CN112506090B - 用于控制多电机运行的分时复用伺服装置及方法 - Google Patents

用于控制多电机运行的分时复用伺服装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于控制多电机运行的分时复用伺服装置及方法，包括分时复用驱动器、切换装置和N台电机，切换装置包含信号切换单元和动力切换单元；通过设计动力选通装置和编码信号选通装置，当需要某一个电机运行时，采用分时切换，将相应的电机动力线和编码信号切换连接到伺服驱动器上，实现一套驱动器对多台伺服电机的分时驱动控制；此种控制方式不仅减少了驱动器的数量、降低使用成本，也简化了电气设计的复杂程度，提高了系统适装性。

Description

用于控制多电机运行的分时复用伺服装置及方法
技术领域
本发明属于伺服控制技术领域，具体涉及一种用于控制多电机运行的分时复用伺服装置及方法。
背景技术
传统伺服控制中，伺服电机和驱动器采用一对一匹配的方式，但是对于某些执行机构数量较多的设备，需要的伺服电机和伺服驱动器的数量多达几十甚至数百个，且在运行期间，存在一部分电机工作，另一部分电机无需运行的工况。数量众多的驱动器不仅使用成本高、安装空间大，而且电气设计复杂、系统适装性较差。因此，提出单个伺服驱动器分时驱动多台电机的控制方式，即需要某一台电机运行时，采用分时切换，将电机动力线和编码器反馈线连接到伺服驱动器上，此方式不仅减少了驱动器的数量，也简化了电气设计的复杂程度。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术的不足，提供一种用于控制多电机运行的分时复用伺服装置及方法，实现了一套驱动器对多台电机的分时驱动控制，解决了传统电机和驱动器一对一匹配方式中存在的驱动器数量多、电气设计复杂、使用成本高的问题。
为实现上述目的，本发明所设计的用于控制多电机运行的分时复用伺服装置，包括分时复用驱动器、切换装置和N台电机，切换装置包含信号切换单元和动力切换单元；
分时复用驱动器按照编码指令，控制切换装置从N台电机中选取对应电机的UVW动力线和分时复用驱动器的UVW动力线连通，对应电机端编码器和分时复用驱动器端编码器接口进行信息交互；
信号切换单元接收分时复用驱动器发送的选通信号和抱闸信号，完成电机端编码器与分时复用驱动器端编码器的连通，并输出动力选通控制信号和抱闸信号；
动力切换单元用于接收信号切换单元发送的动力选通控制信号，完成相应电机的UVW动力线与分时复用驱动器的UVW动力线连通，并将选通状态反馈信号反馈给信号切换单元；同时，动力切换单元对信号切换单元输出的抱闸开关信号进行中转，完成电机的抱闸动作。
进一步地，所述信号切换单元包括FPGA中央处理单元、I/O电路、编码器选通电路、动力选通控制信号驱动电路及抱闸开关电路；信号切换单元通过I/O电路接收分时复用驱动器发送的选通信号和抱闸信号，由FPGA中央处理单元解析后，将选通信号中的编码器选通信号发送至编码器选通电路、将选通信号中的动力选通信号发送至动力选通控制信号驱动电路，将抱闸信号发送至抱闸开关电路；编码器选通电路根据接收到的编码器选通信号将相应电机端编码器与分时复用驱动器端编码器接口连接；动力选通控制信号驱动电路根据接收到的动力选通信号输出相应动力选通控制信号至动力切换单元，分时复用驱动器的UVW接口与动力切换单元的UVW输入口连通，动力切换单元的UVW输出口分别与N台电机的UVW接口连通，动力切换单元根据动力选通控制信号将对应的电机的UVW接口与分时复用驱动器的UVW接口连通；抱闸开关电路输出抱闸信号经动力切换单元发送至N台电机，用于控制相应电机的抱闸；动力切换单元的选通状态反馈信号通过I/O电路反馈给分时复用驱动器。
进一步地，所述信号切换单元还包括给信号切换单元中各部分功能电路供电的DC/DC模块。
进一步地，每台所述电机端编码器的输出信号包含模拟信号和数字信号，模拟编码器选通电路的模拟信号发送至分时复用驱动器的模拟接口，数字编码器选通电路与FPGA中央处理单元采用双向通信，FPGA中央处理单元将数字信号发送至分时复用驱动器的数字接口。
还提供一种如上述所述用于控制多电机运行的分时复用伺服装置的分时复用伺服方法具体如下：
分时复用驱动器通过总线接收到上位机切换指令后，将指令译码成对应电机编码；如果当前电机处在动态运行状态，分时复用驱动器向信号切换到单元的I/O电路发送抱闸信号，FPGA中央处理单元解析后将抱闸信号经抱闸开关电路发送至动力切换单元，动力切换单元对N个电机进行抱闸控制停止当前电机运行状态；当所有电机完成抱闸后分时复用驱动器输出目标切换电机的选通信号；
信号切换单元的I/O电路接收到目标切换电机的选通信号后发送至FPGA中央处理单元进行解析，FPGA中央处理单元将目标切换电机的选通信号中的编码器选通信号发送至编码器选通电路，编码器选通电路根据接收到的编码器选通信号将相应电机端编码器与分时复用驱动器端编码器接口连接，完成电机编码信号的切换；FPGA中央处理单元将目标切换电机的选通信号中的动力选通信号发送至动力选通控制信号驱动电路，动力选通控制信号驱动电路根据接收到的动力选通信号输出相应动力选通控制信号至动力切换单元，动力切换单元根据动力选通控制信号将对应的电机的UVW接口与分时复用驱动器的UVW接口连通，完成电机动力信号的切换；
编码信号和动力信号切换完成后，动力切换单元将选通状态反馈信号经信号切换单元的I/O电路反馈给分时复用驱动器，分时复用驱动器发出抱闸信号给I/O电路，FPGA中央处理单元解析后将抱闸信号经抱闸开关电路发送至动力切换单元，动力切换单元对N个电机进行解锁，分时复用驱动器从而进入正常电机运行控制模式。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)上述分时复用伺服方法，在成熟的伺服控制平台上进行升级改造，采用成熟的单元电路，增加多电机切换功能及电机控制参数在线适配功能，可有效降低技术风险，提高产品可靠性。
2)通过设计动力选通装置和编码信号选通装置，当需要某一个电机运行时，采用分时切换，将相应的电机动力线和编码信号切换连接到伺服驱动器上，实现一套驱动器对多台伺服电机的分时驱动控制；此种控制方式不仅减少了驱动器的数量、降低使用成本，也简化了电气设计的复杂程度，提高了系统适装性。
附图说明
图1为本发明用于控制多电机运行的分时复用伺服装置简图。
图2为图1中切换装置原理框图；
图3为图1的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示用于控制多电机运行的分时复用伺服装置，包括分时复用驱动器、切换装置和N台电机，切换装置包含信号切换单元和动力切换单元。分时复用驱动器按照编码指令，控制切换装置从N台电机中选取对应电机的UVW动力线和分时复用驱动器的UVW动力线连通，对应电机端编码器和分时复用驱动器端编码器接口进行信息交互，从而完成驱动器分时复用；信号切换单元接收分时复用驱动器发送的选通信号和抱闸信号，完成电机端编码器与分时复用驱动器端编码器的连通，并输出动力选通控制信号和抱闸信号；动力切换单元用于接收信号切换单元发送的动力选通控制信号，完成相应电机的UVW动力线与分时复用驱动器的UVW动力线连通，并将选通状态反馈信号反馈给信号切换单元；同时，动力切换单元对信号切换单元输出的抱闸开关信号进行中转，完成电机的抱闸动作。
切换装置的原理框图如图2所示。信号切换单元包括DC/DC模块、FPGA中央处理单元、I/O电路、编码器选通电路、动力选通控制信号驱动电路及抱闸开关电路。信号切换单元通过I/O电路接收分时复用驱动器发送的选通信号和抱闸信号，由FPGA中央处理单元解析后，将选通信号中的编码器选通信号发送至编码器选通电路、将选通信号中的动力选通信号发送至动力选通控制信号驱动电路，将抱闸信号发送至抱闸开关电路。编码器选通电路根据接收到的编码器选通信号将相应电机端编码器与分时复用驱动器端编码器接口连接；动力选通控制信号驱动电路根据接收到的动力选通信号输出相应动力选通控制信号至动力切换单元，分时复用驱动器的UVW接口与动力切换单元的UVW输入口连通，动力切换单元的UVW输出口分别与N台电机的UVW接口连通，动力切换单元根据动力选通控制信号将对应的电机的UVW接口与分时复用驱动器的UVW接口连通；抱闸开关电路输出抱闸信号经动力切换单元发送至N台电机，用于控制相应电机的抱闸；动力切换单元的选通状态反馈信号通过I/O电路反馈给分时复用驱动器。
每台电机端编码器的输出信号包含模拟信号(SIN_、COS_)和数字信号(DATA_、CLOCK_)。模拟编码器选通电路的模拟信号直接发送至分时复用驱动器的模拟接口，数字编码器选通电路与FPGA中央处理单元采用双向通信，FPGA中央处理单元将数字信号发送至分时复用驱动器的数字接口。
DC/DC模块提供信号切换单元中各部分功能电路所需的工作电源，可将外部输入的+28V电源转换成内部功能电路所需的+5V、+3.3V、+1.2V等。FPGA中央处理单元实现对I/O信号的解析和对编码器数字信号的转换功能。I/O电路实现对输入的选通信号和选通状态反馈信号的检测，并输出动力选通控制信号、抱闸信号和选通状态反馈信号。
动力选通控制信号驱动电路给动力切换单元提供动力选通控制信号，动力选通控制信号驱动电路输出N路IO信号，动力切换单元对这N路IO信号进行解码后，控制所需选通电机的UVW接口与分时复用驱动器的UVW接口连通。抱闸开关电路输出抱闸信号，经动力切换单元中转后，对N个电机的抱闸进行控制。动力切换单元接收信号切换单元发送的动力选通控制信号，将相应电机UVW接口与分时复用驱动器UVW接口接通，并将选通状态反馈信号给信号切换单元，用于状态识别与故障保护；对信号切换单元输出的抱闸开关信号进行中转，实现对相应电机抱闸的控制。
如图3所示，完成多电机运行分时驱动的流程如下：
分时复用驱动器通过总线接收到上位机切换指令后，将指令译码成对应电机编码；如果当前电机处在动态运行状态，分时复用驱动器向信号切换到单元的I/O电路发送抱闸信号，FPGA中央处理单元解析后将抱闸信号经抱闸开关电路发送至动力切换单元，动力切换单元对N个电机进行抱闸控制停止当前电机运行状态；当所有电机完成抱闸后分时复用驱动器输出目标切换电机的选通信号；
信号切换单元的I/O电路接收到目标切换电机的选通信号后发送至FPGA中央处理单元进行解析，FPGA中央处理单元将目标切换电机的选通信号中的编码器选通信号发送至编码器选通电路，编码器选通电路根据接收到的编码器选通信号将相应电机端编码器与分时复用驱动器端编码器接口连接，完成电机编码信号的切换；FPGA中央处理单元将目标切换电机的选通信号中的动力选通信号发送至动力选通控制信号驱动电路，动力选通控制信号驱动电路根据接收到的动力选通信号输出相应动力选通控制信号至动力切换单元，动力切换单元根据动力选通控制信号将对应的电机的UVW接口与分时复用驱动器的UVW接口连通，完成电机动力信号的切换；
编码信号和动力信号切换完成后，动力切换单元将选通状态反馈信号经信号切换单元的I/O电路反馈给分时复用驱动器，分时复用驱动器发出抱闸信号给I/O电路，FPGA中央处理单元解析后将抱闸信号经抱闸开关电路发送至动力切换单元，动力切换单元对N个电机进行解锁，分时复用驱动器从而进入正常电机运行控制模式。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于控制多电机运行的分时复用伺服装置，其特征在于：包括分时复用驱动器、切换装置和N台电机，切换装置包含信号切换单元和动力切换单元；
分时复用驱动器按照编码指令，控制切换装置从N台电机中选取对应电机的UVW动力线和分时复用驱动器的UVW动力线连通，对应电机端编码器和分时复用驱动器端编码器接口进行信息交互；
信号切换单元接收分时复用驱动器发送的选通信号和抱闸信号，完成电机端编码器与分时复用驱动器端编码器的连通，并输出动力选通控制信号和抱闸信号；
动力切换单元用于接收信号切换单元发送的动力选通控制信号，完成相应电机的UVW动力线与分时复用驱动器的UVW动力线连通，并将选通状态反馈信号反馈给信号切换单元；同时，动力切换单元对信号切换单元输出的抱闸开关信号进行中转，完成电机的抱闸动作；
每台所述电机端编码器的输出信号包含模拟信号和数字信号，模拟编码器选通电路的模拟信号发送至分时复用驱动器的模拟接口，数字编码器选通电路与FPGA中央处理单元采用双向通信，FPGA中央处理单元将数字信号发送至分时复用驱动器的数字接口。
2.根据权利要求1所述用于控制多电机运行的分时复用伺服装置，其特征在于：所述信号切换单元包括FPGA中央处理单元、I/O电路、编码器选通电路、动力选通控制信号驱动电路及抱闸开关电路；信号切换单元通过I/O电路接收分时复用驱动器发送的选通信号和抱闸信号，由FPGA中央处理单元解析后，将选通信号中的编码器选通信号发送至编码器选通电路、将选通信号中的动力选通信号发送至动力选通控制信号驱动电路，将抱闸信号发送至抱闸开关电路；编码器选通电路根据接收到的编码器选通信号将相应电机端编码器与分时复用驱动器端编码器接口连接；动力选通控制信号驱动电路根据接收到的动力选通信号输出相应动力选通控制信号至动力切换单元，分时复用驱动器的UVW接口与动力切换单元的UVW输入口连通，动力切换单元的UVW输出口分别与N台电机的UVW接口连通，动力切换单元根据动力选通控制信号将对应的电机的UVW接口与分时复用驱动器的UVW接口连通；抱闸开关电路输出抱闸信号经动力切换单元发送至N台电机，用于控制相应电机的抱闸；动力切换单元的选通状态反馈信号通过I/O电路反馈给分时复用驱动器。
3.根据权利要求2所述用于控制多电机运行的分时复用伺服装置，其特征在于：所述信号切换单元还包括给信号切换单元中各部分功能电路供电的DC/DC模块。
4.一种如权利要求1所述用于控制多电机运行的分时复用伺服装置的分时复用伺服方法，其特征在于：分时复用伺服方法具体如下：
分时复用驱动器通过总线接收到上位机切换指令后，将指令译码成对应电机编码；如果当前电机处在动态运行状态，分时复用驱动器向信号切换到单元的I/O电路发送抱闸信号，FPGA中央处理单元解析后将抱闸信号经抱闸开关电路发送至动力切换单元，动力切换单元对N个电机进行抱闸控制停止当前电机运行状态；当所有电机完成抱闸后分时复用驱动器输出目标切换电机的选通信号；
信号切换单元的I/O电路接收到目标切换电机的选通信号后发送至FPGA中央处理单元进行解析，FPGA中央处理单元将目标切换电机的选通信号中的编码器选通信号发送至编码器选通电路，编码器选通电路根据接收到的编码器选通信号将相应电机端编码器与分时复用驱动器端编码器接口连接，完成电机编码信号的切换；FPGA中央处理单元将目标切换电机的选通信号中的动力选通信号发送至动力选通控制信号驱动电路，动力选通控制信号驱动电路根据接收到的动力选通信号输出相应动力选通控制信号至动力切换单元，动力切换单元根据动力选通控制信号将对应的电机的UVW接口与分时复用驱动器的UVW接口连通，完成电机动力信号的切换；
编码信号和动力信号切换完成后，动力切换单元将选通状态反馈信号经信号切换单元的I/O电路反馈给分时复用驱动器，分时复用驱动器发出抱闸信号给I/O电路，FPGA中央处理单元解析后将抱闸信号经抱闸开关电路发送至动力切换单元，动力切换单元对N个电机进行解锁，分时复用驱动器从而进入正常电机运行控制模式。
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