CN108803443A - 一种电机伺服驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种电机伺服驱动器,该电机伺服驱动器包括数据处理电路板、电机控制电路板以及用于连接数据处理电路板和电机控制电路板的连接器;数据处理电路板,用于获取和处理电机数据以及外部控制器产生的控制指令,并通过连接器发送给电机控制电路板;电机控制电路板,用于响应控制指令,控制电机的运行状态。本发明实施例提供的电机伺服驱动器,解决电机的伺服驱动问题,实现伺服驱动器模块化设计,可以有效降低伺服驱动器的复杂度,降低维修难度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及伺服控制技术,尤其涉及一种电机伺服驱动器。
背景技术
伺服驱动器是机器人、数控机床等各种装备中的核心执行机构,传统的伺服驱动采用脉冲方式或者CAN(控制器局域网络,Controller Area Network)总线来进行控制,且多采用一体化设计。
随着技术的发展,远距离、高速度以及大规模伺服驱动系统越来越多,但是脉冲信号传输距离有限,且信号衰减很快;CAN总线数据速率较低,能够带动的节点数量有限;一体化设计的伺服驱动器系统复杂,不方便维修和模块之间替换以及伺服系统升级,限制了伺服系统的发展。
发明内容
本发明实施例提供一种电机伺服驱动器,以实现伺服驱动器模块化设计,可以有效降低伺服驱动器的复杂度,降低维修难度。
本发明实施例提供了一种电机伺服驱动器,包括数据处理电路板、电机控制电路板以及用于连接所述数据处理电路板和所述电机控制电路板的连接器;
所述数据处理电路板,用于获取和处理电机数据以及外部控制器产生的控制指令,并通过所述连接器发送给所述电机控制电路板;
所述电机控制电路板,用于响应所述控制指令,控制电机的运行状态。
可选的,所述数据处理电路板包括信号转换电路、EtherCAT总线接口电路以及与所述连接器连接的第一接口;
所述电机数据包括设置于所述电机上的编码器获取的编码器信号以及设置于所述电机上的霍尔传感器获取的霍尔信号;
所述信号转换电路,与所述编码器、所述霍尔传感器以及所述第一接口电连接,用于获取所述编码器信号及所述霍尔信号,将所述编码器信号及所述霍尔信号转换为单端信号,并通过所述第一接口经所述连接器将所述单端信号发送到所述电机控制电路板;
所述EtherCAT总线接口电路,与所述外部控制器通信连接,还与所述第一接口电连接,用于获取所述外部控制器产生的控制指令,并通过所述第一接口经所述连接器将所述控制指令发送到所述电机控制电路板。
可选的,所述数据处理电路板还包括处理器,与所述第一接口连接,用于获取所述电机的相电流数据,并根据所述相电流数据校验所述电机的工作状态是否正常。
可选的,所述电机控制电路板包括电源、DSP芯片以及与所述连接器连接的第二接口;
所述电源与所述DSP芯片及所述第二接口电连接,用于为所述DSP芯片供电以及通过所述连接器的供电接口为所述数据处理电路板供电;
所述DSP芯片用于通过所述第二接口获取和处理所述连接器上的单端信号和所述控制指令,并生成控制信号控制电机的运行状态。
可选的,所述电机控制电路板还包括:
电压滤波电路,分别与所述电源和所述DSP芯片电连接。
可选的,所述电机控制电路板还包括:
控制信号开关电路,分别与所述电机与所述DSP芯片电连接,用于在所述控制信号开关电路打开时控制所述控制信号发送到所述电机。
可选的,所述电机控制电路板还包括:
ADC采样电路,与所述DSP芯片电连接,用于采集所述电机的相电流数据,并将所述相电流数据通过所述第二接口经所述连接器发送到所述数据处理电路板以进行电机运行状态校验。
可选的,所述电机控制电路板还包括:
温度检测电路,与所述DSP芯片电连接,用于检测所述电机控制电路板的工作温度;
硬件保护电路,与所述DSP芯片电连接,用于在检测到所述ADC采样电路采集到的相电流超过阈值时切断所述控制信号以保护电机;
抱闸电路,与所述DSP芯片电连接,用于在所述DSP芯片接收到所述外部控制器发送的制动命令时控制所述电机制动。
可选的,所述电机控制电路板还包括JTAG接口电路,用于对所述DSP芯片的程序进行在线调试和烧写。
可选的,所述电机控制电路板还包括CAN总线接口电路,所述DSP芯片通过所述CAN总线接口电路与所述外部控制器实现通信。
本发明实施例提供一种电机伺服驱动器,包括数据处理电路板、电机控制电路板以及用于连接数据处理电路板和电机控制电路板的连接器;通过数据处理电路板获取和处理电机数据以及外部控制器产生的控制指令,并通过连接器发送给电机控制电路板;通过电机控制电路板响应控制指令,控制电机的运行状态,解决电机的伺服驱动问题,本发明实施例的技术方案,通过将数据处理和电机控制两个功能分别设置在数据处理电路板和电机控制电路板上,实现伺服驱动器模块化设计,可以有效降低伺服驱动器的复杂度,降低维修难度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种电机伺服驱动器的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的另一种电机伺服驱动器的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的又一种电机伺服驱动器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1所示为本发明实施例提供的一种电机伺服驱动器的结构示意图。参考图1,该电机伺服驱动器包括数据处理电路板10、电机控制电路板20以及用于连接数据处理电路板10和电机控制电路板20的连接器30;数据处理电路板10,用于获取和处理电机数据以及外部控制器50产生的控制指令,并通过连接器30发送给电机控制电路板20;电机控制电路板20,用于响应控制指令,控制电机40的运行状态。
其中,电机40可以为直流无刷电机、永磁同步电机等,电机数据可以包括电机电流、电压、转速、位置等信息,这些信息可以通过设置在电机40上的传感器测量,由数据处理电路板10获取和处理。数据处理电路板10还用于获取外部控制器50的控制指令,例如可以是控制电机运动、变速等指令,控制指令通过连接器30发送到电机控制电路板20,然后电机控制电路板20相应接收到的控制指令,将控制指令转换成控制电机40的控制信号,控制电机40的运行状态。
本实施例提供的电机伺服驱动器,通过数据处理电路板获取和处理电机数据以及外部控制器产生的控制指令,并通过连接器发送给电机控制电路板;通过电机控制电路板响应控制指令,控制电机的运行状态,解决电机的伺服驱动问题,通过将数据处理和电机控制两个功能分别设置在数据处理电路板和电机控制电路板上,实现伺服驱动器模块化设计,可以有效降低伺服驱动器的复杂度,降低维修难度。
图2为本发明实施例提供的另一种电机伺服驱动器的结构示意图,本实施例以上述实施例为基础,可选的,数据处理电路板10包括信号转换电路11、EtherCAT总线接口电路12以及与连接器30连接的第一接口13;电机数据包括设置于电机40上的编码器获取的编码器信号以及设置于电机40上的霍尔传感器获取的霍尔信号;信号转换电路11,与编码器、霍尔传感器以及第一接口13电连接,用于获取编码器信号及霍尔信号,将编码器信号及霍尔信号转换为单端信号,并通过第一接口13经连接器30将单端信号发送到电机控制电路板20;EtherCAT总线接口电路12,与外部控制器50通信连接,还与第一接口13电连接,用于获取外部控制器50产生的控制指令,并通过第一接口13经连接器30将控制指令发送到电机控制电路板20。
可以理解的是,电机40上设置有用于获取电机数据的各种编码器(例如ABZ增量传感器、BISS/SSI编码器)以及霍尔传感器(图中未示出),信号转换电路11与电机40上的编码器及传感器电连接(图中未示出),用于将编码器信号及霍尔信号转换为单端信号。具体的,信号转换电路11可以为差分信号转单端电路,可以将编码器的差分电压信号转换成电机控制电路板20可以识别的单端电压信号,将霍尔信号转换成电机控制电路板20可以识别的单端电压信号。第一接口13可以包括供电接口、SPI接口、BISS/SSI/ABZ/Hall数据接口等,其中供电接口用于给数据处理电路板10供电,SPI接口可以用于数据通信以及应用扩展,BISS/SSI/ABZ/Hall数据接口用于传输数据。
EtherCAT技术是由德国倍福(Beckoff)公司于2003年提出的基于标准以太网技术的开放性实时工业现场总线技术,EtherCAT采用主从式技术,可以采用多种灵活拓扑式结构,构成多轴伺服运动控制系统。EtherCAT总线接口电路12可以采用ET1000或者NRP 52-RE,由于EtherCAT组网灵活,刷新数据快,且支持高达65536个节点,方便大规模组网,可以形成各种网络拓扑结构的伺服驱动系统。
本实施例的技术方案,通过信号转换电路获取编码器信号及霍尔信号,将编码器信号及霍尔信号转换为单端信号,并通过第一接口经连接器将单端信号发送到电机控制电路板;通过EtherCAT总线接口电路获取外部控制器50产生的控制指令,并通过第一接口经连接器将控制指令发送到电机控制电路板,由于EtherCAT组网灵活,刷新数据快,方便大规模组网,可以形成各种网络拓扑结构的伺服驱动系统。
在上述实施例的基础上,继续参考图2,可选的,数据处理电路板10还包括处理器14,与第一接口13连接,用于获取电机40的相电流数据,并根据相电流数据校验电机40的工作状态是否正常。
可以理解的是,处理器14可以采用DSP、MCU、FPGA,具体可以根据实际需求灵活选择。数据处理电路板10上还可以设置各种I/O接口,例如采集外部传感器信号,通过处理器14实现多重安全校验等功能。
本发明实施例提供的伺服驱动器,通过将数据处理和电机控制两个功能分别设置在数据处理电路板和电机控制电路板上,且数据处理电路板和电机控制电路板上可以预留多种硬件接口,例如芯片接口、数据传输接口等,采用模块化的设计,可以根据具体需求增加多个模块,可以灵活的对模块复用和对伺服系统硬件进行升级。
图3为本发明实施例提供的又一种电机伺服驱动器的结构示意图。本实施例可以以上述实施例为基础,可选的,电机控制电路板20包括电源201、DSP芯片202以及与连接器30连接的第二接口203;电源201与DSP芯片202及第二接口203电连接,用于为DSP芯片202供电以及通过连接器30的供电接口为数据处理电路板10供电;DSP芯片202用于通过第二接口203获取和处理连接器30上的单端信号和控制指令,并生成控制信号控制电机40的运行状态。
可以理解的是,第二接口203与第一接口13对应,可以包括供电接口、SPI接口、BISS/SSI/ABZ/Hall数据接口等,其中供电接口用于给数据处理电路板10供电,SPI接口可以用于数据通信以及应用扩展,BISS/SSI/ABZ/Hall数据接口用于传输数据。
可选的,电机控制电路板20还包括:电压滤波电路204,分别与电源201和DSP芯片202电连接。
可以理解的是,电压滤波电路204可以抑制电源201中的噪声,提高电源201供电的稳定性。
可选的,电机控制电路板20还包括:控制信号开关电路205,分别与电机40与DSP芯片202电连接,用于在控制信号开关电路40打开时控制控制信号发送到电机40。
示例性的,控制信号开关电路205可以包括功率开关管,控制信号可以为PWM信号。
可选的,电机控制电路板20还包括:ADC采样电路209,与DSP芯片202电连接,用于采集电机40的相电流数据,并将相电流数据通过第二接口203经连接器30发送到数据处理电路板10以进行电机40运行状态校验。
可以理解的是,ADC采样电路209采集的电机40的相电流数据可以由连接器30传输给数据处理电路板10上的处理器14,处理器14可以实现对相电流数据的校验,检验电机40的运行状态是否正常。
可选的,电机控制电路板20还包括:温度检测电路206,与DSP芯片202电连接,用于检测电机控制电路板20的工作温度;硬件保护电路207,与DSP芯片202电连接,用于在检测到ADC采样电路209采集到的相电流超过阈值时切断控制信号以保护电机40;抱闸电路208,与DSP芯片202电连接,用于在DSP芯片202接收到外部控制器50发送的制动命令时控制电机40制动。
可选的,电机控制电路板20还包括JTAG接口电路210,用于对DSP芯片202的程序进行在线调试和烧写。
可选的,电机控制电路板20还包括CAN总线接口电路211,DSP芯片202通过CAN总线接口电路211与外部控制器50实现通信。
可以理解的是,外部控制器50也可以通过CAN总线与外部控制器50进行通信,提高电机伺服驱动器的环境适应性,扩大适用范围。
需要说明的是,电机控制电路板20可以预留多种硬件接口,例如芯片接口、数据传输接口等,采用模块化的设计,可以根据具体需求增加多个模块,可以灵活的对模块复用和对伺服系统硬件进行升级。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种电机伺服驱动器,其特征在于,包括数据处理电路板、电机控制电路板以及用于连接所述数据处理电路板和所述电机控制电路板的连接器;
所述数据处理电路板,用于获取和处理电机数据以及外部控制器产生的控制指令,并通过所述连接器发送给所述电机控制电路板;
所述电机控制电路板,用于响应所述控制指令,控制电机的运行状态。
2.根据权利要求1所述的电机伺服驱动器,其特征在于,所述数据处理电路板包括信号转换电路、EtherCAT总线接口电路以及与所述连接器连接的第一接口;
所述电机数据包括设置于所述电机上的编码器获取的编码器信号以及设置于所述电机上的霍尔传感器获取的霍尔信号;
所述信号转换电路,与所述编码器、所述霍尔传感器以及所述第一接口电连接,用于获取所述编码器信号及所述霍尔信号,将所述编码器信号及所述霍尔信号转换为单端信号,并通过所述第一接口经所述连接器将所述单端信号发送到所述电机控制电路板;
所述EtherCAT总线接口电路,与所述外部控制器通信连接,还与所述第一接口电连接,用于获取所述外部控制器产生的控制指令,并通过所述第一接口经所述连接器将所述控制指令发送到所述电机控制电路板。
3.根据权利要求2所述的电机伺服驱动器,其特征在于,所述数据处理电路板还包括处理器,与所述第一接口连接,用于获取所述电机的相电流数据,并根据所述相电流数据校验所述电机的工作状态是否正常。
4.根据权利要求1所述的电机伺服驱动器,其特征在于,所述电机控制电路板包括电源、DSP芯片以及与所述连接器连接的第二接口;
所述电源与所述DSP芯片及所述第二接口电连接,用于为所述DSP芯片供电以及通过所述连接器的供电接口为所述数据处理电路板供电;
所述DSP芯片用于通过所述第二接口获取和处理所述连接器上的单端信号和所述控制指令,并生成控制信号控制电机的运行状态。
5.根据权利要求4所述的电机伺服驱动器,其特征在于,所述电机控制电路板还包括:
电压滤波电路,分别与所述电源和所述DSP芯片电连接。
6.根据权利要求4所述的电机伺服驱动器,其特征在于,所述电机控制电路板还包括:
控制信号开关电路,分别与所述电机与所述DSP芯片电连接,用于在所述控制信号开关电路打开时控制所述控制信号发送到所述电机。
7.根据权利要求4所述的电机伺服驱动器,其特征在于,所述电机控制电路板还包括:
ADC采样电路,与所述DSP芯片电连接,用于采集所述电机的相电流数据,并将所述相电流数据通过所述第二接口经所述连接器发送到所述数据处理电路板以进行电机运行状态校验。
8.根据权利要求7所述的电机伺服驱动器,其特征在于,所述电机控制电路板还包括:
温度检测电路,与所述DSP芯片电连接,用于检测所述电机控制电路板的工作温度;
硬件保护电路,与所述DSP芯片电连接,用于在检测到所述ADC采样电路采集到的相电流超过阈值时切断所述控制信号以保护电机;
抱闸电路,与所述DSP芯片电连接,用于在所述DSP芯片接收到所述外部控制器发送的制动命令时控制所述电机制动。
9.根据权利要求4所述的电机伺服驱动器,其特征在于,所述电机控制电路板还包括JTAG接口电路,用于对所述DSP芯片的程序进行在线调试和烧写。
10.根据权利要求4所述的电机伺服驱动器,其特征在于,所述电机控制电路板还包括CAN总线接口电路,所述DSP芯片通过所述CAN总线接口电路与所述外部控制器实现通信。
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