CN204203725U - 一种用于伺服电机高精度位置控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于伺服电机高精度位置控制系统，包括DSP芯片，所述的DSP芯片通过信号线与伺服驱动器相连，所述的伺服驱动器通过线路与伺服电机相连；所述的伺服电机与正交编码器同轴相连；所述的正交编码器通过高速光耦与FPGA芯片相连，所述的FPGA芯片通过总线与DSP芯片相连。本实用新型解决了现有技术的换向丢失脉冲计数的难题，有效的提高了系统的稳定性。其通信接口实现了与FPGA的通信，送去计数值和速度值，从而实现对伺服控制系统的闭环控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于伺服电机高精度位置控制系统，属于高精度伺服电机位置控制领域。
背景技术
现代高精度数控机床对伺服系统的要求越来越高。高性能伺服电动机、伺服驱动器、控制器，及高性能位置和速度传感器等都是伺服系统不可缺少的组成部分。其控制系统的稳定性、可靠性以及位置实时反馈电路的品质关系整个伺服电机位置控制的精度，特别是在横机编制行业中，机头的频繁换向。近年来伺服电机位置控制的发展迅速，位置控制精度高，但是在用传感器实时采集伺服电机位置并反馈到控制器的技术还不精确，系统稳定性和可靠性得不到保证。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供了一种用于伺服电机高精度位置控制系统，本实用新型解决了现有技术的换向丢失脉冲计数的难题，有效的提高了系统的稳定性。其通信接口实现了与FPGA的通信，送去计数值和速度值，从而实现对伺服控制系统的闭环控制。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种用于伺服电机高精度位置控制系统，包括DSP芯片，所述的DSP芯片通过信号线与伺服驱动器相连，所述的伺服驱动器通过线路与伺服电机相连；所述的伺服电机与正交编码器同轴相连；所述的正交编码器通过高速光耦与FPGA芯片相连，所述的FPGA芯片通过总线与DSP芯片相连。DSP芯片根据上位机要求控制内部模块发送脉冲给伺服驱动器使伺服电机运行到相应的位置，正交编码器跟随伺服电机同轴转动产生正交编码，正交编码经过高速光耦送到FPGA芯片内，经过FPGA芯片内部逻辑处理得到伺服电机的实际位置和速度信号，然后通过总线把得到的位置和速度信号送到DSP芯片后与之前要求的位置进行对比，得出偏差值，然后进行补偿实现伺服电机的闭环控制，从而提高了伺服电机的位置控制精度。
本实用新型的有益效果是：本实用新型在配置控制系统前，明确伺服电机组数量，再根据所选伺服电机数量配置位置和速度采集模块接口数量，从而很好的发挥了FPGA灵活配置接口的能力，有效提高了系统的配置灵活度。本实用新型解决了现有技术的换向丢失脉冲计数的难题，有效的提高了系统的稳定性。其通信接口实现了与FPGA的通信，送去计数值和速度值，从而实现对伺服控制系统的闭环控制。应用于伺服电机的控制，尤其是其中的编码计数，克服了计数不稳定变向时出现漏计数问题，可以有效提高稳定性和抗干扰性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的整体结构框图；
图3是本实用新型中编码器正转时相应的A、B两相脉冲状态示意图；
图4是本实用新型中编码器反转时相应的A、B两相脉冲状态示意图；
图5是本实用新型中鉴相、倍频、计数仿真后的波形图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种用于伺服电机高精度位置控制系统，如图1所示，包括DSP芯片1，所述的DSP芯片1通过信号线与伺服驱动器2相连，所述的伺服驱动器2通过线路与伺服电机3相连；所述的伺服电机3与正交编码器4同轴相连；所述的正交编码器4通过高速光耦5与FPGA芯片6相连，所述的FPGA芯片6通过总线与DSP芯片1相连。其中DSP芯片1采用TI公司的TMS实现复杂算法控制，是整个控制系统的核心。FPGA芯片6型号为Altera公司的cyclon系列，FPGA作为一个功能模块，主要负责采集正交编码器脉冲信号，得到计数值，在通过总线把得到的计数值送到DSP芯片1中，因为DSP芯片1只有两路QEP模块，所以只能采集到两路信号，也就是只能控制两路电机，现在很多行业中应用到的电机少则八九路，多则十六路，所以单个DSP芯片1的QEP模块根本满足不了目前应用需求，特别是在纺织行业中和机器手臂这些应用场合，所以应用FPGA芯片6把QEP模块的功能实现是非常有必要的，而且FPGA芯片6管脚多，配置方便，所以特别适合做这项功能。
本实施例的一种用于伺服电机高精度位置控制系统的控制方法，首先利用正交编码器4跟随伺服电机3的转子同轴转动，其中所述伺服电机3的转子转动的位置和速度由DSP芯片1发送给伺服电机3的转动脉冲信号来提供，正交编码器4跟随伺服电机3同轴转动产生A 、B两相频率相同、相位相差90度正交脉冲，接着通过应用FPGA芯片6使用硬件描述语言实时采集这两路脉冲，根据A 、B两相脉冲在一个周期内的四种变化状态对其进行鉴相和加减计数，然后FPGA芯片6把计算得到的计数值和转速值通过三总线传回DSP芯片1中，DSP芯片1根据先前发送给伺服电机3转动脉冲数与三总线传回的伺服电机3实际计数值进行比对计算，补偿伺服电机3的转动实际误差，实现对伺服电机3的闭环控制，从而控制伺服电机3的正传或反转位置；其中所述的转速值是通过检测T时间内旋转编码器输出的脉冲个数，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2来确定转速 ，其中n为电机转速r/min；F为时钟脉冲频率；M1 为检测时间T内正交编码器脉冲个数；M2 为计数器在T时间间隔的脉冲编码个数；P为正交编码器转一圈所产生的脉冲数。
所述的A、B两相脉冲在一个周期内的四种变化状态分别是A脉冲上升沿，B脉冲上升沿，A脉冲下降沿，B脉冲下降沿。其中所述的FPGA芯片为总体控制核心，如图2所示，把整个控制系统分成以下基本单元模块：倍频模块、鉴相模块、计数模块、测速模块、时钟模块、电源模块、下载模块和FPGA芯片；且所述的倍频模块、鉴相模块、计数模块、测速模块、时钟模块、电源模块、下载模块分别与FPGA芯片相连。所述的鉴相模块是指利用FPGA芯片6内部寄存器实时捕捉A相脉冲的上升沿，然后判断B脉冲的状态；当捕捉到B脉冲的逻辑状态为0时，正交编码器4正转，则伺服电机3方向为第一设定值，当捕捉到B脉冲的逻辑状态为1时，正交编码器4反转，则伺服电机4方向为第二设定值；如图3、4所示，其中横坐标是时间，纵坐标是是各个脉冲的逻辑状态值；同时产生信号给FPGA芯片6，FPGA芯片6接收到信号后会启动倍频模块和计数模块；其中所述的第一设定值为01；所述的第二设定值为10；所述的倍频模块用于捕捉A、B两相脉冲在一个周期内的四种变化状态，实现四倍频；所述的计数模块是指利用第一设定值、第二设定值来进行加减运算得到当前计数值，当是A的上升沿并且方向信号为01，则正交编码器4前一次计数值加1；当是A的下降沿并且方向信号为10，则正交编码器4前一次计数值减1；当是B的上升沿并且方向信号为01，则正交编码器4前一次计数值加1；当是B的下降沿并且方向信号为10，则正交编码器4前一次计数值减1。初次运行时FPGA芯片6上电复位，计数器清零计数初始值为0。
如图5所示为鉴相、倍频、计数仿真后的波形图，A、B即为正交编码器所产生的脉冲信号，clk为系统的基础时钟，bp为把A、B脉冲信号倍频后的结果，dir为根据A、B脉冲状态所判断出的方向信号，ct为根据方向信号所计算的计数结果。根据伺服电机3最大速度，可以大致计算出最合适的系统时钟。
本实施例中的电源模块提供FPGA芯片6所需电压，实现对输入+5V到输出+3V和+1.2V电压的转换，滤波电路采用电容并联对变压之后的+3V和1.2V电源进行滤波，使它对高频和低频干扰都有一定的抑制作用。时钟模块提供系统所需时钟，为代码的运行提供基础时钟节拍。下载模块提供下载端口把写好的代码烧写到FPGA芯片6中。通讯模块把FPGA芯片6中计算得到的计数值和转速值，通过总线传送到DSP芯片1中，提供给伺服电机3位置的补偿，实现闭环控制电机位置的作用。FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它的得天独厚的实时处理能力和灵活的硬件配置能力特别适用于高速电机实时信号的采集与计算。DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法，它的运算速度快、处理数据能力强因此是运动控制领域中普遍应用的芯片。
本实施例解决了现有技术的换向丢失脉冲计数的难题，有效的提高了系统的稳定性。其通信接口实现了与FPGA的通信，送去计数值和速度值，从而实现对伺服控制系统的闭环控制。应用于伺服电机的控制，尤其是其中的编码计数，克服了计数不稳定变向时出现漏计数问题，可以有效提高稳定性和抗干扰性。
Claims (1)
1.一种用于伺服电机高精度位置控制系统，其特征在于，包括DSP芯片（1），所述的DSP芯片（1）通过信号线与伺服驱动器（2）相连，所述的伺服驱动器（2）通过线路与伺服电机（3）相连；所述的伺服电机（3）与正交编码器（4）同轴相连；所述的正交编码器（4）通过高速光耦（5）与FPGA芯片（6）相连，所述的FPGA芯片（6）通过总线与DSP芯片（1）相连。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105159205A (zh) * | 2015-10-16 | 2015-12-16 | 东莞市海川数控技术有限公司 | 应用于运动控制器的高速位置捕捉实现方法及装置 |
| CN108233816A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-29 | 湖南省军民融合装备技术创新中心 | 一种用于动子位置信号综合处理的方法和装置 |
| CN108536061A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-14 | 北京爱科迪通信技术股份有限公司 | 一种用于运动控制系统的电机驱动方法 |
| CN109327167A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种电动机设备及电动机控制方法、控制器 |
| CN110928241A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-03-27 | 西安科技大学 | 一种数控机床运动控制系统及控制方法 |
| CN112117994A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-22 | 青岛中加特电气股份有限公司 | 一种增量式编码器解码方法 |
| CN112865614A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 常州洛源智能科技有限公司 | 一种交流伺服系统 |
| CN113702705A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-11-26 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种双轴精密离心机相位同步测量系统及测量方法 |
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105159205A (zh) * | 2015-10-16 | 2015-12-16 | 东莞市海川数控技术有限公司 | 应用于运动控制器的高速位置捕捉实现方法及装置 |
| CN105159205B (zh) * | 2015-10-16 | 2018-04-20 | 东莞市海川数控技术有限公司 | 应用于运动控制器的高速位置捕捉实现方法及装置 |
| CN109327167A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种电动机设备及电动机控制方法、控制器 |
| CN109327167B (zh) * | 2017-07-31 | 2020-06-05 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种电动机设备及电动机控制方法、控制器 |
| CN108233816A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-29 | 湖南省军民融合装备技术创新中心 | 一种用于动子位置信号综合处理的方法和装置 |
| CN108536061A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-14 | 北京爱科迪通信技术股份有限公司 | 一种用于运动控制系统的电机驱动方法 |
| CN110928241A (zh) * | 2019-09-26 | 2020-03-27 | 西安科技大学 | 一种数控机床运动控制系统及控制方法 |
| CN112117994A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-22 | 青岛中加特电气股份有限公司 | 一种增量式编码器解码方法 |
| CN112865614A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 常州洛源智能科技有限公司 | 一种交流伺服系统 |
| CN113702705A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-11-26 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种双轴精密离心机相位同步测量系统及测量方法 |
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