CN109194203A - 一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器 - Google Patents
一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器。该驱动控制器包括用于将上位机发出的控制指令和各个轴系所反馈的编码信息按照预设控制算法计算出控制量的控制板卡；用于采集多种信息并将多种信息传输给控制板卡和用于接收控制板卡传输的控制量并将控制量发送给各个轴系的电机的驱动板卡；其中，控制板卡与驱动板卡通过光纤连接；用于向控制板卡提供控制电压和用于向驱动板卡提供驱动电压的电源转换分配模块。该驱动控制器不仅有利于多轴运动控制系统的轴系之间协调运动，还有利于提高系统的控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及伺服控制的技术领域，具体涉及一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器。
背景技术
随着高端工业制造的快速发展，多轴运动系统对驱动控制技术的要求也越来越高。多轴运动控制系统中的驱动控制器对多轴运动控制系统精度、稳定性、协同规划能力起着关键作用，是多轴运动控制系统的核心机构。目前，现有的用于多轴运动系统的驱动控制器多为拼装形式的单轴驱动控制板器，而且控制部分和驱动部分多为分离状态，这不仅不利于多轴运动控制系统轴系之间的协同运动，还会增加系统延迟。
因此，针对现有的多轴运动控制系统的拼接式单轴驱动控制板器及控制部分与驱动部分分离状态的问题，有必要提供一种有利于多轴运动控制系统的轴系之间协调运动且提高系统控制精度的用于多轴运动控制系统的驱动控制器。
发明内容
针对现有的多轴运动控制系统的拼接式单轴驱动控制板器及控制部分与驱动部分分离状态的问题，本发明实施例提出一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器。本发明实施例所提出用于多轴运动控制系统的驱动控制器利用光纤连接驱动部分和控制部分，既可以提高系统控制精度又可以避免两部分强电和弱电之间的电磁干扰。进一步地，本发明实施例所提出用于多轴运动控制系统的驱动控制器利用FPGA作为信息分配收发模块可以大大提高各轴的信息传输，保证了驱动控制器的运行效率。
该用于多轴运动控制系统的驱动控制器的具体方案如下：一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，包括：控制板卡，用于将上位机发出的控制指令和各个轴系所反馈的编码信息按照预设控制算法计算出控制量；驱动板卡，用于采集多种信息并将所述多种信息传输给所述控制板卡，用于接收所述控制板卡传输的控制量并将所述控制量发送给各个轴系的电机；所述控制板卡与所述驱动板卡通过光纤连接；电源转换分配模块，分别与所述控制板卡和所述驱动板卡连接，用于向所述控制板卡提供控制电压，用于向所述驱动板卡提供驱动电压。
优选地，所述多种信息包括运动控制系统的编码器信息、驱动电流信息和霍尔信号。
优选地，所述驱动板卡接收所述控制板卡传输的控制量后，将所述控制量进行功率放大后，再传输给各个轴系的电机。
优选地，所述控制板卡包括：第一FPGA，用于将上位机发送的控制指令、驱动板卡发送编码器信息、驱动电流信息和霍尔信息解包整合后发送给各个DSP，并用于将各个DSP计算出的控制量打包后发送给驱动板卡，并用于将编码器信息、驱动电流信息、系统状态信息通过以太网收发模块发送给上位机；多个DSP，所述多个DSP对应多个轴系，每个DSP用于接收第一FPGA发送给对应轴系的指令信息、编码器信息和霍尔信息，并根据内置的控制算法计算出相应轴系的控制量并将控制量发送给第一FPGA，并将对应轴系相关状态信息发送给第一FPGA；以太网收发模块，与上位机通过网线连接，用于接收上位机通过网线传输的控制指令并将控制指令发送给第一FPGA，将第一FPGA打包的编码器信息、驱动电流信息、系统状态信息通过网线发送给上位机；第一SFP光模块，与驱动板卡的第二SFP光模块通过光纤连接，用于负责驱动板卡和控制板卡之间的信息传输。
优选地，所述驱动板卡包括：第二FPGA，用于接收多个双通道数模转换模块发送的编码器信息、驱动电流信息，用于接收多个轴系电机发出的霍尔信息，并将接收到的编码器信息、驱动电流信息和霍尔信息通过第二SFP光模块和光纤发送给所述控制板卡，用于接收所述控制板卡通过第一SFP光模块和光纤发送的多个轴系的控制量，并将所述多个轴系的控制量发送给IPM驱动模块组；多个双通道数模转换模块，所述多个双通道数模转换模块中的一部分双通道数模转换模块用于接收和转换多个轴系的编码信号并将所述编码信号发送给所述第二FPGA，所述多个双通道数模转换模块中的另一部分双通道数模转换模块用于接收并转换IPM驱动模块组发出的多个轴系的驱动电流信息，并将所述多个轴系的驱动电流信息发送给第二FPGA；IPM驱动模块组，用于接收第二FPGA发送的多个轴系的控制量，并将所述多个轴系的控制量进行功率放大后发送给多个轴系对应的电机，用于对多个轴系电机的驱动电流进行监控报警，并对驱动电路进行温度监控及报警；第二SFP光模块，与控制板卡的第一SFP光模块通过光纤连接，用于负责驱动板卡和控制板卡之间的信息传输。
优选地，所述电源转换分配模块用于将220V的交流电转换成控制电压和驱动电压。
优选地，所述控制电压包括5V的直流电和3.3V的直流电。
优选地，所述驱动电压包括36V的直流电。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器。本发明实施例所提出用于多轴运动控制系统的驱动控制器利用光纤连接驱动部分和控制部分，既可以提高系统控制精度又可以避免两部分强电和弱电之间的电磁干扰。进一步地，本发明实施例所提出用于多轴运动控制系统的驱动控制器利用FPGA作为信息分配收发模块可以大大提高各轴的信息传输，保证了驱动控制器的运行效率。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器的模块化示意图。
附图中标号说明：
100、多轴控制器 20、控制板卡 30、驱动板卡
40、电源转换分配模块 50、上位机 22、以太网收发模块
24、第一FPGA 26、第一SFP光模块 21、DSP
32、IPM驱动模块组 34、第二FPGA 36、第二SFP光模块
31、双通道数模转换模块
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例提供一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，包括用于将上位机发出的控制指令和各个轴系所反馈的编码信息按照预设控制算法计算出控制量的控制板卡；用于采集多种信息并将所述多种信息传输给所述控制板卡和用于接收所述控制板卡传输的控制量并将所述控制量发送给各个轴系的电机的驱动板卡；其中，控制板卡与驱动板卡通过光纤连接；分别与控制板卡和驱动板卡连接且用于向控制板卡提供控制电压和用于向驱动板卡提供驱动电压的电源转换分配模块。其中，多种信息具体包括运动控制系统的编码器信息、驱动电流信息和霍尔信号。驱动板卡接收所述控制板卡传输的控制量后，将所述控制量进行功率放大后，再传输给各个轴系的电机。
如图1所示，本发明实施例中提供的一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器的模块化示意图。在图1中，以4轴运动为具体实施例进行阐述。
继续参考图1，驱动控制器100包括控制板卡20、驱动板卡30和电源转换分配模块40。
控制板卡包括第一FPGA 24，多个DSP 21，以太网收发模块22和第一SFP光模块。由于该实施例为4轴运动控制，因此多个DSP 21具体为4个DSP 21。
第一FPGA22用于将上位机50发送的控制指令、驱动板卡30发送编码器信息、驱动电流信息和霍尔信息解包整合后发送给各个DSP 21，并用于将各个DSP 21计算出的控制量打包后发送给驱动板卡30，并用于将编码器信息、驱动电流信息、系统状态信息通过以太网收发模块22发送给上位机50。4个DSP 21对应4个轴系，每个DSP21用于接收第一FPGA24发送给对应轴系的指令信息、编码器信息和霍尔信息，并根据内置的控制算法计算出相应轴系的控制量并将控制量发送给第一FPGA 24，并将对应轴系相关状态信息发送给第一FPGA21。以太网收发模块22与上位机50通过网线连接，用于接收上位机50通过网线传输的控制指令并将控制指令发送给第一FPGA 24，将第一FPGA 24打包的编码器信息、驱动电流信息、系统状态信息通过网线发送给上位机50。第一SFP光模块26，与驱动板卡30的第二SFP光模块36通过光纤连接，用于负责驱动板卡30和控制板卡20之间的信息传输。
在具体实施例中，第一FPGA 24选用型号为XC7K160T型FPGA，4个DSP都选用型号为TMS320F28377D型DSP，以太网收发模块22选用W5500型以太网收发模块。
驱动板卡30包括第二FPGA 34，多个双通道数模转换模块31，IPM驱动模块组32和第二SFP光模块36。在该4轴运动的具体实施例中，多个双通道数模转换模块31的个数也为4个。
每个双通道数模转换模块31可以转换两路模拟信号。4个双通道数模转换模块31中的两个双通道数模转换模块31用于接收和转换4个轴系的编码信号并将所述编码信号发送给所述第二FPGA 34，4个双通道数模转换模块31中的另外两个双通道数模转换模块31用于接收并转换IPM驱动模块组32发出的4个轴系的驱动电流信息，并将所述4个轴系的驱动电流信息发送给第二FPGA 34。第二FPGA 34用于接收两个双通道数模转换模块31发送的编码器信息、驱动电流信息，用于接收多个轴系电机发出的霍尔信息，并将接收到的编码器信息、驱动电流信息和霍尔信息通过第二SFP光模块36和光纤发送给控制板卡20，用于接收控制板卡20通过第一SFP光模块26和光纤发送的4个轴系的控制量，并将所述4个轴系的控制量发送给IPM驱动模块组32。IPM驱动模块组32用于接收第二FPGA 34发送的4个轴系的控制量，并将所述4个轴系的控制量进行功率放大后发送给4个轴系对应的4个轴系电机，用于对4个轴系电机的驱动电流进行监控报警，并对驱动电路进行温度监控及报警。第二SFP光模块36与控制板卡20的第一SFP光模块26通过光纤连接，用于负责驱动板卡30和控制板卡20之间的信息传输。
在具体实施例中，第二FPGA 34选用型号为XC7K160T型FPGA，4个双通道数模转换模块31都选用型号为ADS8684型双通道数模转换模块。
电源转换分配模块40用于将220V的交流电转换成控制电压和驱动电压。电源转换分配模块40所转换的控制电压具体包括5V的直流电和3.3V的直流电。电源转换分配模块40所转换的驱动电压具体包括36V的直流电。
本发明实施例所提出用于多轴运动控制系统的驱动控制器包括控制部分和驱动部分，其中，控制部分根据接收到的各轴编码器信息、电流信息和霍尔信息计算出各轴控制量，并向驱动部分发送控制量，同时控制部分还接受上位机发送的命令并反馈各轴的位置信息、状态信息等；驱动部分接收由控制部分发出的控制量并将控制量驱动放大发送给各轴电机。驱动控制板器通过网口与上位机通讯将上位机发送的控制命令解算出运动轨迹作为输入控制各轴电机运动。
本发明实施例所提出用于多轴运动控制系统的驱动控制器利用光纤连接驱动部分和控制部分，既可以提高系统控制精度又可以避免两部分强电和弱电之间的电磁干扰。
本发明实施例所提出用于多轴运动控制系统的驱动控制器利用FPGA作为信息分配收发模块可以大大提高各轴的信息传输，保证了驱动控制器的运行效率。
本发明实施例所提出用于多轴运动控制系统的驱动控制器中驱动板卡的功率驱动模块为IPM驱动模块组，具有过流和温度监控报警，在运动控制系统运行过程中更为安全可靠。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，其特征在于，所述驱动控制器包括：
控制板卡，用于将上位机发出的控制指令和各个轴系所反馈的编码信息按照预设控制算法计算出控制量；
驱动板卡，用于采集多种信息并将所述多种信息传输给所述控制板卡，用于接收所述控制板卡传输的控制量并将所述控制量发送给各个轴系的电机；
所述控制板卡与所述驱动板卡通过光纤连接；
电源转换分配模块，分别与所述控制板卡和所述驱动板卡连接，用于向所述控制板卡提供控制电压，用于向所述驱动板卡提供驱动电压。
2.根据权利要求1所述的一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，其特征在于，所述多种信息包括运动控制系统的编码器信息、驱动电流信息和霍尔信号。
3.根据权利要求1所述的一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，其特征在于，所述驱动板卡接收所述控制板卡传输的控制量后，将所述控制量进行功率放大后，再传输给各个轴系的电机。
4.根据权利要求1所述的一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，其特征在于，所述控制板卡包括：
第一FPGA，用于将上位机发送的控制指令、驱动板卡发送编码器信息、驱动电流信息和霍尔信息解包整合后发送给各个DSP，并用于将各个DSP计算出的控制量打包后发送给驱动板卡，并用于将编码器信息、驱动电流信息、系统状态信息通过以太网收发模块发送给上位机；
多个DSP，所述多个DSP对应多个轴系，每个DSP用于接收第一FPGA发送给对应轴系的指令信息、编码器信息和霍尔信息，并根据内置的控制算法计算出相应轴系的控制量并将控制量发送给第一FPGA，并将对应轴系相关状态信息发送给第一FPGA；
以太网收发模块，与上位机通过网线连接，用于接收上位机通过网线传输的控制指令并将控制指令发送给第一FPGA，将第一FPGA打包的编码器信息、驱动电流信息、系统状态信息通过网线发送给上位机；
第一SFP光模块，与驱动板卡的第二SFP光模块通过光纤连接，用于负责驱动板卡和控制板卡之间的信息传输。
5.根据权利要求1所述的一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，其特征在于，所述驱动板卡包括：
第二FPGA，用于接收多个双通道数模转换模块发送的编码器信息、驱动电流信息，用于接收多个轴系电机发出的霍尔信息，并将接收到的编码器信息、驱动电流信息和霍尔信息通过第二SFP光模块和光纤发送给所述控制板卡，用于接收所述控制板卡通过第一SFP光模块和光纤发送的多个轴系的控制量，并将所述多个轴系的控制量发送给IPM驱动模块组；
多个双通道数模转换模块，所述多个双通道数模转换模块中的一部分双通道数模转换模块用于接收和转换多个轴系的编码信号并将所述编码信号发送给所述第二FPGA，所述多个双通道数模转换模块中的另一部分双通道数模转换模块用于接收并转换IPM驱动模块组发出的多个轴系的驱动电流信息，并将所述多个轴系的驱动电流信息发送给第二FPGA；
IPM驱动模块组，用于接收第二FPGA发送的多个轴系的控制量，并将所述多个轴系的控制量进行功率放大后发送给多个轴系对应的电机，用于对多个轴系电机的驱动电流进行监控报警，并对驱动电路进行温度监控及报警；
第二SFP光模块，与控制板卡的第一SFP光模块通过光纤连接，用于负责驱动板卡和控制板卡之间的信息传输。
6.根据权利要求1所述的一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，其特征在于，所述电源转换分配模块用于将220V的交流电转换成控制电压和驱动电压。
7.根据权利要求6所述的一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，其特征在于，所述控制电压包括5V的直流电和3.3V的直流电。
8.根据权利要求6所述的一种用于多轴运动控制系统的驱动控制器，其特征在于，所述驱动电压包括36V的直流电。
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