CN109358559A - 集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，包括外壳，设于外壳上的散热器，设于外壳内的电源板、若干块驱动板、一块控制板，一块控制板控制若干块驱动板；控制板包括DSP模块、FPGA模块、以及外围逻辑电路，每块驱动板包括：驱动电路、与驱动电路电性连接的逆变电路、与逆变电路电性连接的电流采样电路、与逆变电路电性连接的母线电压采样电路以及短路保护电路。本发明采用一个控制板控制多个驱动板，集成度高，使得电控柜的安装空间只占用原来的1/3；由于集成度高，能够节省大约40％的成本，并使得布线布局简洁美观，电磁兼容性大大提高；由于内部各个DSP芯片的通信速度远远大于分布式的总线速度，故可大幅度地提高伺服性能。
Description
技术领域
本发明涉及音圈电机、直流电机等运动控制领域，尤其涉及一种集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器。
背景技术
近年来，随着电子技术突飞猛进的发展，伺服电机、伺服驱动器技术也日趋完善。伺服技术在数控机床、电子自动化设备、芯片制造等行业得到广泛的推广与应用。运动控制系统包括控制器、伺服驱动器、电机以及相应的传感器，当整个控制系统中，被控对象是多台电机时，就需要配套相应数量的伺服驱动器。目前市场上采用的是分布控制模式，控制器与伺服驱动器总是脱离存在，这种分布控制模式有以下几个缺点：
1、安装时会占用很大的空间，而设备往往空间有限；
2、控制器到每个电机之间的数据线有很多，布局不好往往看起来混乱；
3、线路复杂，往往电磁干扰严重，电磁兼容性差；
4、成本较高。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，采用一个智能运控器能够控制多个驱动器。
本发明的技术方案如下：提供一种集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，包括：外壳，设于所述外壳上的散热器，设于所述外壳内的电源板、若干块驱动板、一块控制板，一块控制板控制若干块驱动板。所述控制板包括：DSP模块、FPGA模块、以及外围逻辑电路，每块所述驱动板包括：驱动电路、与所述驱动电路电性连接的逆变电路、与所述逆变电路电性连接的电流采样电路、与所述逆变电路电性连接的母线电压采样电路以及短路保护电路。
进一步地，所述DSP模块包括：DSP芯片、与所述DSP芯片电性连接的第一晶体振荡电路、与所述DSP芯片电性连接的复位电路、与所述DSP芯片电性连接的USB电路、与所述DSP芯片电性连接的CAN电路、以及与所述DSP芯片电性连接的EEPROM电路。
进一步地，所述FPGA模块包括：FPGA芯片、与所述FPGA芯片电性连接的第二晶体振荡电路、与所述FPGA芯片电性连接的通用IO电路、以及与所述FPGA芯片电性连接的SSI编码器电路。
进一步地，所述外围逻辑电路包括：与所述FPGA模块电性连接的TTL编码器输入输出电路、与所述DSP模块电性连接的±10V模拟量输入电路、以及与所述DSP模块电性连接的RS232C串行口通信电路。
进一步地，所述电源板包括：内部插接件、外部接头以及电源电路，通过所述内部插接件连通所述驱动板、控制板与电源板，通过所述外部接头连通外部电机以及外部电源，所述电源电路包括：隔离滤波电路、+12V生成电路、-12V生成电路、以及+5V生成电路。
进一步地，所述驱动电路由两片驱动芯片组成一个H桥驱动电路。
进一步地，所述驱动芯片的型号为IR2110S。
进一步地，所述DSP芯片的型号为TMS320F28377D。
进一步地，所述FPGA芯片的型号为EPM570T144。
采用上述方案，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用一个控制板控制多个驱动板，集成度高，使得电控柜的安装空间只占用原来的1/3，大大的节省了空间；
2、由于集成度高，能够节省大约40％的成本；
3、由于集成度高，使得布线布局简洁美观，电磁兼容性大大提高；
4、由于内部各个DSP芯片的通信速度远远大于分布式的总线速度，故可大幅度地提高伺服性能。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明去掉外壳的结构示意图。
图3为DSP芯片、第一晶体振荡电路与EEPROM电路的电路图。
图4为复位电路的电路图。
图5为USB电路的电路图。
图6为CAN电路的电路图。
图7为FPGA芯片的电路图。
图8为第二晶体振荡电路的电路图。
图9为通用IO电路的电路图。
图10为SSI编码器电路的电路图。
图11为TTL编码器输入输出电路的电路图。
图12为±10V模拟量输入电路的电路图。
图13为RS232C串行口通信电路的电路图。
图14为驱动电路、逆变电路和电流采样电路。
图15为母线电压采样电路的电路图。
图16为短路保护电路的电路图。
图17为电源电路的电路图。
图18为发明的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，包括：外壳1，设于所述外壳1上的散热器2，设于所述外壳1内的电源板3、若干块驱动板3、一块控制板4，一块控制板4控制若干块驱动板3，也就是说，一个多轴运动控制板4(包括但不限于3轴)控制多个驱动板3(包括但不限于3个驱动板)，在本实施例中，使用一块控制板4控制三块驱动板3。
所述控制板4包括：DSP模块、FPGA模块、以及外围逻辑电路。
请结合参阅图3至图6，所述DSP模块包括：DSP芯片11图3、与所述DSP芯片11电性连接的第一晶体振荡电路12、与所述DSP芯片11电性连接的复位电路、与所述DSP芯片11电性连接的USB电路、与所述DSP芯片11电性连接的CAN电路、以及与所述DSP芯片11电性连接的EEPROM电路13。
所述DSP芯片的型号为TMS320F28377D。所述第一晶体振荡电路与DSP芯片的第121、122、123引脚连接，所述复位电路与DSP芯片的第124引脚连接，所述USB电路与DSP芯片的第130、131引脚连接，所述CAN电路与DSP芯片的第108、109引脚连接，所述EEPROM电路与DSP芯片的8、9、10、12、124引脚连接。
请结合参阅图7至图10，所述FPGA模块包括：FPGA芯片、与所述FPGA芯片电性连接的第二晶体振荡电路、与所述FPGA芯片电性连接的通用IO电路、以及与所述FPGA芯片电性连接的SSI编码器电路。
所述FPGA芯片的型号为EPM570T144。所述第二晶体振荡电路与FPGA芯片的第18引脚连接，所述通用IO电路与FPGA芯片的第62、63、66-72引脚连接，所述SSI编码器电路与FPGA芯片的第49、50、51引脚连接。
请参阅图11至图13，所述外围逻辑电路包括：与所述FPGA模块电性连接的TTL编码器输入输出电路、与所述DSP模块电性连接的±10V模拟量输入电路、以及与所述DSP模块电性连接的RS232C串行口通信电路。
请参阅图18，FPGA模块接收各种外部的IO信号，如TTL编码器输入输出电路、SSI编码器电路、脉冲+方向输入信号、通用IO电路产生的信号等进行译码后送入到DSP模块进行相应的响应逻辑控制，DSP模块接收外部指令，如±10V模拟量输入电路、RS232C串行口通信电路、以太网总线发出的指令，进行各种相应处理。并且此DSP模块的功能十分强大，它具有4个DSP核，其中1个核完成运动控制器部分的运动规划工作与PC机通信的工作，另外3个DSP核分别完成1个驱动板的工作。DSP模块通过PWM脉宽调试方式对每个伺服轴进行逆变控制，通过高精度的差分16位AD功能采集相应的相电流进行转矩闭环控制，通过采集编码器信号进行位置环、速度环的闭环控制，从而实现对伺服电机的全数字闭环控制。4个DSP核之间的通信与相互访问的速度远远大于外部总线的速度，这有利于植入复杂的各种算法来提高伺服的带宽与稳定性。
请结合参阅图14至图16，每块所述驱动3包括：驱动电路31、与所述驱动电路31电性连接的逆变电路32、与所述逆变电路32电性连接的电流采样电路33、与所述逆变电路32电性连接的母线电压采样电路以及短路保护电路。
所述驱动芯片的型号为IR2110S，它是一个具有自举功能的上下桥高压悬浮驱动芯片，由两片驱动芯片组成一个H桥驱动电路。逆变电路由大电流MOS管IRF540N组成。电流采样电路由高精密电阻与隔离差分运放AMC1200组成。母线电压采样电路主要由分压电阻与运算放大器组成。短路保护电路主要由合金采样电阻、稳压二极管以及隔离光耦组成。
请参阅图17，所述电源板3包括：内部插接件、外部接头以及电源电路，通过所述内部插接件连通所述驱动板、控制板与电源板，通过所述外部接头连通外部电机以及外部电源，所述电源电路包括：隔离滤波电路21、+12V生成电路22、-12V生成电路23、以及+5V生成电路24。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用一个控制板控制多个驱动板，集成度高，使得电控柜的安装空间只占用原来的1/3，大大的节省了空间；
2、由于集成度高，能够节省大约40％的成本；
3、由于集成度高，使得布线布局简洁美观，电磁兼容性大大提高；
4、由于内部各个DSP芯片的通信速度远远大于分布式的总线速度，故可大幅度地提高伺服性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，其特征在于，包括：外壳，设于所述外壳上的散热器，设于所述外壳内的电源板、若干块驱动板、一块控制板，一块控制板控制若干块驱动板；所述控制板包括：DSP模块、FPGA模块、以及外围逻辑电路，每块所述驱动板包括：驱动电路、与所述驱动电路电性连接的逆变电路、与所述逆变电路电性连接的电流采样电路、与所述逆变电路电性连接的母线电压采样电路以及短路保护电路。
2.根据权利要求1所述的集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，其特征在于，所述DSP模块包括：DSP芯片、与所述DSP芯片电性连接的第一晶体振荡电路、与所述DSP芯片电性连接的复位电路、与所述DSP芯片电性连接的USB电路、与所述DSP芯片电性连接的CAN电路、以及与所述DSP芯片电性连接的EEPROM电路。
3.根据权利要求1或2所述的集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，其特征在于，所述FPGA模块包括：FPGA芯片、与所述FPGA芯片电性连接的第二晶体振荡电路、与所述FPGA芯片电性连接的通用IO电路、以及与所述FPGA芯片电性连接的SSI编码器电路。
4.根据权利要求3所述的集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，其特征在于，所述外围逻辑电路包括：与所述FPGA模块电性连接的TTL编码器输入输出电路、与所述DSP模块电性连接的±10V模拟量输入电路、以及与所述DSP模块电性连接的RS232C串行口通信电路。
5.根据权利要求1所述的集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，其特征在于，所述电源板包括：内部插接件、外部接头以及电源电路，通过所述内部插接件连通所述驱动板、控制板与电源板，通过所述外部接头连通外部电机以及外部电源，所述电源电路包括：隔离滤波电路、+12V生成电路、-12V生成电路、以及+5V生成电路。
6.根据权利要求1所述的集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，其特征在于，所述驱动电路由两片驱动芯片组成一个H桥驱动电路。
7.根据权利要求6所述的集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，其特征在于，所述驱动芯片的型号为IR2110S。
8.根据权利要求2所述的集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，其特征在于，所述DSP芯片的型号为TMS320F28377D。
9.根据权利要求3所述的集运动控制与多轴驱动于一体的智能运控器，其特征在于，所述FPGA芯片的型号为EPM570T144。
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