CN204031023U - 一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器 - Google Patents
一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及伺服制造技术领域，尤其涉及一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器；本实用新型的伺服驱动器，电源整流模块和与所述电源整流模块电连接的电源模块，包括伺服装置、第一伺服电机和第二伺服电机；所述伺服控制装置包括用于驱动所述第一伺服电机的第一驱动装置和用于驱动所述第二伺服电机的第二驱动装置；所述第一驱动装置与所述第一伺服电机电连接，所述第二驱动装置与所述第二电机电连接；在所述第一伺服电机上设置有第一编码器；在所述第二伺服电机上设置有第二编码器；本实用新型的伺服驱动器，解决传统的伺服驱动器成本高、可靠性低、安装不方便和不能实现多轴同步协调的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种双轴伺服驱动器，尤其涉及一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱。
背景技术
现在的工业控制中，以永磁交流伺服电动机作执行元件的交流伺服系统已成为电伺服系统的主流。它具有优良的动态品质和较高的可靠性。随着新型电力电子器件及大规模专用集成电路的飞速发展，驱动器已由模拟控制发展到数字控制和计算机控制。系统功能愈来愈强，结构日益简化。
结合实际需要，充分考虑高性能DSP的灵活外设配置能力，利用单个DSP实现两台伺服电机驱动控制，组成一种新型的具有通用结构的双轴伺服驱动控制平台，其优势在于成本低、高可靠性、易于安装使用、多轴同步协调功能等。
因此，非常有必要去研究一种高性能、低成本、通用性强的全数字双轴交流伺服驱动器。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，解决传统的伺服驱动器成本高、可靠性低、安装不方便和不能实现多轴同步协调的问题。
本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，电源整流模块和与所述电源整流模块电连接的电源模块，包括伺服装置、第一伺服电机和第二伺服电机；所述伺服控制装置包括用于驱动所述第一伺服电机的第一驱动装置和用于驱动所述第二伺服电机的第二驱动装置；所述第一驱动装置与所述第一伺服电机电连接，所述第二驱动装置与所述第二电机电连接；
在所述第一伺服电机上设置有用于获取其转子的位置和当前的速度值的第一编码器；
在所述第二伺服电机上设置有用于获取其转子的位置和当前的速度值的第二编码器。
其中，所述第一编码器为光电编码器，且所述第一编码器与所述第二编码器一样。
其中，安装后所述第一编码器与所述第一伺服电机的同轴设置，所述第二编码器与所述第二伺服电机同轴设置。
其中，所述第一编码器和所述第二编码器均采用分时复用的方式输出采集到的转子的位置信息和转子的速度信息。
其中，在所述第一伺服电机的绕组上电前，所述第一编码器输出用于确定所述第一伺服电机的转子的位置的U1、V1和W1信号；
当所述第一伺服电机的绕组上电后，所述第一编码器输出用于确定所述第一伺服电机的转子的位置的A1、B1和Z1信号。
其中，在所述第二伺服电机的绕组上电前，所述第二编码器输出用于确定所述第二伺服电机的转子的位置的U2、V2和W2信号；
当所述第二伺服电机的绕组上电后，所述第二编码器输出用于确定所述第二伺服电机的转子的位置的A2、B2和Z2信号。
其中，还包括光耦驱动装置、逆变装置和用于检测电流的电流检测装置；所述光耦驱动装置与所述逆变装置电连接，所述光耦驱动装置与所述电源模块电连接；所述电流检测装置与所述逆变装置电连接，所述电流检测装置与所述第一伺服电机电连接，所述电流检测装置与所述第二伺服电机电连接。
其中，还包括微处理器，所述光耦驱动装置、所述电流检测装置和所述电源模块均与所述微处理器电连接。
其中，还包括操作装置和故障检测装置，所述操作装置包括按键和显示屏；所述操作装置与所述操作装置与所述微处理器电连接；所述故障检测装置与所述微处理器电连接。
本实用新型的优点在于：
本实用新型的基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，电源整流模块和与所述电源整流模块电连接的电源模块，包括伺服装置、第一伺服电机和第二伺服电机；所述伺服控制装置包括用于驱动所述第一伺服电机的第一驱动装置和用于驱动所述第二伺服电机的第二驱动装置；所述第一驱动装置与所述第一伺服电机电连接，所述第二驱动装置与所述第二电机电连接；在所述第一伺服电机上设置有用于获取其转子的位置和当前的速度值的第一编码器；在所述第二伺服电机上设置有用于获取其转子的位置和当前的速度值的第二编码器；本实用新型的基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，解决传统的伺服驱动器成本高、可靠性低、安装不方便和不能实现多轴同步协调的问题。
附图说明
图1是本实用新型的交流伺服驱动器的功能模块图。
图2是在标示A、B和Z引线上分时段输出信号的示意图。
图3是RS485通讯网络的示意图。
图4是CANopen通讯网络的示意图。
1-电源整流模块；2-逆变装置；3-光耦驱动装置；4-电流检测装置；5-微处理器；6-第一伺服电机；7-第一编码器；8-第二伺服电机；9-第二编码器；10-故障检测装置；11-操作装置；12-电源模块。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本实用新型。
结合图1至图4对本实用新型的基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器进行详细说明。
本实用新型的基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，电源整流模块1和与所述电源整流模块1电连接的电源模块12，包括伺服装置、第一伺服电机6和第二伺服电机8；所述伺服控制装置包括用于驱动所述第一伺服电机6的第一驱动装置和用于驱动所述第二伺服电机6的第二驱动装置；所述第一驱动装置与所述第一伺服电机6电连接，所述第二驱动装置与所述第二伺服电机8电连接；在所述第一伺服电机6上设置有用于获取其转子的位置和当前的速度值的第一编码器7；在所述第二伺服电机8上设置有用于获取其转子的位置和当前的速度值的第二编码器9。
所述第一编码器7为光电编码器，且所述第一编码器7与所述第二编码器9一样。
安装后所述第一编码器7与所述第一伺服电机6的同轴设置，所述第二编码器9与所述第二伺服电机8同轴设置。
本实用新型的所述第一编码器7和所述第二编码器9均为省线式编码器；所述第一编码器7与所述第一伺服电机6电连接，所述第二编码器9与所述第二伺服电机8电连接，分别用于反馈所述第一伺服电机6和所述第二伺服电机8的位置信号；所述所述第一编码器7和所述第二编码器9传输光电信号到所述微控制器5，所述微控制器5根据反馈的位置数据计算电机转子位置和当前速度，实现所述第一伺服电机6和所述第二伺服电机8的速度闭环控制和位置闭环控制。
所述第一编码器7和所述第二编码器9均采用分时复用的方式输出采集到的转子的位置信息和转子的速度信息。
在所述第一伺服电机6的绕组上电前，所述第一编码器7输出用于确定所述第一伺服电机6的转子的位置的U1、V1和W1信号；当所述第一伺服电机6的绕组上电后，所述第一编码器7输出用于确定所述第一伺服电机6的转子的位置的A1、B1和Z1信号。
在所述第二伺服电机8的绕组上电前，所述第二编码器9输出用于确定所述第二伺服电机8的转子的位置的U2、V2和W2信号；当所述第二伺服电机8的绕组上电后，所述第二编码器9输出用于确定所述第二伺服电机8的转子的位置的A2、B2和Z2信号。
本实用新型的伺服驱动器采用省线式编码器，采用分时复用的方法实现所述第二编码器9和所述第一编码器7的信号的反馈。当伺服电机运转后，伺服驱动器可借助光电编码器的A、B、Z信号，精确的测量到伺服电机转子旋转的位置，此时伺服驱动器已不再需要U、V、W信号了。所以，伺服电机配置的光电编码器U、V、W信号，仅起在伺服电机绕组上提供当前转子位置信息的作用。
所述省线式编码器，在输出引出线上标示的是A、B、Z信号的符号，但并不是不提供U、V、W信号，而是依据伺服驱动器所需信息的先后及时段，将A、B、Z和U、V、W信号分时输出，即先在标示A、B、Z信号的引出线上输出U、V、W信号，然后再输出A、B、Z信号，既达到满足伺服驱动器所需信息的目地，又省却了伺服电机运行后不再需要的冗余信息。如此分时输出各自时段有用的信息，不仅使光电编码器输出导线数量减少，也使伺服驱动器的接口数量减少。
还包括光耦驱动装置3、逆变装置2和用于检测电流的电流检测装置4；所述光耦驱动装置3与所述逆变装置2电连接，所述光耦驱动装置3与所述电源模块12电连接；所述电流检测装置4与所述逆变装置2电连接，所述电流检测装置4与所述第一伺服电机6电连接，所述电流检测装置4与所述第二伺服电机8电连接。
还包括微处理器5，所述光耦驱动装置3、所述电流检测装置4和所述电源模块12均与所述微处理器5电连接。所述微处理器5的浮点处理装置为32位，PWM输出路数为18；所述微处理器5的频率为150MHz。
还包括操作装置11和故障检测装置10，所述操作装置11包括按键和显示屏；所述操作装置11与所述微处理器5电连接；所述故障检测装置10与所述微处理器5电连接。
本实用新型的双轴伺服驱动器，其系统设计是为了实现双轴的同步控制，即两个轴的电流采样、脉冲反馈计算和控制输出等要精确同步，同时考虑到低成本要求，采用单DSP控制是比较合适的选择。同时，双轴的伺服控制任务多、计算量大，为了保障系统的高实时性，必须合理划分系统的功能，并对控制任务进行调度分解。
本实用新型的双轴伺服驱动器的所述微处理器5通过电流检测装置5完成电流采样，通过编码器反馈完成位置和速度的检测，完成转子位置的检测，采用PI调节器、空间矢量算法控制电机三相电流，进行电机的转矩、速度和位置控制。
所述双轴伺服驱动器制需要两个所述逆变装置2各驱动一台伺服电机。由于两个逆变器分别给不同的负载供电，并联时不存在负载均流和环流的问题，对两逆变器的输出电压幅值、频率和相位也没有同步要求，因此系统设计了双逆变器并联于公共直流母线的拓朴结构。采用了两块IPM，该器件采用低损耗IGBT三相逆变桥，内部集成了驱动缓冲电路和各种故障检测保护电路。逆变桥开关器件均采用差动结构通过光耦驱动，所有PWM引脚都上拉为高电平以防止开关管误导通。在逆变器输出端串联精密采样电阻，通过线性光耦实时检测两台电机相电流的瞬时值。
在系统故障保护环节中，设计了母线电压检测电路和逆变器模块故障检测电路，对主回路过压、欠压、过载、制动异常和IPM故障等信号由软硬件配合检测，一旦确定故障，通过软件和硬件逻辑立刻封锁PWM驱动信号并显示故障类型。
所述伺服驱动器的RS485通讯，是通过内置的RS485接口，采用Modbus协议完成与个人计算机和外部控制器等主机连接，进行串行通信，可由主机控制所述伺服驱动器运行状态，监控伺服驱动器状态参数、修改驱动器控制参数等。
所述CANopen通讯网络，是一种架构在CAN通讯网络上的高层通讯协议，CANopen设备协议定义了直接访问驱动器器参数机制以及时间关键进程的数据通讯，是工业控制常用到的一种现场总线。CANopen具有各种设备子协议。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，包括电源整流模块(1)和与所述电源整流模块(1)电连接的电源模块(12)，其特征在于：包括伺服装置、第一伺服电机(6)和第二伺服电机(8)；所述伺服控制装置包括用于驱动所述第一伺服电机(6)的第一驱动装置和用于驱动所述第二伺服电机(6)的第二驱动装置；所述第一驱动装置与所述第一伺服电机(6)电连接，所述第二驱动装置与所述第二伺服电机(8)电连接；
在所述第一伺服电机(6)上设置有用于获取其转子的位置和当前的速度值的第一编码器(7)；
在所述第二伺服电机(8)上设置有用于获取其转子的位置和当前的速度值的第二编码器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，其特征在于：所述第一编码器(7)为光电编码器，且所述第一编码器(7)与所述第二编码器(9)一样。
3.根据权利要求1所述的一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，其特征在于：安装后所述第一编码器(7)与所述第一伺服电机(6)的同轴设置，所述第二编码器(9)与所述第二伺服电机(8)同轴设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，其特征在于：所述第一编码器(7)和所述第二编码器(9)均采用分时复用的方式输出采集到的转子的位置信息和转子的速度信息。
5.根据权利要求4所述的一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，其特征在于：在所述第一伺服电机(6)的绕组上电前，所述第一编码器(7)输出用于确定所述第一伺服电机(6)的转子的位置的U1、V1和W1信号；
当所述第一伺服电机(6)的绕组上电后，所述第一编码器(7)输出用于确定所述第一伺服电机(6)的转子的位置的A1、B1和Z1信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，其特征在于：在所述第二伺服电机(8)的绕组上电前，所述第二编码器(9)输出用于确定所述第二伺服电机(8)的转子的位置的U2、V2和W2信号；
当所述第二伺服电机(8)的绕组上电后，所述第二编码器(9)输出用于确定所述第二伺服电机(8)的转子的位置的A2、B2和Z2信号。
7.根据权利要求1所述的一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，其特征在于：还包括光耦驱动装置(3)、逆变装置(2)和用于检测电流的电流检测装置(4)；所述光耦驱动装置(3)与所述逆变装置(2)电连接，所述光耦驱动装置(3)与所述电源模块(12)电连接；所述电流检测装置(4)与所述逆变装置(2)电连接，所述电流检测装置(4)与所述第一伺服电机(6)电连接，所述电流检测装置(4)与所述第二伺服电机(8)电连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，其特征在于：还包括微处理器(5)，所述光耦驱动装置(3)、所述电流检测装置(4)和所述电源模块(12)均与所述微处理器(5)电连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于省线式位置反馈和单操作界面的全数字双轴交流伺服驱动器，其特征在于：还包括操作装置(11)和故障检测装置(10)，所述操作装置(11)包括按键和显示屏；所述操作装置(11)与所述微处理器(5)电连接；所述故障检测装置(10)与所述微处理器(5)电连接。
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| CN112666850A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-04-16 | 杭州太阳德克电气有限公司 | 低压总线伺服单件分离系统 |
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| CN112666850A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-04-16 | 杭州太阳德克电气有限公司 | 低压总线伺服单件分离系统 |
| CN112666850B (zh) * | 2021-01-11 | 2023-10-10 | 杭州太阳德克电气有限公司 | 低压总线伺服单件分离系统 |
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