CN113848863B - 一种通用伺服系统测试转接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用伺服系统测试转接装置，包括传感器转接单元、电机转接单元、数字隔离输入输出测试单元、模拟输入输出测试单元、集中控制单元、通讯接口及控制显示终端。本发明可兼容支持实现多种类型传感器信息的处理，可实现多种类型电机的电流检测及电源驱动，可针对多种类型伺服驱动器可能具备的数字输入输出口、模拟输入输出口以及常用的外部接口通讯进行通用性检测，并在基于DSP和FPGA架构下实现各种所需测试数据交互、处理、保存、显示等，以此达到针对多种伺服驱动器以及伺服电机产品的通用性测试。本发明采用通用化设计可单独对多种型号伺服驱动器或多种型号电机进行测试，也可满足员工或学生对多种类型伺服系统的培训学习需求。
Description
技术领域
本发明属于伺服系统测试领域，特别是一种通用伺服系统测试转接装置。
背景技术
伺服驱动器是用来控制伺服电机高精度运行的电气设备，随着该类产品在国内应用趋向成熟，产品谱系也越来越完善，但是伴随着生产加工环节中的测试装置却多数只针对某一款或某一类型号伺服驱动器，并无通用程度很高的测试装置，例如有的侧重于单一类型伺服驱动器特定外围IO、AD、故障等接口的自动测试，有的侧重于伺服驱动器各个故障点的自动检测及定位，还有的侧重于伺服电机的电流、转速的可视化测试，具体使用的化导致测试设备冗余过多，因此一种通用伺服驱动器自动测试装置的研制尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足(基本上侧重于单一类型伺服驱动器或电机，或者侧重针对性的故障点，在针对多种谱系产品通用的测试装置研究较少)，提供一种通用伺服系统测试转接装置，可以简化冗余测试设备，提高生产调试效率，即一个自动测试装置对应着满足多个不同类型不同接口伺服驱动器型号产品的测试。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种通用伺服系统测试转接装置，该装置包括传感器转接单元、电机转接单元、数字隔离输入输出测试单元、模拟输入输出测试单元、集中控制单元、通讯接口及控制显示终端；
所述传感器转接单元，用于实现伺服电机中传感器与伺服驱动器中传感器的转接；
所述电机转接单元，用于实现该装置对不同伺服电机的驱动、检测和数据处理；
所述数字隔离输入输出测试单元，用于检测伺服驱动器的数字输入输出口；
所述模拟输入输出测试单元，用于检测伺服驱动器模拟电压输入输出的精度；
所述集中控制单元，作为装置的核心，用于实现数据的采集、传输和处理；
所述通讯接口，用于实现装置与不同伺服驱动器的连接；
所述控制显示终端，用于完成测试项的配置、性能参数的检测及测试结果的显示。
进一步地，所述集中控制单元采用MCU与FPGA为核心控制芯片，其中FPGA完成传感器转接单元的角度检测，并实时模拟所有编码器通讯协议发送当前编码器反馈位置给伺服驱动器，MCU完成与伺服驱动器多种通讯的数据交互、与控制显示终端的数据交互、与FPGA的角度信息交互以及测试数据的实时计算；所述集中控制单元可与多种型号伺服驱动器进行连接。
进一步地，所述传感器转接单元包括旋转变压器的检测与转接子单元、LVDT的检测与转接子单元、增量编码器及霍尔传感器的检测与转接子单元、SSI/BISS/ENDAT协议绝对值编码器的检测与转接子单元、多摩川串行协议绝对值编码器及采用类似协议日系编码器的检测与转接子单元；这五个子单元用于伺服电机端位置传感器以及伺服驱动器端位置反馈接口的互相转接，并将检测到的位置信息传输给控制显示终端。
进一步地，所述传感器转接单元中的各检测与转接子单元，通过控制显示终端进行配置选用伺服电机以及伺服驱动器各需要哪一种位置信息，将配置参数存储在集中控制单元内的存储器内，最终将伺服电机端的位置信息传输至MCU芯片发送控制显示终端，并将信息转接至伺服驱动器相应反馈接口。
进一步地，所述电机转接单元包括永磁同步电机转接子单元、直流无刷电机转接子单元以及直流有刷电机转接子单元；
该电机转接单元，其电机电源线直接转接至伺服驱动器的电机电源接口，并可通过控制显示终端进行配置选择当前所用电机类型。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明可兼容支持实现多种类型传感器信息的处理，可实现多种类型电机的电流检测及电源驱动，可针对多种类型伺服驱动器可能具备的数字输入输出口、模拟输入输出口以及常用的外部接口通讯进行通用性检测，并在基于DSP和FPGA架构下实现各种所需测试数据交互、处理、保存、显示等，本发明以此达到针对多种伺服驱动器以及伺服电机产品的通用性测试。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为一个实施例中通用伺服系统测试转接装置的结构示意图。
图2为一个实施例中传感器转接单元的结构示意图。
图3为一个实施例中数字隔离输入输出测试单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，结合图1，提供了一种通用伺服系统测试转接装置，该装置包括传感器转接单元、电机转接单元、数字隔离输入输出测试单元、模拟输入输出测试单元、集中控制单元、通讯接口及控制显示终端；
所述传感器转接单元，用于实现伺服电机中传感器与伺服驱动器中传感器的转接；
所述电机转接单元，用于实现该装置对不同伺服电机的驱动、检测和数据处理；
所述数字隔离输入输出测试单元，用于检测伺服驱动器的数字输入输出口(是否正常工作)；
所述模拟输入输出测试单元，用于检测伺服驱动器模拟电压输入输出的精度；
所述集中控制单元，作为装置的核心，用于实现数据的采集、传输和处理；
所述通讯接口，用于实现装置与不同伺服驱动器的连接；
所述控制显示终端，用于完成测试项的配置、性能参数的检测及测试结果的显示。这里，测试项的配置主要是按测试规范需完成的测试项按功能实现一键式检测，例如电流环速度环带宽测试、电流环速度环稳态精度测试、定位精度测试、数字输入输出口功能测试、模拟输入输出口功能测试、各通讯接口功能测试等。性能参数的检测主要是采集各个测试项所需检测的数据，比如电流环带宽测试及电流环稳态精度测试需采集电机相电流以及伺服驱动器通过通讯发送的电流指令。测试结果的显示主要是显示配置好的测试项的测试结果，比如电流环带宽测试主要显示电流环的实际带宽及其根据采集数据绘制的伯德图，电流环稳态精度测试主要显示转矩电流的稳态误差值及其指令电流反馈电流曲线。
进一步地，在其中一个实施例中，所述集中控制单元采用MCU与FPGA为核心控制芯片，其中FPGA完成传感器转接单元的角度检测，并实时模拟所有编码器通讯协议发送当前编码器反馈位置给伺服驱动器，MCU完成与伺服驱动器多种通讯的数据交互、与控制显示终端的数据交互、与FPGA的角度信息交互以及测试数据的实时计算；所述集中控制单元可与多种型号伺服驱动器进行连接。
进一步地，在其中一个实施例中，所述集中控制单元采用FLASH或铁电存储器进行配置参数的保存。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图2，所述传感器转接单元包括旋转变压器的检测与转接子单元、LVDT的检测与转接子单元、增量编码器及霍尔传感器的检测与转接子单元、SSI/BISS/ENDAT协议绝对值编码器的检测与转接子单元、多摩川串行协议绝对值编码器及采用类似协议日系编码器的检测与转接子单元；这五个子单元用于伺服电机端位置传感器以及伺服驱动器端位置反馈接口的互相转接，并将检测到的位置信息传输给控制显示终端；
所述旋转变压器的检测与转接子单元，采用基于集成电路AD2S1210实现旋转变压器位置的检测，通过并口传输至FPGA芯片，汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片，并通过旋转变压器信号模拟电路转接响应伺服驱动器端位置接口响应；
所述LVDT的检测与转接子单元，采用基于集成电路AD698实现LVDT位置的检测，输出模拟信号至外置AD芯片AD7606，通过并口传输至FPGA芯片，汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片并通过LVDT信号模拟电路转接响应伺服驱动器端位置接口响应；
所述增量编码器及霍尔传感器的检测与转接子单元，采用485芯片将差分正交信号转换为电平信号，连同霍尔传感器电平信号传输至FPGA芯片，FPGA芯片汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片并转接响应伺服驱动器端位置接口响应；
所述SSI/BISS/ENDAT协议绝对值编码器的检测与转接子单元，采用485芯片SN65HVD75将差分CLK信号及DATA信号转换为电平信号，通过FPGA芯片发送时钟信号并读取DATA信号以获取位置，FPGA芯片汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片并转接响应伺服驱动器端位置接口响应；
所述摩川串行协议绝对值编码器及采用类似协议日系编码器的检测与转接子单元，采用485芯片将差分串行信号转换为电平信号，通过FPGA芯片发送读取指令读取位置数据，FPGA芯片汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片并转接响应伺服驱动器端位置接口响应。
针对该传感器单元，所有传感器类型均可通过控制显示终端进行配置，即可根据伺服电机安装的传感器类型以及伺服驱动器反馈端口的传感器类型进行实时的调整并将配置参数存储在集中控制单元内的存储器内。
进一步地，在其中一个实施例中，所述传感器转接单元中的各检测与转接子单元，通过控制显示终端进行配置选用伺服电机以及伺服驱动器各需要哪一种位置信息，将配置参数存储在集中控制单元内的存储器内，最终将伺服电机端的位置信息传输至MCU芯片发送控制显示终端，并将信息转接至伺服驱动器相应反馈接口。
进一步地，在其中一个实施例中，所述电机转接单元包括永磁同步电机转接子单元、直流无刷电机转接子单元以及直流有刷电机转接子单元；
所述永磁同步电机转接单元，包括永磁同步电机对应三相电源转接以及相电流、转矩电流、直轴电流的检测，其中相电流的检测通过高速AD芯片检测相上采样电阻或霍尔电流传感器，检测数字信号传输给FPGA，FPGA通过并口传输给MCU，MCU通过当前电机角度和相电流折算出用户所需的相关转矩电流以及直轴电流；
所述直流无刷电机转接子单元，包括相电流及转矩电流的检测，其中相电流的检测通过高速AD芯片检测相上采样电阻或霍尔电流传感器，检测数字信号传输给FPGA，FPGA通过并口传输给MCU，MCU通过当前电机角度和相电流折算出用户所需的相关转矩电流；
所述直流有刷电机转接子单元，包括转矩电流的检测，其中转矩电流的检测通过高速AD芯片检测相上采样电阻或霍尔电流传感器，检测数字信号传输给FPGA，FPGA通过并口传输给MCU；
该电机转接单元，其电机电源线直接转接至伺服驱动器的电机电源接口，并可通过控制显示终端进行配置选择当前所用电机类型。
进一步地，在其中一个实施例中，结合图3，所述数字隔离输入输出测试单元，将伺服驱动器数字输入输出口均在转接板上设计成开路形式，然后通过上拉电阻将所有输入输出口串联一起，实现输入输出口的一键式检测；
所述数字隔离输入输出测试单元将检测的通断电平信号传输至FPGA，然后实时传输至MCU，最终在控制显示终端进行通断的显示，以此检测伺服驱动器的数字输入输出口。
进一步地，在其中一个实施例中，所述模拟输入输出单元包括模拟输入接口和模拟输出接口，其中，模拟输入接口完成对预设的固定几组典型电压值进行输入检测，通过MCU向伺服驱动器读取电压检测值并与实际值比较判定；模拟输出接口完成输出所述固定几组典型电压，通过AD芯片检测输出电压值，输出至FPGA，通过FPGA传输至MCU，伺服驱动器输出值与检测值进行比较判定。
进一步地，在其中一个实施例中，所述通讯接口包括常用的CAN、串口、EtherCAT等，可以支持具备不同通讯接口的伺服驱动器的连接。
本发明提供的通用伺服系统测试转接装置，可以简化冗余测试设备，提高生产调试效率，即一个自动测试装置对应着满足多个不同类型不同接口伺服驱动器型号产品的测试。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种通用伺服系统测试转接装置，其特征在于，该装置包括传感器转接单元、电机转接单元、数字隔离输入输出测试单元、模拟输入输出测试单元、集中控制单元、通讯接口及控制显示终端；
所述传感器转接单元，用于实现伺服电机中传感器与伺服驱动器中传感器的转接；
所述电机转接单元，用于实现该装置对不同伺服电机的驱动、检测和数据处理；
所述数字隔离输入输出测试单元，用于检测伺服驱动器的数字输入输出口；
所述模拟输入输出测试单元，用于检测伺服驱动器模拟电压输入输出的精度；
所述集中控制单元，作为装置的核心，用于实现数据的采集、传输和处理；
所述通讯接口，用于实现装置与不同伺服驱动器的连接；
所述控制显示终端，用于完成测试项的配置、性能参数的检测及测试结果的显示；
所述集中控制单元采用MCU与FPGA为核心控制芯片，其中FPGA完成传感器转接单元的角度检测，并实时模拟所有编码器通讯协议发送当前编码器反馈位置给伺服驱动器，MCU完成与伺服驱动器多种通讯的数据交互、与控制显示终端的数据交互、与FPGA的角度信息交互以及测试数据的实时计算；所述集中控制单元可与多种型号伺服驱动器进行连接。
2.根据权利要求1所述的通用伺服系统测试转接装置，其特征在于，所述集中控制单元采用FLASH或铁电存储器进行配置参数的保存。
3.根据权利要求2所述的通用伺服系统测试转接装置，其特征在于，所述传感器转接单元包括旋转变压器的检测与转接子单元、LVDT的检测与转接子单元、增量编码器及霍尔传感器的检测与转接子单元、SSI/BISS/ENDAT协议绝对值编码器的检测与转接子单元、多摩川串行协议绝对值编码器及采用类似协议日系编码器的检测与转接子单元；这五个子单元用于伺服电机端位置传感器以及伺服驱动器端位置反馈接口的互相转接，并将检测到的位置信息传输给控制显示终端；
所述旋转变压器的检测与转接子单元，采用基于集成电路AD2S1210实现旋转变压器位置的检测，通过并口传输至FPGA芯片，汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片，并通过旋转变压器信号模拟电路转接响应伺服驱动器端位置接口响应；
所述LVDT的检测与转接子单元，采用基于集成电路AD698实现LVDT位置的检测，输出模拟信号至外置AD芯片AD7606，通过并口传输至FPGA芯片，汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片并通过LVDT信号模拟电路转接响应伺服驱动器端位置接口响应；
所述增量编码器及霍尔传感器的检测与转接子单元，采用485芯片将差分正交信号转换为电平信号，连同霍尔传感器电平信号传输至FPGA芯片，FPGA芯片汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片并转接响应伺服驱动器端位置接口响应；
所述SSI/BISS/ENDAT协议绝对值编码器的检测与转接子单元，采用485芯片SN65HVD75将差分CLK信号及DATA信号转换为电平信号，通过FPGA芯片发送时钟信号并读取DATA信号以获取位置，FPGA芯片汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片并转接响应伺服驱动器端位置接口响应；
所述摩川串行协议绝对值编码器及采用类似协议日系编码器的检测与转接子单元，采用485芯片将差分串行信号转换为电平信号，通过FPGA芯片发送读取指令读取位置数据，FPGA芯片汇总位置数据通过并口传输至MCU芯片并转接响应伺服驱动器端位置接口响应。
4.根据权利要求3所述的通用伺服系统测试转接装置，其特征在于，所述传感器转接单元中的各检测与转接子单元，通过控制显示终端进行配置选用伺服电机以及伺服驱动器各需要哪一种位置信息，将配置参数存储在集中控制单元内的存储器内，最终将伺服电机端的位置信息传输至MCU芯片发送控制显示终端，并将信息转接至伺服驱动器相应反馈接口。
5.根据权利要求4所述的通用伺服系统测试转接装置，其特征在于，所述电机转接单元包括永磁同步电机转接子单元、直流无刷电机转接子单元以及直流有刷电机转接子单元；
所述永磁同步电机转接子单元，包括永磁同步电机对应三相电源转接以及相电流、转矩电流、直轴电流的检测，其中相电流的检测通过高速AD芯片检测相上采样电阻或霍尔电流传感器，检测数字信号传输给FPGA，FPGA通过并口传输给MCU，MCU通过当前电机角度和相电流折算出用户所需的相关转矩电流以及直轴电流；
所述直流无刷电机转接子单元，包括相电流及转矩电流的检测，其中相电流的检测通过高速AD芯片检测相上采样电阻或霍尔电流传感器，检测数字信号传输给FPGA，FPGA通过并口传输给MCU，MCU通过当前电机角度和相电流折算出用户所需的相关转矩电流；
所述直流有刷电机转接子单元，包括转矩电流的检测，其中转矩电流的检测通过高速AD芯片检测相上采样电阻或霍尔电流传感器，检测数字信号传输给FPGA，FPGA通过并口传输给MCU；
该电机转接单元，其电机电源线直接转接至伺服驱动器的电机电源接口，并可通过控制显示终端进行配置选择当前所用电机类型。
6.根据权利要求5所述的通用伺服系统测试转接装置，其特征在于，所述数字隔离输入输出测试单元，将伺服驱动器数字输入输出口均在转接板上设计成开路形式，然后通过上拉电阻将所有输入输出口串联一起，实现输入输出口的一键式检测；
所述数字隔离输入输出测试单元将检测的通断电平信号传输至FPGA，然后实时传输至MCU，最终在控制显示终端进行通断的显示，以此检测伺服驱动器的数字输入输出口。
7.根据权利要求6所述的通用伺服系统测试转接装置，其特征在于，所述模拟输入输出测试单元包括模拟输入接口和模拟输出接口，其中，模拟输入接口完成对预设的固定几组电压值进行输入检测，通过MCU向伺服驱动器读取电压检测值并与实际值比较判定；模拟输出接口完成输出所述固定几组电压，通过AD芯片检测输出电压值，输出至FPGA，通过FPGA传输至MCU，伺服驱动器输出值与检测值进行比较判定。
8.根据权利要求7所述的通用伺服系统测试转接装置，其特征在于，所述通讯接口包括CAN、串口、EtherCAT。
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