CN201994896U - 一种具有网络化功能的无刷直流电机伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

无刷直流电动机是随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型直流电机，由于结构简单、转矩大、效率高等特点已在多个领域得到了广泛的应用。随着控制科学、计算机网络及通信技术的日益发展和交叉渗透，控制系统结构越来越复杂，空间分布越来越广，网络化是无刷直流电动机伺服驱动器发展的方向之一。本实用新型涉及一种具有网络化功能的无刷直流电机伺服驱动器，主要由主控制芯片电路模块，辅助控制芯片电路模块、光耦隔离电路模块、驱动电路模块、CAN总线模块以及外围设备接口模块组成。该伺服驱动器具有一定的通讯能力，可以很容易地构建分布式控制系统，提高系统控制的灵活性。

Description

一种具有网络化功能的无刷直流电机伺服驱动器

技术领域

本发明涉及具有网络化功能的无刷直流电机伺服驱动器，该伺服驱动器是一种相互之间具有网络化互联功能的伺服驱动器。

技术背景

无刷直流电动机是随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型直流电机，由于结构简单、转矩大、效率高等特点已在国防、航空航天、机器人、数控机床、工业过程控制等多个领域得到了广泛的应用。

网络化是无刷直流电动机伺服驱动器发展的方向之一，随着控制科学、计算机网络及通信技术的日益发展和交叉渗透，控制系统结构越来越复杂，空间分布越来越广，因而要求控制系统进一步向网络化方向发展，即伺服驱动器需要具有一定的通讯能力，可以很容易地构建分布式控制系统，提高系统控制的灵活性。目前应用于无刷直流电动机的伺服驱动器，各驱动器相互之间不进行通讯或者通讯很少，控制的精度及灵活性不强，传统的基于串行通信的标准如：RS-232和RS-485存在着冲突无法解决、可靠性差、速度低等缺点，而且容易受到电气的干扰，当通信距离长时会出现传输的信号发生错误的现象，无法满足工业现场数据较远距离较高速度传送的要求，所以在底层通信上确实需要一种低造价，高可靠性的适合于工业环境的通信网络。

控制器局域网(Controller Area Network)CAN现场总线是一种现场设备之间通讯的新型总线系统，是当今自动化领域发展的热门话题。其将智能化现场设备，自动化系统通过一条物理线路连接在一起，取代控制器和控制器之间的模拟信号传输，解决了以往集散控制系统布线最大，布线种类多，费用高易受干扰等缺点。CAN总线与其他总线相比有如下特点：①它是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信；②通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps  ③CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等项工作；④CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接受到相同的数据，这一点在分步式控制中非常重要；⑤数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令，工作状态及测试数据的一般要求.同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性；⑥CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。

发明内容

本发明的一种具有网络化功能的无刷直流电机伺服驱动器，目的是实现无刷直流电动机伺服驱动器之间的网络化连接，增强驱动器之间通信的实时性和可靠性，使控制系统各部分之间的相互协作，提高系统的灵活性和控制精度。

为了实现上述目的，本实用新型构造了一种具有网络化功能的无刷直流电机 伺服驱动器。包括由接收控制命令以及电机反馈信息并产生脉宽可调的控制信号的主控制芯片电路模块，防止电机丢步现象的辅助控制芯片电路模块、防止电路中因电平标准不同而产生的对控制电路损坏的光耦隔离电路模块、产生驱动无刷电机驱动信号的驱动电路模块，连接同网络中其它伺服驱动器的CAN总线模块以及连接其它外围设备的外围设备接口模块组成，主控制芯片电路模块与辅助控制芯片电路模块、CAN总线模块、外围设备接口模块连接，主控制芯片电路模块与驱动电路模块是经过光耦隔离电路模块连接。

本实用新型所述的一种具有网络化功能的无刷直流电机伺服驱动器，其主要特点在于该伺服驱动器中具有光电编码器速度及转速计反馈接口，兼具模拟信号控制及数字信号控制的功能，同时还设计有过流/欠压保护电路、正反转控制电路、全局禁止保护电路，故障报警信号电路，RS232/RS485串行通信接口，CAN总线接口等，是一个应用于无刷直流电机的伺服驱动器。驱动器中主控制芯片电路模块根据外部接收的模拟量控制信号或数字量控制信号，产生PWM控制波形，产生无刷电机控制信号。辅助控制芯片电路模块防止电机运行丢步而导致的损坏。光耦隔离电路模块防止由于电路中电平标准不同而产生的对控制电路模块或驱动电路模块的损坏，CAN总线及其它外围电路接口模块连接同网络中其它伺服驱动器及其它外围电路。伺服驱动器之间的网络化互联是通过CAN总线接口实现各伺服驱动器的物理连接，并基于CAN总线协议实现各驱动器之间的相互通讯。

通过上述技术方案，本实用新型所发明的具有网络化功能的无刷直流电机伺服驱动器，外围接口丰富，支持增量式编码器和转速计速度反馈方式，具有模拟/数字信号命令控制功能，结构紧凑，功能强大。可以通用于一般无刷直流电机的伺服驱动系统，并且可以通过CAN总线实现各驱动器之间的互联，产生局域控制网络，提高控制精度和控制性能。

附图说明

图1是驱动器结构示意图

图2是驱动器网络化功能实现示意图

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1该驱动器由主控制芯片电路模块(1)，辅助控制芯片电路模块(4)、光耦隔离电路模块(2)、驱动电路模块(3)、CAN总线接口模块(5)及外围设备接口模块(6)组成，其中主控制芯片电路模块(1)负责处理上层控制器的控制命令以及电机反馈信息，产生脉宽可调的控制信号。辅助控制芯片电路模块(4)主要在电机调速的过程中实现电机的强制换向功能，防止在查询方式情况下，由于电机转速过快而产生的电机丢步造成的对电机的损坏。光耦隔离模块(2)主要负责电机控制模块与驱动模块的信号隔离，防止由于电路中电平标准不同而产生的对控制电路以及驱动电路模块的损坏。驱动电路模块(3)产生驱动无刷电机驱动信号。CAN总线接口模块(5)主要功能是连接同网络中其它伺服驱动器，外围设备接口模块(6)包括上层控制板的通讯接口，RS232\RS485串行通信接口，无刷电机霍尔信号以及差动式光电编码器、转速计接口等。

如图2驱动器网络化功能实现示意图，系统采用总线式拓扑结构，各部件连接图如图2所示。在该控制网路中驱动器1驱动器2驱动器3通过CAN总线连接到主控制器中。主控制器通过现场环境制定驱动器工作任务和各个驱动器工作顺序，通过CAN总线实现与各分器件的连接，主控制器根据当前电机运行状 态和任务规划协产生各驱动器控制命令，各驱动器之间可以根据现场环境确立优先级，实现系统的网络化互联控制局域网络。该系统基于CAN总线通讯协议实现网络化控制功能，CAN总线网络属于串行总线式通网络，与其他串行总线式网络不同，CAN总线采用了带优先级的CSMA/CD协议对总线进行仲裁，因此总线允许多站点同时发送。CAN采用短帧结构，且他的每帧信息都有CRC校验和其他检错措施，保证了数据传输的出错率极低。其传输介质可以使用双绞线铜轴电缆或光纤。其中CAN通讯协议规定了4种不同用途的网络通讯帧，即数据帧，远程帧，错误帧和超载帧。过程帧是在网络上的接收节点需要寻址数据源时才向总线发出的。远程帧与数据帧在格式上相似，不同之处仅是RTR被置高，数据长度码无效及无数据场。出错指示帧是当网络上的接受节电检测到总线上的报文出错时向总线发出的一组错误指示信息，通知发送方当前报文未被正确接收，重新发送当前报文。超载帧用于通知网络上的节点目前接收节点正忙或总线正忙，请各节点暂缓发送。CAN总线协议的实现，包括各种通讯帧的组织和发送，均是由集成在DSP中CAN通信控制器实现的。

Claims (2)

1.一种具有网络化功能的无刷直流电机伺服驱动器，其特征在于该伺服驱动器由接收控制命令以及电机反馈信息并产生脉宽可调的控制信号的主控制芯片电路模块(1)，防止电机丢步现象的辅助控制芯片电路模块(4)、防止电路中因电平标准不同而产生的对控制电路损坏的光耦隔离电路模块(2)、产生驱动无刷电机驱动信号的驱动电路模块(3)，连接同网络中其它伺服驱动器的CAN总线模块(5)以及连接其它外围设备的外围设备接口模块(6)组成，主控制芯片电路模块(1)与辅助控制芯片电路模块(4)、CAN总线模块(5)、外围设备接口模块(6)连接，主控制芯片电路模块(1)与驱动电路模块(3)是经过光耦隔离电路模块(2)连接。

2.根据权利要求1所述的具有网络化功能的无刷直流电机伺服驱动器，其特征在于该伺服驱动器具有模拟信号控制及数字信号控制的功能，同时还设计有过流欠压保护电路，故障报警信号，RS232/RS485串行通信接口，CAN总线接口。 

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