CN104410334A - 一种三通道伺服控制驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三通道伺服控制驱动器，用于解决现有的伺服电机控制驱动系统存在组成单机多，不利于系统小型化和轻量化、成本高的问题。本发明提供的三通道伺服控制驱动器包括通讯板和三个驱动控制单元；所述通讯板通过RS-232总线与计算机连接，还分别通过CAN总线与三个驱动控制单元连接，用于实现计算机和所述驱动控制单元之间的数据通信；各驱动控制单元还通过RS-422总线与控制系统连接，输出端还与待驱动的伺服机构连接；用于将位置、速度、电流信号转换为驱动信号输出。驱动器将一个伺服控制器和三个伺服驱动器集成在一起，实现三通道机电伺服系统的驱动控制，提高了系统集成度，安装空间小，系统重量轻，节约生产成本。

Description

一种三通道伺服控制驱动器

技术领域

本发明涉及伺服控制技术领域，特别是指一种三通道伺服控制驱动器。

背景技术

随着磁性材料、电力电子器件和数字处理器技术的发展，高性能电机与现代控制技术相结合，使机电伺服技术迅速崛起。机电伺服系统的应用越来越广泛，同时对其的集成度和可靠性要求也越来越高。

传统的航天多通道机电伺服系统伺服驱动器多采用“一拖一”方案，即三通道伺服电机控制驱动系统一般由一台伺服控制器，三台伺服驱动器和三台伺服机构组成。这种伺服电机控制驱动系统存在组成单机多，不利于系统小型化和轻量化、成本高的问题。

发明内容

为了解决现有伺服电机控制驱动系统组成单机数量多，不利于系统小型化，重量大、成本高的问题，本发明提供一种三通道伺服控制驱动器，该驱动器集成了一台伺服控制器和三台伺服驱动器的功能，可用于驱动三台伺服电机，减少了现有伺服电机控制驱动系统的单机数量，提高了系统的比功率，适应了大功率机电伺服系统小型化、高可靠性的发展需求。

本发明提供的一种三通道伺服控制驱动器，包括：通讯板和三个驱动控制单元；所述通讯板通过RS-232总线与计算机连接，还分别通过CAN总线与所述三个驱动控制单元连接，用于实现计算机和所述驱动控制单元之间的数据通信；各所述驱动控制单元还通过RS-422总线与控制系统连接，各所述驱动控制单元的驱动信号输出端与待驱动的伺服机构连接；各所述驱动控制单元根据所述控制系统发来的指令信号，运行位置、速度、电流三环控制算法得到6路PWM信号，并将所述6路PWM信号转换为驱动信号输出；所述驱动控制单元还将其驱动的伺服机构返回的反馈信号回送给所述控制系统。

其中，所述通讯板包括RS-232总线接口电路、第一CAN总线接口电路、第一DSP及外围电路、第一二次电源变换电路；所述第一DSP及外围电路与所述RS-232总线接口电路连接，所述RS-232总线接口电路通过RS-232总线与所述计算机连接；所述第一DSP及外围电路还与所述第一CAN总线接口电路连接，所述第一CAN总线接口电路通过CAN总线与所述驱动控制单元连接；所述第一二次电源变换电路与当前通讯板中需供电的所有元器件连接，为其提供二次电源。

其中，每个所述驱动控制单元包括一块控制板和一块功率板；所述控制板包括RS-422总线接口电路、第二CAN总线接口电路、第二DSP及外围电路、第二二次电源变换电路、旋变解码电路、存储器电路、A/D变换电路、D/A变换电路和信号处理电路；所述第二二次电源变换电路与当前控制板中需供电的所有部件连接，为其提供电源；所述存储器电路与所述第二DSP及外围电路连接；所述D/A变换电路与所述第二DSP及外围电路连接；所述第二DSP及外围电路还与所述第二CAN总线接口电路连接，所述第二CAN总线接口电路通过CAN总线与所述通讯板连接；所述A/D变换电路分别与所述第二DSP及外围电路、信号处理电路连接，需要计算的电流信号依次经所述信号处理电路处理、所述A/D变换电路进行A/D变换后提供给所述第二DSP及外围电路；所述旋变解码电路与所述第二DSP及外围电路连接，用于将需要计算的速度信号和位置信号转换为相应的数字信号后提供给第二DSP及外围电路；所述第二DSP及外围电路与所述RS-422总线接口电路连接，所述RS-422总线接口电路通过RS-422总线与所述控制系统连接，所述第二DSP及外围电路通过RS-422总线接收所述控制系统发来的指令信号，根据所述控制系统发来的指令信号以及收到的位置信号、速度信号、电流信号，运行位置、速度、电流三环控制算法，得到6路PWM信号输出至所述功率板；所述功率板用于将收到的6路PWM信号转换为驱动信号输出。

其中，所述功率板包括隔离电路、驱动电路、功率主电路、电流采集及变换电路、开关电源变换电路；所述隔离电路输入端与所述控制板连接，输出端与所述驱动电路输入端连接，所述驱动电路输出端与所述功率主电路连接；所述电流采集及变换电路与所述功率主电路连接，用于采集经所述功率主电路的2相电流信号；所述开关电源变换电路分别与所述隔离电路、驱动电路连接，用于为其提供电源。

其中，每个所述驱动控制单元的功率板中的所述功率主电路包括三相全桥电路和吸收缓冲电路；所述三相全桥电路包括六个MOSFET管，所述吸收缓冲电路为C型吸收缓冲电路，且所述三相全桥电路的每对桥臂并联一组所述C型吸收缓冲电路。

上述任一种三通道伺服控制驱动器还包括壳体，所述通讯板和驱动控制单元设置于所述壳体内。

其中，所述壳体包括壳体底板、壳体左侧板、壳体右侧板和壳体盖板；所述壳体底板、壳体左侧板、壳体右侧板均为平板形状，所述壳体盖板为“U”字型形状；所述壳体盖板通过螺钉固定在所述壳体底板和壳体左侧板、壳体右侧板上，所述壳体底板和壳体左侧板、壳体右侧板之间也固定连接，形成方形壳体。

其中，所述通讯板通过螺钉固定于所述壳体盖板正对所述壳体底板的一个内表面上。

其中，所述驱动控制单元还包括连接柱；所述功率板通过四个连接柱固定安装在所述壳体底板上，所述控制板通过四个连接柱固定安装在所述功率板之上。

其中，所述驱动控制单元还包括散热器；所述功率板上的功率器件通过螺钉固定在所述散热器前表面上，所述散热器下表面通过螺钉与所述壳体底板内表面连接。

其中，所述壳体左侧板上设置有控制插座、调试插座和动力电源插座，且所述壳体左侧板与所述控制插座、调试插座和动力电源插座之间装有导电密封垫。

其中，所述壳体右侧板上设置有反馈信号插座、第一电机插座、第二电机插座和第三电机插座，且所述壳体右侧板与所述反馈信号插座、第一电机插座、第二电机插座和第三电机插座之间装有导电密封垫。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明提供的三通道伺服控制驱动器将一个伺服控制器和三个伺服驱动器集成在一起，实现三通道机电伺服系统的驱动控制，提高了系统集成度，有效降低安装空间需求，减小系统重量，简化原有电气连接，节约生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种三通道伺服控制驱动器简要结构示意图；

图2为图1中的通讯板1的优选实施结构示意图；

图3为图1中的驱动控制单元2的优选实施结构示意图；

图4为图3中的功率板22的优选实施结构示意图；

图5为去掉壳体盖板后的三通道伺服控制驱动器的俯视图；

图6完整的三通道伺服控制驱动器的左视图。

[附图标记说明]

1、通讯板；

2、驱动控制单元；

3、计算机；

4、控制系统；

5、壳体；

6、连接柱；

7、散热器；

8、控制插座；

9、调试插座；

10、动力电源插座；

11、反馈信号插座；

12、第一电机插座；

13、第二电机插座；

14、第三电机插座；

15、导电密封垫；

16、三通道伺服控制驱动器；

17、MOSFET管；

21、控制板；

22、功率板；

51、壳体底板；

52、壳体左侧板；

53、壳体右侧板；

54、壳体盖板；

101、RS-232总线接口电路；

102、第一CAN总线接口电路；

103、第一DSP及外围电路；

104、第一二次电源变换电路；

211、RS-422总线接口电路；

212、第二CAN总线接口电路；

213、第二DSP及外围电路；

214、第二二次电源变换电路；

215、旋变解码电路；

216、存储器电路；

217、A/D变换电路；

218、D/A变换电路；

219、信号处理电路；

221、隔离电路；

222、驱动电路；

223、功率主电路；

224、电流采集及变换电路；

225、开关电源变换电路；

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种三通道伺服控制驱动器简要结构示意图，如图1中所示，该三通道伺服控制驱动器16包括：通讯板1和三个驱动控制单元2。

其中，通讯板1通过RS-232总线与计算机3连接，还分别通过CAN总线与三个驱动控制单元2连接，用于实现计算机3和驱动控制单元2之间的数据通信。各驱动控制单元2还通过RS-422总线与当前伺服系统中的控制系统4连接，各驱动控制单元2的驱动信号输出端与待驱动的伺服机构连接，例如图1中所示的三个驱动控制单元2的输出端分别连接伺服机构A、伺服机构B、伺服机构C。每个驱动控制单元2根据控制系统4发来的指令信号，运行位置、速度、电流三环控制算法得到6路PWM信号，并将6路PWM信号转换为驱动信号输出，驱动控制单元2还将其驱动的伺服机构返回的反馈信号回送给控制系统4。

图2所示为图1中的通讯板1的优选实施结构示意图，如图2中所示，通讯板1包括RS-232总线接口电路101、第一CAN总线接口电路102、第一DSP及外围电路103、第一二次电源变换电路104。其中，第一DSP及外围电路103与RS-232总线接口电路101连接，RS-232总线接口电路101通过RS-232总线与计算机3连接；第一DSP及外围电路103还与第一CAN总线接口电路102连接，第一CAN总线接口电路102通过CAN总线与驱动控制单元2连接；第一二次电源变换电路104与当前通讯板1中需供电的所有元器件连接，为其提供二次电源。具体地，通讯板1通过RS-232总线接收计算机3的信号，该信号经过通讯板1处理后，再通过CAN总线分别发送给三个驱动控制单元2，从而使用户通过计算机对每个驱动控制单元2的参数进行设置。同时，通讯板1通过CAN总线接收来自三个驱动控制单元2的参数信息，信息经过通讯板1处理后，通过RS-232总线送给计算机3，从而实现计算机3对当前三通道伺服控制驱动器控制参数的显示。

优选地，第一DSP及外围电路103中的DSP采用TMS320LF2812。

图3所示为图1中的驱动控制单元2的优选实施结构示意图，如该图中所示：每个驱动控制单元2包括一块控制板21和一块功率板22。

图3中，控制板21包括RS-422总线接口电路211、第二CAN总线接口电路212、第二DSP及外围电路213、第二二次电源变换电路214、旋变解码电路215、存储器电路216、A/D变换电路217、D/A变换电路218和信号处理电路219。其中，第二二次电源变换电路214与当前控制板21中需供电的所有部件(如第二DSP及外围电路213、旋变解码电路215、存储器电路216、A/D变换电路217、D/A变换电路218和信号处理电路219)连接，为这些部件提供电源。存储器电路216与第二DSP及外围电路213连接，用于存储第二DSP及外围电路213工作所需的相关程序及过程参数等。D/A变换电路218与第二DSP及外围电路213连接；第二DSP及外围电路213还与第二CAN总线接口电路212连接，第二CAN总线接口电路212通过CAN总线与通讯板1连接；A/D变换电路217分别与第二DSP及外围电路213、信号处理电路219连接，需要计算的信号(如相电流信号、直流母线电压信号、位移反馈信号)依次经信号处理电路219处理、A/D变换电路217进行A/D变换后得到数字信号提供给第二DSP及外围电路213。旋变解码电路215与第二DSP及外围电路213连接，用于将需要计算的速度信号和位置信号转换为相应的数字速度信号、数字位置信号后提供给第二DSP及外围电路213；第二DSP及外围电路213与RS-422总线接口电路211连接，RS-422总线接口电路211通过RS-422总线与控制系统4连接，第二DSP及外围电路213通过RS-422总线接收控制系统4发来的指令信号，根据控制系统4发来的指令信号以及收到的数字位置信号、数字速度信号、数字电流信号，运行预先存储的位置、速度、电流三环控制算法，得到6路PWM信号输出至功率板22。最后功率板22将控制板21发来的6路PWM信号转换为驱动信号输出。此外，控制板21在输出驱动信号后通过RS-422总线向控制系统4回送遥测信号。

图4为图3中的功率板22的优选实施结构示意图，如图4所示，功率板22包括隔离电路221、驱动电路222、功率主电路223、电流采集及变换电路224、开关电源变换电路225。其中，隔离电路221输入端与控制板21连接，输出端与驱动电路222输入端连接，驱动电路222输出端与功率主电路223连接；电流采集及变换电路224与功率主电路223连接，用于采集经功率主电路223的2相电流信号；开关电源变换电路225分别与隔离电路221、驱动电路222连接，用于为其提供电源。

优选地，每个驱动控制单元2的功率板22中的功率主电路223包括三相全桥电路和吸收缓冲电路，所述三相全桥电路包括六个MOSFET管，则本发明提供的三通道伺服控制驱动器中一共包括18个MOSFET管。优选地，吸收缓冲电路为C型吸收缓冲电路，所述三相全桥电路的每对桥臂并联一组C型吸收缓冲电路，该C型吸收缓冲电路主要用于实现三相全桥逆变过程中的浪涌电压吸收和功率器件保护功能。

优选地，为了使本发明提供的三通道伺服控制驱动器进一步集成化，本发明提供的三通道伺服控制驱动器还包括壳体，通讯板和驱动控制单元设置于壳体内。

优选地，壳体包括壳体底板、壳体左侧板、壳体右侧板和壳体盖板。图5所示为去掉壳体盖板后的三通道伺服控制驱动器的俯视图，图6所示为三通道伺服控制驱动器的左视图。

如图5和图6中所示，壳体5为方形，壳体底板51、壳体左侧板52、壳体右侧板53均为平板形状，壳体盖板54为“U”字型形状；壳体盖板54通过螺钉固定在壳体底板51和壳体左侧板52、壳体右侧板53上，壳体底板51和壳体左侧板52、壳体右侧板53之间也固定连接。

优选地，如图6所示，通讯板1通过螺钉固定于壳体盖板54正对壳体底板51的一个内表面上。

优选地，驱动控制单元2还包括连接柱6；功率板22通过四个连接柱6直接固定安装在壳体底板51上，控制板21通过四个连接柱6固定安装在功率板22之上，或者，更为优选地，如图6所示，驱动控制单元2还包括散热器7；功率板22上的功率器件通过螺钉固定在散热器7的前表面上，散热器7下表面通过螺钉与壳体底板51内表面连接，即所述功率板22上的MOSFET管17通过螺钉固定在散热器7上。

优选地，如图6所示，壳体左侧板52上设置有控制插座8、调试插座9和动力电源插座10；且为了提高伺服控制驱动器的屏蔽性和密封性，在壳体左侧板52与控制插座8、调试插座9和动力电源插座10之间装有导电密封垫15。

优选地，如图6所示，壳体右侧板53上设置有反馈信号插座11、第一电机插座12、第二电机插座13和第三电机插座14，且为了提高伺服控制驱动器的屏蔽性和密封性，壳体右侧板53与反馈信号插座11、第一电机插座12、第二电机插座13和第三电机插座14之间装有导电密封垫15。

上述方案中，将一个伺服控制器和三个伺服驱动器集成在一起作为三通道伺服控制驱动器，实现三通道机电伺服系统的驱动控制，提高了系统集成度，有效降低安装空间需求，减小系统重量，简化原有电气连接，节约生产成本。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种三通道伺服控制驱动器，其特征在于，包括：通讯板和三个驱动控制单元；

所述通讯板通过RS-232总线与计算机连接，还分别通过CAN总线与所述三个驱动控制单元连接，用于实现计算机和所述驱动控制单元之间的数据通信；

各所述驱动控制单元还通过RS-422总线与控制系统连接，各所述驱动控制单元的驱动信号输出端与待驱动的伺服机构连接；各所述驱动控制单元根据所述控制系统发来的指令信号，运行位置、速度、电流三环控制算法得到6路PWM信号，并将所述6路PWM信号转换为驱动信号输出；所述驱动控制单元还将其驱动的伺服机构返回的反馈信号回送给所述控制系统。

2.如权利要求1所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，所述通讯板包括RS-232总线接口电路、第一CAN总线接口电路、第一DSP及外围电路、第一二次电源变换电路；

所述第一DSP及外围电路与所述RS-232总线接口电路连接，所述RS-232总线接口电路通过RS-232总线与所述计算机连接；所述第一DSP及外围电路还与所述第一CAN总线接口电路连接，所述第一CAN总线接口电路通过CAN总线与所述驱动控制单元连接；所述第一二次电源变换电路与当前通讯板中需供电的所有元器件连接，为其提供二次电源。

3.如权利要求1所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，每个所述驱动控制单元包括一块控制板和一块功率板；

所述控制板包括RS-422总线接口电路、第二CAN总线接口电路、第二DSP及外围电路、第二二次电源变换电路、旋变解码电路、存储器电路、A/D变换电路、D/A变换电路和信号处理电路；所述第二二次电源变换电路与当前控制板中需供电的所有部件连接，为其提供电源；所述存储器电路与所述第二DSP及外围电路连接；所述D/A变换电路与所述第二DSP及外围电路连接；所述第二DSP及外围电路还与所述第二CAN总线接口电路连接，所述第二CAN总线接口电路通过CAN总线与所述通讯板连接；所述A/D变换电路分别与所述第二DSP及外围电路、信号处理电路连接，需要计算的信号依次经所述信号处理电路处理、所述A/D变换电路进行A/D变换后提供给所述第二DSP及外围电路；所述旋变解码电路与所述第二DSP及外围电路连接，用于将需要计算的速度信号和位置信号转换为相应的数字信号后提供给第二DSP及外围电路；所述第二DSP及外围电路与所述RS-422总线接口电路连接，所述RS-422总线接口电路通过RS-422总线与所述控制系统连接，所述第二DSP及外围电路通过RS-422总线接收所述控制系统发来的指令信号，根据所述控制系统发来的指令信号以及收到的位置信号、速度信号、电流信号，运行位置、速度、电流三环控制算法，得到6路PWM信号输出至所述功率板；

所述功率板用于将收到的6路PWM信号转换为驱动信号输出。

4.如权利要求3所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，所述功率板包括隔离电路、驱动电路、功率主电路、电流采集及变换电路、开关电源变换电路；

所述隔离电路输入端与所述控制板连接，输出端与所述驱动电路输入端连接，所述驱动电路输出端与所述功率主电路连接；所述电流采集及变换电路与所述功率主电路连接，用于采集经所述功率主电路的2相电流信号；所述开关电源变换电路分别与所述隔离电路、驱动电路连接，用于为其提供电源。

5.如权利要求4所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，每个所述驱动控制单元的功率板中的所述功率主电路包括三相全桥电路和吸收缓冲电路；所述三相全桥电路包括六个MOSFET管，所述吸收缓冲电路为C型吸收缓冲电路，且所述三相全桥电路的每对桥臂并联一组所述C型吸收缓冲电路。

6.如权利要求1至5任一项所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，所述三通道伺服控制驱动器还包括壳体，所述通讯板和驱动控制单元设置于所述壳体内。

7.如权利要求6所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，所述壳体包括壳体底板、壳体左侧板、壳体右侧板和壳体盖板；所述壳体底板、壳体左侧板、壳体右侧板均为平板形状，所述壳体盖板为“U”字型形状；所述壳体盖板通过螺钉固定在所述壳体底板和壳体左侧板、壳体右侧板上，所述壳体底板和壳体左侧板、壳体右侧板之间也固定连接，形成方形壳体。

8.如权利要求7所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，所述通讯板通过螺钉固定于所述壳体盖板正对所述壳体底板的一个内表面上。

9.如权利要求7所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，所述驱动控制单元还包括连接柱；所述功率板通过四个连接柱固定安装在所述壳体底板上，所述控制板通过四个连接柱固定安装在所述功率板之上。

10.如权利要求9所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，所述驱动控制单元还包括散热器；所述功率板上的功率器件通过螺钉固定在所述散热器前表面上，所述散热器下表面通过螺钉与所述壳体底板内表面连接。

11.如权利要求7所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，所述壳体左侧板上设置有控制插座、调试插座和动力电源插座，且所述壳体左侧板与所述控制插座、调试插座和动力电源插座之间装有导电密封垫。

12.如权利要求7所述的三通道伺服控制驱动器，其特征在于，所述壳体右侧板上设置有反馈信号插座、第一电机插座、第二电机插座和第三电机插座，且所述壳体右侧板与所述反馈信号插座、第一电机插座、第二电机插座和第三电机插座之间装有导电密封垫。