型分为直流(DC)伺服系统和交流(AC)伺服系统。目前现有的交流伺服系统中一般标配是一台伺服驱动器驱动一台伺服电机，在实际应用中，要驱动多少台电机就得配备多少台伺服驱动器，这样就对伺服驱动器的安装空间有较大的要求；在工业自动化领域的实际应用中，有很多场合需要两台及两台以上伺服电机同步驱动控制对象运行以获取较好的运动控制效果，而采用一台伺服驱动器驱动一台伺服电机的方案来处理有同步控制要求的两台电机驱动从控制精度而言是比较难以获取满意的控制效果的。另外，目前工业自动化市场上的伺服产品，对编码器的要求越来越高，主流还是增量式编码器，其具有明显的价格优势；高精度、快响应的应用场合则要求高分辨率的绝对式编码器。目前市场上的各种交流伺服驱动器的编码器反馈接口只适用于其中一种，无法实现对增量式编码器和绝对式编码器的兼容。

因此，一种可同时驱动多台伺服电机并支持多种位置反馈的控制系统的出现很有必要了，以实现在确保高精度的同步控制效果，同时还节省了驱动器的安装空间，提高了制造装配工时效率。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，在于提供一种伺服电机的控制系统，以实现在确保高精度的同步控制效果，同时还节省了驱动器的安装空间，提高了制造装配工时效率。。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

伺服电机的控制系统，其包括：

电源控制电路，用于控制所述交流电源输出所需的工作电源；

多个交-直-交功率主电路，与所述电源控制电路相连，对所述电源控制电路输出的工作电源进行变频变压转换；

多个空间矢量脉宽调制集成电路，分别与所述的多个交-直-交功率主电路相连，用于对交-直-交功率主电路中的工作电压进行调制；

多个伺服电机，分别与所述多个交-直-交功率主电路的输出端相连；

与所述多个伺服电机的编码器相连的包括多个位置反馈接口的位置反馈接口电路，用于将各伺服电机的编码器输出信号转换为相应的逻辑控制输入信号；

逻辑控制电路，用于根据各伺服电机的逻辑控制输入信号反馈相应的逻辑控制信号；

控制处理电路，分别与上述的电源控制电路、多个空间矢量脉宽调制集成电路、逻辑控制电路相连，用于进行键盘扫描、显示、参数管理、电流环/速度环/位置环的控制，接收逻辑控制电路反馈的信号，输出多组调制信号给相应的空间矢量脉宽调制集成电路，控制电源控制电路；

与上述的控制处理电路相连的显示电路，所述显示电路采用发光二极管显示屏幕。

作为优选的技术方案，还包括：与各个交-直-交功率主电路输出端相连的电流检测电路。

作为优选的技术方案，各伺服电机的编码器可包括增量式编码器和/或绝对式编码器；

位置反馈接口电路包括编码器接口、增量式编码器接口管理电路、绝对式编码器接口管理电路、差分接收检测电路，增量式编码器接口通过差分接收检测电路与逻辑控制电路相连接，绝对式编码器接口通过差分接口芯片与逻辑控制电路相连接，编码器接口外接编码器，并通过逻辑控制电路配置硬件来选择位置反馈采用增量式编码器或者绝对式编码器。

本发明具有的有益效果是：(1)本发明中具备多个伺服电机驱动接口，可以控制多台电机的同步运行或者各自独立运行；并且通过参数配置可选择其中一种，控制灵活，适用性好，另外；

(2)通过位置反馈接口电路可兼容多种形式的位置反馈，克服了现有伺服控制系统中驱动器只能支持一种形式的编码器的缺点，其使用方便，成本也较低；

(3)节省了驱动器的安装空间，提高了制造装配工时效率。

附图说明

图1为本发明：伺服电机的控制系统的结构示意图；

图2为本发明：伺服电机的控制系统的电路图。

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，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1所示，本实施例的伺服控制系统外接有交流电源1，其主要包括；电源控制电路2，用于控制所述交流电源输出所需的工作电源；多个交-直-交功率主电路3，与所述电源控制电路相连，对所述电源控制电路输出的工作电源进行变频变压转换；多个空间矢量脉宽调制集成电路4，分别与所述的多个交-直-交功率主电路相连，用于对交-直-交功率主电路中的工作电压进行调制；多个伺服电机5，分别与所述多个交-直-交功率主电路的输出端相连；与所述多个伺服电机的编码器相连的包括多个位置反馈接口的位置反馈接口电路6，用于将各伺服电机的编码器输出信号转换为相应的逻辑控制输入信号；逻辑控制电路7，用于根据各伺服电机的逻辑控制输入信号反馈相应的逻辑控制信号；控制处理电路8，分别与上述的电源控制电路、多个空间矢量脉宽调制集成电路、逻辑控制电路相连，用于进行键盘扫描、显示、参数管理、电流环/速度环/位置环的控制，接收逻辑控制电路反馈的信号，输出多组调制信号给相应的空间矢量脉宽调制集成电路，控制电源控制电路。

另外，伺服控制系统中还可包括：与各个交-直-交功率主电路输出端相连的电流检测电路9以及与上述的控制处理电路相连的显示电路10。

上述实施例中通过控制电路的控制，可以实现控制多台电机的同步运行或者各自独立运行，而且通过位置反馈接口电路以及逻辑控制电路的反馈，还可实现多种编码器的兼容，发明较高。

下面以优选的实施例进行说明。

参考图2，本实施例一种同时驱动两台伺服电机并支持两种位置反馈的交流伺服控制系统，其中伺服电机为两个，位置反馈接口为两个，逻辑控制电路采用复杂可编程逻辑器件逻辑控制电路，控制处理电路为数字信号处理控制电路，显示电路采用发光二极管显示屏幕。

如图2所示，本实施例中伺服控制系统按照功能可分为控制模块、功率模块和显示模块，功率模块和显示模块分别与控制模块连接；控制模块包括处理子模块和位置反馈接口子模块，处理子模块包括相连接的DSP和CPLD，DSP还分别与功率模块和显示模块连接，CPLD的输入端分别与两路位置反馈接口子模块连接，CPLD通过位置反馈接口子模块分别外接编码器。本实施例中，位置反馈接口子模块的硬件接口设有第一位置反馈接口和第二位置反馈接口，两路位置反馈接口各自用于编码器或光栅尺等位置反馈元件。

本实施例中功率模块可包括交-直-交交功率主电路、控制电源电路和两路空间矢量脉宽调制集成电路，控制电源电路与交-直-交交功率主电路连接，DSP通过空间矢量脉宽调制集成电路与交-直-交交功率主电路连接，交-直-交交功率主电路的两路输出端分别外接两台电机。

其中，控制电源电路由DC/DC转换子模块与电源连接实现，空间矢量脉宽调制集成电路包括PWM脉宽调制子模块和驱动电路模块，PWM脉宽调制子模块用于接收DSP产生的控制信号并输出两组PWM电压信号，分别通过驱动电路模块将两组PWM电压信号送至交-直-交交功率主电路。交-直-交交功率主电路的输出端还设有两路电流检测电路，并通过电流检测电路与DSP连接，通过电流检测子模块实时监测交-直-交交功率主电路的输出电流，保证两台电机各自的正常工作。

另外，如图2所示，本实施中显示模块可包括LED显示子模块和数据存储子模块，LED显示子模块和数据存储子模块分别与DSP连接。其中，LED显示子模块采用LED显示屏幕。

本实施例中驱动两台伺服电机并支持两种位置反馈的交流伺服驱动器在使用时，控制模块为其核心部分，其中，DSP完成键盘扫描、显示、参数管理、完成电流环/速度环/位置环的控制并输出两组PWM信号，CPLD的任务是处理位置反馈接口子模块得到的信号并反馈给DSP；功率模块中控制电源电路提供交流伺服驱动器工作电源，空间矢量脉宽调制集成电路依据DSP产生的两组PWM信号调制得两组PWM电压信号，通过接口电路传送给交-直-交交功率主电路，对交-直-交交功率主电路中的直流电压进行脉宽调制，交-直-交交功率主电路对外部交流电源提供的交流电进行变频变压转换，最后输出两路交流电源驱动两台电机同时工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和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效物界定。

Claims (6)

1.伺服电机的控制系统，其特征在于，包括：

电源控制电路，用于控制所述交流电源输出所需的工作电源；

多个交-直-交功率主电路，与所述电源控制电路相连，对所述电源控制电路输出的工作电源进行变频变压转换；

多个空间矢量脉宽调制集成电路，分别与所述的多个交-直-交功率主电路相连，用于对交-直-交功率主电路中的工作电压进行调制；

多个伺服电机，分别与所述多个交-直-交功率主电路的输出端相连；

与所述多个伺服电机的编码器相连的包括多个位置反馈接口的位置反馈接口电路，用于将各伺服电机的编码器输出信号转换为相应的逻辑控制输入信号；

逻辑控制电路，用于根据各伺服电机的逻辑控制输入信号反馈相应的逻辑控制信号；

控制处理电路，分别与上述的电源控制电路、多个空间矢量脉宽调制集成电路、逻辑控制电路相连，用于进行键盘扫描、显示、参数管理、电流环/速度环/位置环的控制，接收逻辑控制电路反馈的信号，输出多组调制信号给相应的空间矢量脉宽调制集成电路，控制电源控制电路；以及

与上述的控制处理电路相连的显示电路。

2.根据权利要求1所述的伺服电机的控制系统，其特征在于，还包括：与各个交-直-交功率主电路输出端相连的电流检测电路。

3.根据权利要求1所述的伺服电机的控制系统，其特征在于，各伺服电机的编码器包括增量式编码器和/或绝对式编码器；

位置反馈接口电路包括编码器接口、增量式编码器接口管理电路、绝对式编码器接口管理电路、差分接收检测电路，增量式编码器接口通过差分接收检测电路与逻辑控制电路相连接，绝对式编码器接口通过差分接口芯片与逻辑控制电路相连接，编码器接口外接编码器，并通过逻辑控制电路配置硬件来选择位置反馈采用增量式编码器或者绝对式编码器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的伺服电机的控制系统，其特征在于，所述控制处理电路为数字信号处理控制电路。

5.根据权利要求1-3任一项所述的伺服电机的控制系统，其特征在于，所述逻辑控制电路为复杂可编程逻辑器件逻辑控制电路。

6.根据权利要求1所述的伺服电机的控制系统，其特征在于，所述显示电路采用发光二极管显示屏幕。