CN204287906U - 一种多轴集成的伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种多轴集成的伺服驱动器，该伺服驱动器，包含整流单元，控制电源单元，多个逆变单元，信号处理单元，控制单元。所述整流单元由整流器和整流电路组成；所述控制电源单元由变压器和辅助电路组成；所述逆变单元由IGBT模块和PWM驱动电路组成；所述信号处理单元由信号采集单元和处理器组成；所述控制单元由多个处理器和辅助电路组成。本实用新型所提供的伺服驱动器实现了多轴集成于一个产品中，系统接线简单、成本较低、能量利用率高，由于使用内部通讯，降低干扰和失效风险，经实际产品验证，降低了多轴伺服驱动器的复杂度，且减小了产品体积。

Description

一种多轴集成的伺服驱动器

技术领域

本实用新型涉及运动控制领域，具体的涉及一种伺服电机驱动器。

背景技术

随着自动化技术的不断发展，伺服系统在工业应用中的重要性越来越显现，伺服驱动器也得到了广泛的应用。伺服驱动器是用于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。

在实际应用中，自动化装备如工业机器人，机床，自动化生产线对作为智能装备执行机构的伺服驱动器提出了越来越多的要求：小型化，成套安装，接线简单，成本低。

典型的伺服驱动器包括：整流单元，逆变单元和控制单元。控制单元接收上位控制器的指令值和来自电机和编码器的反馈值，经过运算后控制逆变单元，将经整流单元整流后的直流电逆变成交流电，实现对电机的运动控制。这种典型的伺服驱动器只能实现一台电机的控制。当被控对象是多台电机时，即多轴控制时，有多少台电机，就需要相应配置相应台数的伺服驱动器。每个伺服驱动器的结构是完全独立的。

该系统架构的缺点是：成本高，每个伺服驱动器都包含一个独立的整流单元，控制电源单元，逆变单元，信号处理单元，控制单元。配线复杂：上位控制器通过一组传统的配线与各个伺服驱动器进行连接。扩展性差：每扩展一个伺服驱动器，就需要增加一组配线。而且可扩展的轴数受限于上位控制器的CPU性能和硬件的通道数目。无法实现多轴同步协调控制：由于各伺服驱动器之间的控制是完全独立的，其中的一个伺服驱动器无法知道其它伺服驱动器的状态信息，因而无法实现多轴同步控制和多轴协调控制。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多轴集成的伺服驱动器，适用于多轴的自动化设备，可以适配多个电机，实现一台伺服驱动器即可完成对整个自动化设备的驱动。

一种伺服驱动器，包含整流单元，控制电源单元，多个逆变单元，信号处理单元，控制单元，所述伺服驱动器集成一个整流单元和多个逆变单元。所述整流单元，控制电源单元，逆变单元，信号处理单元，控制单元依次连接。

优选地，所述整流单元包含整流器，电源输入继电器，直流母线电容，以及检测电路；所述电源输入继电器控制电源输入的通断，所述整流器将交流转化为直流，所述检测电路收集短路，缺相，过压信息。

优选地，所述控制电源单元由变压器和辅助电路组成；所述变压器将高压转换为24V，正负15V和5V，所述辅助电路与变压器相连，给控制单元提供控制电。

优选地，所述逆变单元包含IGBT模块和PWM驱动电路组成；所述PWM驱动电路接收控制单元的控制变量，驱动IGBT模块的导通与关断，完成对伺服电机的控制。所述多个逆变单元集成在一块电路板上。

优选地，所述信号处理单元由多个编码器信号采集单元和多个信号处理器组成；所述编码器信号采集单元接收来自多个编码器的信号，实时反馈多个电机的电压信号、电流信号，经信号调理后上传至所述信号处理器；所述信号处理器计算电机的位置和速度；所述信号处理器通过SPI总线与控制单元相连。

优选地，所述控制单元由多个处理器和辅助电路组成；所述处理器一般为DSP，对PWM驱动电路输出控制变量，辅助电路包括周边晶振，EEPROM，复位电路，与处理器相连。

优选地，所述整流单元为多个逆变单元提供直流电，所述整流单元可以与多个逆变单元集成在一块电路板上。

优选地，所述信号处理单元间通过高速工业以太网进行通讯；所述高速工业以太网采用分布时钟，使控制单元和各个逆变单元使用相同的系统时间。

优选地，所述控制单元的多个处理器与多个逆变单元一一对应，一个处理器控制一个逆变单元；所述逆变单元与电机一一对应，每个都单独给一个电机提供驱动。

本实用新型提供的多轴集成的伺服驱动器在使用时可以直接控制一个多轴的自动化设备，如5轴折弯机，6关节工业机器人等，可以降低使用成本。本多轴集成的伺服驱动器内部配线大幅简化，实现了一台驱动器多轴控制的目的。

附图说明

图1 本实用新型多轴集成的伺服驱动器结构框图。

图2 本实用新型一种实施例示意图。

具体实施方式

结合具体实施例对本实用新型内容进行具体说明如下：

图2为本实用新型一实施例多轴集成的伺服驱动器示意图，在本实施例中伺服驱动器为六关节工业机器人所用的一体化伺服。包含一个整流单元1，一个控制电源单元2、六个逆变单元3、信号处理单元4、控制单元5。

其中，整流单元1由输入继电器11、整流器12、直流母线电容13、电压指示电路14、短路检测电路15和电流检测电路16组成。输入继电器11接受来自外部的三相交流电源输入，经整流器12整流成直流，输出至六个逆变单元3，其他辅助电路实现三相电源输入缺相检测，直流母线电压隔离检测与输出，输出电流Iu，Iv隔离检测，短路检测。

其中，控制电源单元2由变压器21和辅助电路22组成，变压器将高压转换为24V，正负15V和5V，所述辅助电路与变压器相连，给其他部分提供控制电。

其中，六个逆变单元3包含IGBT模块31-36和PWM驱动电路311-361组成；所述PWM驱动电路接收控制单元的控制变量，驱动IGBT模块的导通与关断，完成对伺服电机的控制。所述多个逆变单元集成在一块电路板上。PWM驱动电路311-361接收控制单元5的控制变量，驱动IGBT模块的导通与关断，完成对电机的控制。

其中，信号处理单元4包含FPGA，SIN，COS信号处理电路和RS485电路，实时采样电机的电压信号、电流信号，经信号调理后上传至控制单元5，

其中，控制单元5包含六个DSP芯片，一方面接收外部上位控制器指令值，一方面接收经过信号处理单元4解析的六个逆变单元3的内部状态信息，然后经过运算实时调节各逆变单元的控制变量。每个电机的运动控制不仅参考自身的运动状态，还可参考其他电机的运动状态，从而实现了多轴之间的协调控制。

其中每个DSP芯片对应一个逆变单元，每个逆变单元控制一台伺服电机。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种多轴集成的伺服驱动器，其特征在于：所述伺服驱动器集成多个逆变单元；所述逆变单元包含IGBT模块和PWM驱动电路；所述多个逆变单元集成在一块电路板上。

2.如权利要求 1 所述的一种伺服驱动器，其特征在于：

还包括整流单元，所述整流单元包含整流器，电源输入继电器，直流母线电容，以及检测电路；所述电源输入继电器控制电源输入的通断，所述整流器将交流转化为直流，所述检测电路收集短路，缺相，过压信息；所述整流单元为多个逆变单元提供直流电，所述整流单元可以与多个逆变单元集成在所述一块电路板上。

3.如权利要求 1 所述的一种伺服驱动器，其特征在于：还包括控制电源单元，所述控制电源单元由变压器和辅助电路组成；所述变压器将高压转换为24V，正负15V和5V，所述辅助电路与变压器相连，给控制单元提供控制电。

4.如权利要求 1 所述的一种伺服驱动器，其特征在于：还包括信号处理单元，所述信号处理单元由多个编码器信号采集单元和多个信号处理电路组成；所述编码器信号采集单元接收来自多个编码器的信号，实时反馈多个电机的电压信号、电流信号，经信号处理电路信号调理后上传至控制单元；所述信号处理电路通过SPI总线与控制单元相连。

5.如权利要求1所述的一种伺服驱动器，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元由多个处理器和辅助电路组成；所述处理器为DSP，对PWM驱动电路输出控制变量，辅助电路包括周边晶振，EEPROM，复位电路，与处理器相连。

6.如权利要求4所述的一种伺服驱动器，其特征在于：所述信号处理单元间通过高速工业以太网进行通讯；所述高速工业以太网采用分布时钟，使控制单元和各个逆变单元使用相同的系统时间。

7.如权利要求5所述的一种伺服驱动器，其特征在于：所述控制单元的多个处理器与多个逆变单元一一对应，一个处理器控制一个逆变单元；所述逆变单元与电机一一对应，每个都单独给一个电机提供驱动。