CN114189191A - 伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法、装置及系统。伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法，包括：S1、位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令；S2、信号转换单元将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号；S3、位置脉冲接口单元接收步骤S2转换后的位置脉冲指令并传输至可编程逻辑芯片；S4、可编程逻辑芯片对所接收的位置脉冲指令进行滤波；S5、可编程逻辑芯片根据滤波后的位置脉冲指令计算位置脉冲指令的个数及频率，并根据位置脉冲指令的个数及频率计算相应的位移值和速度值；将包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机。本发明能消除多种干扰信号，提高伺服驱动器所接收的位置脉冲指令的精度。

Description

伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及驱动器技术领域，特别是涉及一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法、装置及系统。
背景技术
伺服驱动器(servo drives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品。
因此，伺服驱动器的位置脉冲计数的精度直接影响了伺服驱动器对伺服电机的驱动精度。
现有的伺服驱动器在实际应用过程中容易受到各种干扰，而存在位置脉冲计数不准的情况。干扰源来自于应用现场的设备设计：如，可编程逻辑控制器(PLC)发送的脉冲指令是单端信号而不是差分信号；又如，伺服驱动器与异步电机的电源没有隔离开来，使得伺服驱动器受到干扰。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法、装置及系统，通过将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号，并且对转换后的位置脉冲指令进行滤波，能消除多种干扰信号，提高伺服驱动器所接收的位置脉冲指令的精度，提高伺服驱动器的抗干扰能力，从而实现伺服驱动器对伺服电机的高精度控制。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法，包括以下步骤：
S1、位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令；
S2、信号转换单元将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号；
S3、位置脉冲接口单元接收步骤S2转换后的位置脉冲指令并传输至可编程逻辑芯片；
S4、可编程逻辑芯片对所接收的位置脉冲指令进行滤波；
S5、可编程逻辑芯片根据滤波后的位置脉冲指令计算位置脉冲指令的个数及频率，并根据位置脉冲指令的个数及频率计算相应的位移值和速度值；将包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机。
在其中一个实施例中，所述信号转换单元包括相互连接的单端至差分转换电路及差分信号处理电路；所述单端至差分转换电路从所述位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令；所述差分信号处理电路将处理后的位置脉冲指令输出至所述位置脉冲接口单元。
在其中一个实施例中，所述步骤S4中通过延时滤波方式对所接收的位置脉冲指令进行滤波。
在其中一个实施例中，延时滤波方式具体采用延时滤波器对位置脉冲指令进行滤波；延时滤波器的设计包括以下步骤：
S41、确定干扰信号的脉冲宽度T’；
S42、根据干扰信号的脉冲宽度T’确定延时滤波器的延时时间T，其中T>T’。
本发明还公开一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置，包括：
位置脉冲指令接收单元，用于接收位置脉冲指令；
信号转换单元，用于将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号；
位置脉冲接口单元，用于接收差分转换后的位置脉冲指令并传输至可编程逻辑芯片；
可编程逻辑芯片，对所接收的位置脉冲指令进行滤波；根据滤波后的位置脉冲指令计算位置脉冲指令的个数及频率，并根据位置脉冲指令的个数及频率计算相应的位移值和速度值；将包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机。
在其中一个实施例中，所述伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置还包括：脉冲调制输出接口、主芯片及AD接口单元；所述脉冲调制输出接口将所述可编程逻辑芯片的包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机；所述主芯片与所述可编程逻辑芯片SPI通讯连接；所述AD接口单元向所述主芯片输入模拟电压。
在其中一个实施例中，所述信号转换单元包括相互连接的单端至差分转换电路及差分信号处理电路；所述单端至差分转换电路从所述位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令；所述差分信号处理电路将处理后的位置脉冲指令输出至所述位置脉冲接口单元。
在其中一个实施例中，所述可编程逻辑芯片包括延时滤波器。
在其中一个实施例中，所述伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置还包括反馈脉冲接口单元，所述反馈脉冲接口单元接收伺服电机的反馈脉冲指令，并将反馈脉冲指令输入至可编程逻辑芯片。
本发明还公开一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收系统，包括所述伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置。
本发明公开的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法、装置及系统，通过将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号，并且对转换后的位置脉冲指令进行滤波，能消除多种干扰信号，提高伺服驱动器所接收的位置脉冲指令的精度，提高伺服驱动器的抗干扰能力，从而实现伺服驱动器对伺服电机的高精度控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法的流程图；
图2为图1中步骤S4的具体流程图；
图3为本发明实施例2的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置的原理框图；
图4为本发明可编程逻辑控制器与位置脉冲指令高精度接收装置的信号连接示意图；
图5为本发明单端至差分转换电路的原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
如图1所示，本发明公开一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法，包括以下步骤：
S1、位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令；
S2、信号转换单元将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号；
S3、位置脉冲接口单元接收步骤S2转换后的位置脉冲指令并传输至可编程逻辑芯片；
S4、可编程逻辑芯片对所接收的位置脉冲指令进行滤波；
S5、可编程逻辑芯片根据滤波后的位置脉冲指令计算位置脉冲指令的个数及频率，并根据位置脉冲指令的个数及频率计算相应的位移值和速度值；将包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机。
作为优选的实施方式，信号转换单元包括相互连接的单端至差分转换电路及差分信号处理电路。单端至差分转换电路从位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令。差分信号处理电路将处理后的位置脉冲指令输出至位置脉冲接口单元。
作为优选的实施方式，步骤S4中通过延时滤波方式对所接收的位置脉冲指令进行滤波。
在本实施例中，延时滤波方式具体采用延时滤波器对位置脉冲指令进行滤波；如图2所示，延时滤波器的设计包括以下步骤：
S41、确定干扰信号的脉冲宽度T’；
S42、根据干扰信号的脉冲宽度T’确定延时滤波器的延时时间T，其中T>T’。
在步骤S1中，位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令。其中，位置脉冲指令来自于可编程逻辑控制器(PLC)(如图4所示)。
在步骤S2中，信号转换单元将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号。具体为：信号转换单元包括相互连接的单端至差分转换电路及差分信号处理电路。单端至差分转换电路从位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令。差分信号处理电路将处理后的位置脉冲指令输出至位置脉冲接口单元。
在步骤S4中，可编程逻辑芯片(FPGA)对所接收的位置脉冲指令进行滤波。在本实施例中，可编程逻辑芯片预先设置有延时滤波器，通过延时滤波器对位置脉冲指令进行滤波，从而将位置脉冲指令中的干扰信号滤除。延时滤波器的设计包括以下步骤：
S41、确定干扰信号的脉冲宽度T’；
S42、根据干扰信号的脉冲宽度T’确定延时滤波器的延时时间T，其中T>T’。
在设计延时滤波器时，可以通过示波器捕捉确定干扰信号的脉冲宽度T’；然后根据干扰信号的脉冲宽度T’确定延时滤波器的延时时间T，其中，T>T’；当然，T不能远远大于T’，若T远远大于T’会造成资源的浪费，降低电路的工作效率；T不能小于T’，若T小于T’，则会造成滤波不完整；脉冲宽度大于T的干扰信号仍然会造成电路的误动作；因此，T的较优状态是，T略大于T’；例如，干扰信号的脉冲宽度T’为1.5ms时，延时滤波器的延时时间T优选为2ms。
在步骤S5中，可编程逻辑芯片根据滤波后的位置脉冲指令计算位置脉冲指令的个数及频率，并根据位置脉冲指令的个数及频率计算相应的位移值和速度值；将包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机。
本发明公开的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法，通过将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号，并且对转换后的位置脉冲指令进行滤波，能消除多种干扰信号，提高伺服驱动器所接收的位置脉冲指令的精度，提高伺服驱动器的抗干扰能力，从而实现伺服驱动器对伺服电机的高精度控制。
实施例2
如图3所示，本发明还公开一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置10，包括：
位置脉冲指令接收单元100，用于接收位置脉冲指令；
信号转换单元200，用于将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号；
位置脉冲接口单元300，用于接收差分转换后的位置脉冲指令并传输至可编程逻辑芯片；
可编程逻辑芯片400，对所接收的位置脉冲指令进行滤波；根据滤波后的位置脉冲指令计算位置脉冲指令的个数及频率，并根据位置脉冲指令的个数及频率计算相应的位移值和速度值；将包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机30。
如图3所示，作为优选的实施方式，伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置10还包括：脉冲调制输出接口500、主芯片600及AD接口单元700。脉冲调制输出接口500将可编程逻辑芯片400的包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机30。主芯片600与可编程逻辑芯片400SPI通讯连接。AD接口单元700向主芯片600输入模拟电压。
如图3所示，作为优选的实施方式，信号转换单元200包括相互连接的单端至差分转换电路210及差分信号处理电路220。单端至差分转换电路210从位置脉冲指令接收单元100接收位置脉冲指令并将位置脉冲指令从单端信号转换成差分信号。差分信号处理电路220将处理后的位置脉冲指令(差分信号)输出至位置脉冲接口单元300。
单端至差分转换电路210的电路原理图如图5所示。单端至差分转换电路210采用的是双放大器反馈结构，图5中的电阻RF和电阻RG设定单端-差分放大器的增益，即
Figure BDA0003406837280000071
将RF短路，RG开路，可以设定为最低增益2。
OP1177与AD8476的级联构成了一个组合式差分输出运放，其开环增益是OP1177开环增益与AD8476闭环增益的乘积。为确保稳定性，AD8476的带宽应高于OP1177的单位增益频率。
当使用单位增益频率远大于差分放大器带宽的运放时，可以插用一个带宽限制电容CF，如图5所示。电容CF与反馈电阻RF构成一个积分器，整个电路的带宽则为：
Figure BDA0003406837280000072
带宽方程
Figure BDA0003406837280000073
系数的原因是：电路的输出是按单端反馈，而不是差分式。
如图4所示，位置脉冲指令来自于可编程逻辑控制器(PLC)900，信号转换单元200通过位置脉冲指令接收单元100接收可编程逻辑控制器(PLC)900输出的位置脉冲指令；信号转换单元200将位置脉冲指令进行单端转差分后通过位置脉冲接口单元300输入至可编程逻辑芯片400。
如图3所示，作为优选的实施方式，可编程逻辑芯片400包括延时滤波器410。
如图3所示，作为优选的实施方式，伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置10还包括反馈脉冲接口单元800，反馈脉冲接口单元800接收伺服电机30的反馈脉冲指令，并将反馈脉冲指令输入至可编程逻辑芯片400。
本发明公开的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置，通过将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号，并且对转换后的位置脉冲指令进行滤波，能消除多种干扰信号，提高伺服驱动器所接收的位置脉冲指令的精度，提高伺服驱动器的抗干扰能力，从而实现伺服驱动器对伺服电机30的高精度控制。
实施例3
本发明还公开一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收系统，包括伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置10。
本发明公开的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收系统，通过将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号，并且对转换后的位置脉冲指令进行滤波，能消除多种干扰信号，提高伺服驱动器所接收的位置脉冲指令的精度，提高伺服驱动器的抗干扰能力，从而实现伺服驱动器对伺服电机30的高精度控制。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令；
S2、信号转换单元将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号；
S3、位置脉冲接口单元接收步骤S2转换后的位置脉冲指令并传输至可编程逻辑芯片；
S4、可编程逻辑芯片对所接收的位置脉冲指令进行滤波；
S5、可编程逻辑芯片根据滤波后的位置脉冲指令计算位置脉冲指令的个数及频率，并根据位置脉冲指令的个数及频率计算相应的位移值和速度值；将包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机。
2.根据权利要求1所述的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法，其特征在于，所述信号转换单元包括相互连接的单端至差分转换电路及差分信号处理电路；所述单端至差分转换电路从所述位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令；所述差分信号处理电路将处理后的位置脉冲指令输出至所述位置脉冲接口单元。
3.根据权利要求1所述的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法，其特征在于，所述步骤S4中通过延时滤波方式对所接收的位置脉冲指令进行滤波。
4.根据权利要求3所述的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收方法，其特征在于，延时滤波方式具体采用延时滤波器对位置脉冲指令进行滤波；延时滤波器的设计包括以下步骤：
S41、确定干扰信号的脉冲宽度T’；
S42、根据干扰信号的脉冲宽度T’确定延时滤波器的延时时间T，其中T>T’。
5.一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置，其特征在于，包括：
位置脉冲指令接收单元，用于接收位置脉冲指令；
信号转换单元，用于将位置脉冲指令从单端信号转换为差分信号；
位置脉冲接口单元，用于接收差分转换后的位置脉冲指令并传输至可编程逻辑芯片；
可编程逻辑芯片，对所接收的位置脉冲指令进行滤波；根据滤波后的位置脉冲指令计算位置脉冲指令的个数及频率，并根据位置脉冲指令的个数及频率计算相应的位移值和速度值；将包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机。
6.根据权利要求5所述的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置，其特征在于，还包括：脉冲调制输出接口、主芯片及AD接口单元；所述脉冲调制输出接口将所述可编程逻辑芯片的包含位移值和速度值的控制指令输出到伺服电机；所述主芯片与所述可编程逻辑芯片SPI通讯连接；所述AD接口单元向所述主芯片输入模拟电压。
7.根据权利要求5所述的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置，其特征在于，所述信号转换单元包括相互连接的单端至差分转换电路及差分信号处理电路；所述单端至差分转换电路从所述位置脉冲指令接收单元接收位置脉冲指令；所述差分信号处理电路将处理后的位置脉冲指令输出至所述位置脉冲接口单元。
8.根据权利要求5所述的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置，其特征在于，所述可编程逻辑芯片包括延时滤波器。
9.根据权利要求5所述的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置，其特征在于，还包括反馈脉冲接口单元，所述反馈脉冲接口单元接收伺服电机的反馈脉冲指令，并将反馈脉冲指令输入至可编程逻辑芯片。
10.一种伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收系统，其特征在于，包括权利要求5-9中任意一项所述的伺服驱动器的位置脉冲指令高精度接收装置。
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