CN111082710A - 一种伺服电机直流母线载波控制拓扑结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伺服电机直流母线载波控制拓扑结构,其包括有主控制器、直流母线和多个伺服电机,伺服电机电性连接有伺服驱动单元,主控制器内设有控制单元和上位信号耦合单元,上位信号耦合单元用于将控制单元发出的控制信号调制为下行载波信号并且加载于直流母线,伺服驱动单元电性连接有下位信号耦合单元,下位信号耦合单元的输入端电性连接于直流母线,下位信号耦合单元用于将直流母线上传输的下行载波信号进行解调后转换为控制信号并且传输至伺服驱动单元,伺服驱动单元根据控制信号控制伺服电机运转。本发明能够在同一直流母线上完成功率输送和信号传输,从而简化线缆结构、节省成本、易于布线。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机控制电路,尤其涉及一种伺服电机直流母线载波控制拓扑结构及方法。
背景技术
现有的伺服产品中,为减少伺服单元与伺服电机之间的电缆,目前单电缆伺服的技术,实现了伺服和电机间的单电缆连接,例如德国SICK采用的单电缆技术,请参见图1、图2和图3,这种电缆结构中,伺服和电机之间需要设置至少2根电缆,一个是动力线一个是编码器的反馈信号线。特别是如图2所示的电缆结构,其仅仅是把电机的动力电缆和反馈信号电缆合并在一根电缆内,其实际采用了信号电缆的屏蔽技术,从根本上来说与双电缆方案并没有实质上的改变。由此可见,现有技术中的伺服电机电缆结构,其不仅线缆复杂,而且成本高、布线难度大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的不足,提供一种能够在同一直流母线上完成功率输送和信号传输,从而简化线缆结构、节省成本、易于布线的伺服电机直流母线载波控制拓扑结构及方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案。
一种伺服电机直流母线载波控制拓扑结构,其包括有主控制器、直流母线和多个伺服电机,所述伺服电机电性连接有伺服驱动单元,所述主控制器输出有作为动力电的电源信号并且加载于所述直流母线,多个伺服驱动单元均电性连接于所述直流母线,所述主控制器内设有控制单元和上位信号耦合单元,所述上位信号耦合单元的输入端电性连接于所述控制单元,所述上位信号耦合单元的输出端电性连接于所述直流母线,所述上位信号耦合单元用于将所述控制单元发出的控制信号调制为下行载波信号并且加载于所述直流母线,所述伺服驱动单元电性连接有下位信号耦合单元,所述下位信号耦合单元的输入端电性连接于所述直流母线,所述下位信号耦合单元用于将所述直流母线上传输的下行载波信号进行解调后转换为控制信号并且传输至所述伺服驱动单元,所述伺服驱动单元根据所述控制信号控制所述伺服电机运转。
优选地,所述下位信号耦合单元还用于将所述伺服电机的编码器信号调制为上行载波信号后加载于所述直流母线,所述上位信号耦合单元还用于将所述直流母线上传输的上行载波信号进行解调后转换为编码器信号并且传输至所述控制单元。
优选地,所述主控制器包括有交流电源输入端和整流单元,所述交流电源输入端用于接入交流电源,所述整流单元的输入端电性连接于所述交流电源输入端,所述整流单元的输出端电性连接于所述直流母线,所述整流单元用于将所述交流电源输入端接入的交流电源进行整流后作为电源信号并且加载于所述直流母线。
一种伺服电机直流母线载波控制拓扑方法,该方法基于主控制器、直流母线和多个伺服电机实现,所述伺服电机电性连接有伺服驱动单元,多个伺服驱动单元均电性连接于所述直流母线,所述主控制器内设有控制单元和上位信号耦合单元,所述上位信号耦合单元的输入端电性连接于所述控制单元,所述上位信号耦合单元的输出端电性连接于所述直流母线,所述伺服驱动单元电性连接有下位信号耦合单元,所述下位信号耦合单元的输入端电性连接于所述直流母线,所述方法包括如下步骤:步骤S1,所述主控制器输出作为动力电的电源信号并且通过所述直流母线传输至多个伺服驱动单元;步骤S2,所述控制单元生成用于控制所述伺服电机运转的控制信号;步骤S3,所述上位信号耦合单元将所述控制单元发出的控制信号调制为下行载波信号,并将所述下行载波信号加载于所述直流母线;步骤S4,所述下位信号耦合单元将所述直流母线上传输的下行载波信号进行解调后转换为控制信号,并且将所述控制信号传输至所述伺服驱动单元;步骤S5,所述伺服驱动单元根据所述控制信号控制所述伺服电机运转。
优选地,所述方法还包括有:步骤S6,所述下位信号耦合单元将所述伺服电机的编码器信号调制为上行载波信号后,将所述上行载波信号加载于所述直流母线;步骤S7,所述上位信号耦合单元将所述直流母线上传输的上行载波信号进行解调后转换为编码器信号,并且将所述编码器信号传输至所述控制单元。
优选地,所述主控制器包括有交流电源输入端和整流单元,所述整流单元的输入端电性连接于所述交流电源输入端,所述整流单元的输出端电性连接于所述直流母线,所述步骤S1中,通过所述交流电源输入端接入交流电源,所述整流单元将所述交流电源输入端接入的交流电源进行整流后,作为电源信号并且加载于所述直流母线。
本发明公开的伺服电机直流母线载波控制拓扑结构中,所述主控制器输出作为动力电的电源信号并且通过所述直流母线传输至多个伺服驱动单元,在对伺服电机进行控制过程中,所述控制单元生成用于控制所述伺服电机运转的控制信号,利用所述上位信号耦合单元将所述控制单元发出的控制信号调制为下行载波信号,并将所述下行载波信号加载于所述直流母线,然后所述下位信号耦合单元将所述直流母线上传输的下行载波信号进行解调后转换为控制信号,并且将所述控制信号传输至所述伺服驱动单元,最后由所述伺服驱动单元根据所述控制信号控制所述伺服电机运转。基于上述原理可见,本发明采用直流母线载波技术进行通讯,在同一个直流母线上,完成了功率输送和信号传输,并且将伺服变频部分和伺服电机安装在一起,从根本上减少了动力电缆和反馈电缆,真正地实现了少电缆化和安装便捷化,同时也大大降低了成本,较好地满足了应用需求。
附图说明
图1为现有技术中伺服控制器与伺服电机的连接结构图;
图2为现有技术中线缆的组成结构图;
图3为现有技术中伺服控制器与伺服电机的连接结构电路框图;
图4为本发明伺服电机直流母线载波控制拓扑结构电路框图一;
图5为本发明伺服电机直流母线载波控制拓扑结构电路框图二;
图6为本发明伺服电机直流母线载波控制拓扑结构电路框图三;
图7为本发明替换方式下的电路框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种伺服电机直流母线载波控制拓扑结构,请参见图4和图5,其包括有主控制器1、直流母线4和多个伺服电机2,所述伺服电机2电性连接有伺服驱动单元3,所述主控制器1输出有作为动力电的电源信号并且加载于所述直流母线4,多个伺服驱动单元3均电性连接于所述直流母线4,所述主控制器1内设有控制单元5和上位信号耦合单元6,所述上位信号耦合单元6的输入端电性连接于所述控制单元5,所述上位信号耦合单元6的输出端电性连接于所述直流母线4,所述上位信号耦合单元6用于将所述控制单元5发出的控制信号调制为下行载波信号并且加载于所述直流母线4,所述伺服驱动单元3电性连接有下位信号耦合单元7,所述下位信号耦合单元7的输入端电性连接于所述直流母线4,所述下位信号耦合单元7用于将所述直流母线4上传输的下行载波信号进行解调后转换为控制信号并且传输至所述伺服驱动单元3,所述伺服驱动单元3根据所述控制信号控制所述伺服电机2运转。
上述结构中,所述主控制器1输出作为动力电的电源信号并且通过所述直流母线4传输至多个伺服驱动单元3,在对伺服电机2进行控制过程中,所述控制单元5生成用于控制所述伺服电机2运转的控制信号,利用所述上位信号耦合单元6将所述控制单元5发出的控制信号调制为下行载波信号,并将所述下行载波信号加载于所述直流母线4,然后所述下位信号耦合单元7将所述直流母线4上传输的下行载波信号进行解调后转换为控制信号,并且将所述控制信号传输至所述伺服驱动单元3,最后由所述伺服驱动单元3根据所述控制信号控制所述伺服电机2运转。基于上述原理可见,本发明采用直流母线载波技术进行通讯,在同一个直流母线上,完成了功率输送和信号传输,并且将伺服变频部分和伺服电机安装在一起,从根本上减少了动力电缆和反馈电缆,真正地实现了少电缆化和安装便捷化,同时也大大降低了成本,较好地满足了应用需求。
为了能够实现闭环控制,本实施例中,所述下位信号耦合单元7还用于将所述伺服电机2的编码器信号调制为上行载波信号后加载于所述直流母线4,所述上位信号耦合单元6还用于将所述直流母线4上传输的上行载波信号进行解调后转换为编码器信号并且传输至所述控制单元5。
为了实现动力电的传输,本实施例中,所述主控制器1包括有交流电源输入端8和整流单元9,所述交流电源输入端8用于接入交流电源,所述整流单元9的输入端电性连接于所述交流电源输入端8,所述整流单元9的输出端电性连接于所述直流母线4,所述整流单元9用于将所述交流电源输入端8接入的交流电源进行整流后作为电源信号并且加载于所述直流母线4。
请参见图6,在实际应用中,交流伺服控制系统大多采用AC至DC至AC的控制方式,AC至DC为整流,DC至AC为变频,整流和变频之间是通过直流母线相连接的,本实施例中的公共直流母线采用调制和解调技术实现伺服总线控制的方案,从而取消了伺服电机和伺服单元间电缆,既可以通过直流母线提供伺服的动力,同时又利用该母线实现伺服的控制信息的交换。
本实施例在整流部分,将AC电源经整流滤波后形成直流电源,该母线上的直流电源接到各伺服驱动上作为变频的动力电源,控制部分将伺服控制信号调制成载波信号耦合到直流母线上,通过直流母线传导到各伺服单元,伺服单元经过耦合、解调后产生各伺服的控制信号实现对伺服的控制。在此基础上,连接到DC-LINK直流母线上的各伺服称为站点,各站点具有不同的寻址地址,用来作为主机进行控制的站点识别。
为了更好地描述本发明的技术方案,本发明还公开了一种伺服电机直流母线载波控制拓扑方法,请参见图4和图5,该方法基于主控制器1、直流母线4和多个伺服电机2实现,所述伺服电机2电性连接有伺服驱动单元3,多个伺服驱动单元3均电性连接于所述直流母线4,所述主控制器1内设有控制单元5和上位信号耦合单元6,所述上位信号耦合单元6的输入端电性连接于所述控制单元5,所述上位信号耦合单元6的输出端电性连接于所述直流母线4,所述伺服驱动单元3电性连接有下位信号耦合单元7,所述下位信号耦合单元7的输入端电性连接于所述直流母线4,所述方法包括如下步骤:
步骤S1,所述主控制器1输出作为动力电的电源信号并且通过所述直流母线4传输至多个伺服驱动单元3;
步骤S2,所述控制单元5生成用于控制所述伺服电机2运转的控制信号;
步骤S3,所述上位信号耦合单元6将所述控制单元5发出的控制信号调制为下行载波信号,并将所述下行载波信号加载于所述直流母线4;
步骤S4,所述下位信号耦合单元7将所述直流母线4上传输的下行载波信号进行解调后转换为控制信号,并且将所述控制信号传输至所述伺服驱动单元3;
步骤S5,所述伺服驱动单元3根据所述控制信号控制所述伺服电机2运转;
步骤S6,所述下位信号耦合单元7将所述伺服电机2的编码器信号调制为上行载波信号后,将所述上行载波信号加载于所述直流母线4;
步骤S7,所述上位信号耦合单元6将所述直流母线4上传输的上行载波信号进行解调后转换为编码器信号,并且将所述编码器信号传输至所述控制单元5。
进一步地,所述主控制器1包括有交流电源输入端8和整流单元9,所述整流单元9的输入端电性连接于所述交流电源输入端8,所述整流单元9的输出端电性连接于所述直流母线4,所述步骤S1中,通过所述交流电源输入端8接入交流电源,所述整流单元9将所述交流电源输入端8接入的交流电源进行整流后,作为电源信号并且加载于所述直流母线4。
本发明公开的伺服电机直流母线载波控制拓扑结构及方法,从实现少电缆化和装配便捷化方面来说,采用载波传输方式是最理想的方案,该方案从控制柜到电机间只要一根电缆就可实现连接,不用考虑控制信号电缆。当然,考虑到载波电路的成本,也可以通过伺服控制总线的方案进行控制,请参见图7,但是要增加一根控制电缆,实际上没有达到电缆的最小化,安装时也要考虑控制电缆的连接,然而这个方案在设计上省掉了载波电路,在技术实现上要简单些,在实际应用中,用户也可以根据实际需要进行灵活选择。
以上所述只是本发明较佳的实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等,均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (6)
1.一种伺服电机直流母线载波控制拓扑结构,其特征在于,包括有主控制器(1)、直流母线(4)和多个伺服电机(2),所述伺服电机(2)电性连接有伺服驱动单元(3),所述主控制器(1)输出有作为动力电的电源信号并且加载于所述直流母线(4),多个伺服驱动单元(3)均电性连接于所述直流母线(4),所述主控制器(1)内设有控制单元(5)和上位信号耦合单元(6),所述上位信号耦合单元(6)的输入端电性连接于所述控制单元(5),所述上位信号耦合单元(6)的输出端电性连接于所述直流母线(4),所述上位信号耦合单元(6)用于将所述控制单元(5)发出的控制信号调制为下行载波信号并且加载于所述直流母线(4),所述伺服驱动单元(3)电性连接有下位信号耦合单元(7),所述下位信号耦合单元(7)的输入端电性连接于所述直流母线(4),所述下位信号耦合单元(7)用于将所述直流母线(4)上传输的下行载波信号进行解调后转换为控制信号并且传输至所述伺服驱动单元(3),所述伺服驱动单元(3)根据所述控制信号控制所述伺服电机(2)运转。
2.如权利要求1所述的伺服电机直流母线载波控制拓扑结构,其特征在于,所述下位信号耦合单元(7)还用于将所述伺服电机(2)的编码器信号调制为上行载波信号后加载于所述直流母线(4),所述上位信号耦合单元(6)还用于将所述直流母线(4)上传输的上行载波信号进行解调后转换为编码器信号并且传输至所述控制单元(5)。
3.如权利要求1所述的伺服电机直流母线载波控制拓扑结构,其特征在于,所述主控制器(1)包括有交流电源输入端(8)和整流单元(9),所述交流电源输入端(8)用于接入交流电源,所述整流单元(9)的输入端电性连接于所述交流电源输入端(8),所述整流单元(9)的输出端电性连接于所述直流母线(4),所述整流单元(9)用于将所述交流电源输入端(8)接入的交流电源进行整流后作为电源信号并且加载于所述直流母线(4)。
4.一种伺服电机直流母线载波控制拓扑方法,其特征在于,该方法基于主控制器(1)、直流母线(4)和多个伺服电机(2)实现,所述伺服电机(2)电性连接有伺服驱动单元(3),多个伺服驱动单元(3)均电性连接于所述直流母线(4),所述主控制器(1)内设有控制单元(5)和上位信号耦合单元(6),所述上位信号耦合单元(6)的输入端电性连接于所述控制单元(5),所述上位信号耦合单元(6)的输出端电性连接于所述直流母线(4),所述伺服驱动单元(3)电性连接有下位信号耦合单元(7),所述下位信号耦合单元(7)的输入端电性连接于所述直流母线(4),所述方法包括如下步骤:
步骤S1,所述主控制器(1)输出作为动力电的电源信号并且通过所述直流母线(4)传输至多个伺服驱动单元(3);
步骤S2,所述控制单元(5)生成用于控制所述伺服电机(2)运转的控制信号;
步骤S3,所述上位信号耦合单元(6)将所述控制单元(5)发出的控制信号调制为下行载波信号,并将所述下行载波信号加载于所述直流母线(4);
步骤S4,所述下位信号耦合单元(7)将所述直流母线(4)上传输的下行载波信号进行解调后转换为控制信号,并且将所述控制信号传输至所述伺服驱动单元(3);
步骤S5,所述伺服驱动单元(3)根据所述控制信号控制所述伺服电机(2)运转。
5.如权利要求4所述的伺服电机直流母线载波控制拓扑方法,其特征在于,所述方法还包括有:
步骤S6,所述下位信号耦合单元(7)将所述伺服电机(2)的编码器信号调制为上行载波信号后,将所述上行载波信号加载于所述直流母线(4);
步骤S7,所述上位信号耦合单元(6)将所述直流母线(4)上传输的上行载波信号进行解调后转换为编码器信号,并且将所述编码器信号传输至所述控制单元(5)。
6.如权利要求4所述的伺服电机直流母线载波控制拓扑方法,其特征在于,所述主控制器(1)包括有交流电源输入端(8)和整流单元(9),所述整流单元(9)的输入端电性连接于所述交流电源输入端(8),所述整流单元(9)的输出端电性连接于所述直流母线(4),所述步骤S1中,通过所述交流电源输入端(8)接入交流电源,所述整流单元(9)将所述交流电源输入端(8)接入的交流电源进行整流后,作为电源信号并且加载于所述直流母线(4)。
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