CN204790504U - 一种基于cpci总线嵌入式交流伺服控制装置 - Google Patents

一种基于cpci总线嵌入式交流伺服控制装置 Download PDF

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陈孟元
袁学超
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Abstract

本实用新型公开了一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,主要包括:CPCI工控机箱、工作电源、高性能CPU卡、基于CPCI总线的交流伺服控制卡、功率驱动单元和伺服电机。本实用新型是一种控制与驱动为一体的交流伺服控制装置,实现了装置的控制和驱动,CPCI总线使伺服系统具有高控制精度、高可靠性、高密度,适用于生产流水线等各类需要交流伺服电机驱动的运动控制。

Description

一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种交流伺服控制系统,尤其涉及一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置。
背景技术
[0002] 近年来交流伺服控制系统在航空航天、国防、工业自动化等领域的需求急剧增加,许多新的控制算法被应用于伺服控制系统中,随着这些控制算法的日益复杂,为实现电机的实时控制,需要在足够短的时间内完成大量的分析判断和数据处理,传统的高精度电机运动控制一直是按照控制器和驱动器分离的道路相互独立发展的。传统的以单一微处理器或专用芯片为核心的伺服控制器的数据计算能力有限,很难在处理大量数据、复杂算法时保证系统的实时性和可靠性。为了完成大量的复杂控制运算,不断提高伺服系统的性能,就必须开发出更高性能的伺服控制器。嵌入式系统的发展为工业过程控制,尤其是对实时性和可靠性要求高的对象提供了强有力的控制工具。本文设计了一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,给出了控制器的设计方案。控制器采用目前流行的CPCI总线结构,采用嵌入式实时操作系统为控制系统软件平台。这些技术的发展为网络化的控制与驱动一体的电机控制设备提供了技术条件。
[0003]目前已经有很多厂商根据“PC+伺服控制卡”的模式开发出基于各种计算机总线的交流伺服控制器,其中使用最多的主要是PCI和VME等总线。国内基于CPCI总线的交流伺服控制器领域的开发较为空白,由于CPCI总线有众多优点,为了进一步提高伺服控制系统的性能,适应现代伺服系统越来越高的要求,提出了基于CPCI的高性能交流伺服控制系统。因此,选择合适的总线技术对系统控制精度非常重要。
实用新型内容
[0004] 针对现有技术存在的上述缺点和不足,本实用新型提供了一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,该系统适用于生产流水线等各类需要交流伺服电机多轴联动驱动的运动控制。
[0005] 本实用新型通过以下技术方案实现:
[0006] 一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,包括:
[0007] 提供电力的工作电源管理模块;
[0008] 用于采集和处理电机运行中控制信号的伺服控制模块;
[0009] 用于实现复杂控制算法的高性能CPU卡;
[0010] CPCI数据总线接口模块。
[0011] 优选的,所述控制系统还包括高性能CPU卡和通讯网络,所述CPU卡采用提供人机交互界面的VxWork操作系统和标准的VisualC++语言环境,负责人机交互界面的管理、控制系统的实时监控的工作,通过CPCI总线接口实现PC机与伺服驱动系统的连接。
[0012] 进一步优选的,所述伺服控制卡主要负责电机运行中控制信号的产生和数据的采集和处理,反馈电机运行中的参数给CPU卡,接收CPU卡的指令进行处理后完成电机的运动调节,其中高性能CPU卡与交流伺服控制卡通过CPCI总线进行高速的信息交换,能够达到对电机的实时控制。
[0013] 进一步优选的,所述伺服控制模块,其主要与功率驱动电路、伺服电机连接,在控制芯片其上实现了 PffM调制信号的产生和电机运行参数的检测以及上位机通信功能。
[0014] 优选的,所述CPCI总线扩展模块主要负载为伺服控制卡和高性能CPU卡之间的通信提供连接桥路,两部分模块通过双口 RAM芯片进行指令和数据的交互。
[0015] 优选的,所述控制芯片通过上位机给定的参数和命令控制伺服电机的转动。
[0016] 进一步优选的,所述电源管理模块设有一块低压稳压芯片。
[0017] 进一步优选的,作为所述CPU卡操作系统的VxWorks,其采用微内核结构,具有一个高性能的操作系统内核Wind。
[0018] 进一步优选的,所述CPCI数据总线接口模块,该模块主要由PCI9054和FPGA构成,通过利用FPGA的可编程性,可实现更多的扩展功能,协议转换芯片PCI9054的作用就是保证本地数据采集板卡和主CPU板卡之间的数据可以高速准确地传输。
[0019] 本实用新型的通信接口采用采用PLX公司生产的CPCI协议转换芯片PCI9054,通过Verilog HDL语言在FPGA中产生相应的控制信号,完成对数据的快速读写,从而实现了与CPCI总线的高速数据通信。
[0020] 与现有技术相比,本实用新型是一种控制与驱动为一体的交流伺服控制系统,实现了装置的控制和驱动,CPCI总线使伺服系统具有高控制精度、高可靠性、高密度,适用于生产流水线等各类需要交流伺服电机驱动的运动控制。
附图说明
[0021] 图1是一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置总体框图;
[0022]图2是一种基于CPCI总线的交流伺服控制卡的总体结构图;
[0023] 图3是CPCI数据总线接口的设计框图。
具体实施方式
[0024] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对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。
[0025] 如图1和图2所示的一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,包括电源管理模块、控制器模块和电机驱动模块。
[0026] 本实用新型通过CPCI总线接口,高性能CPU卡和通讯网络,所述CPU卡采用提供人机交互界面的VxWork操作系统和标准的VisualC++语言环境,可以使用高级语言能够比较容易地实现各种复杂的控制算法,同时还负责人机交互界面的管理、控制系统的实时监控等方面的工作,通过CPCI总线接口实现PC机与伺服驱动系统的连接。
[0027] 电源管理模块用于给该基于CPCI总线的嵌入式交流伺服控制装置提供电力,但不限于本实施例所提供的内容。在系统正常工作过程中,各模块的额定工作电压不尽相同,所以,适当的选择稳压芯片与该控制器模块和电机驱动模块一起配合使用,以确保各模块稳定工作。
[0028] 控制器模块采用美国的TI公司的TMS320LF2407A为核心控制芯片,在其上实现了PWM调制信号的产生和电机运行参数的检测以及上位机通信等功能。
[0029] CPCI总线扩展模块主要负载为伺服控制卡和高性能CPU卡之间的通信提供连接桥路,两部分模块通过双口 RAM芯片进行指令和数据的交互。
[0030] 一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置中CPCI数据总线接口的设计。该系统主要由PCI9054和FPGA构成,系统结构图以及信号连接如图3所示。通过利用FPGA的可编程性,可实现更多的扩展功能。协议转换芯片PCI9054的作用就是保证本地数据采集板卡和主CPU板卡之间的数据可以高速准确地传输。
[0031] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型所描述的技术方案;因此,尽管本说明书参照上述的实施例对本实用新型已进行了详细的说明,但是,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换;而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,其特征在于,包括: 提供电力的工作电源管理模块; 用于采集和处理电机运行中控制信号的伺服控制模块; 用于实现复杂控制算法的高性能CPU卡; CPCI数据总线接口模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,其特征在于,所述控制系统还包括高性能CPU卡和通讯网络,所述CPU卡采用提供人机交互界面的Vxffork操作系统和标准的Visual C++语言环境,负责人机交互界面的管理、控制系统的实时监控的工作,通过CPCI总线接口实现PC机与伺服驱动系统的连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,其特征在于,所述伺服控制卡主要负责电机运行中控制信号的产生和数据的采集和处理,反馈电机运行中的参数给CPU卡,接收CPU卡的指令进行处理后完成电机的运动调节,其中高性能CPU卡与交流伺服控制卡通过CPCI总线进行高速的信息交换,能够达到对电机的实时控制。
4.根据权利要求1所述的一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,其特征在于,所述伺服控制模块,其主要与功率驱动电路、伺服电机连接,在控制芯片其上实现了 PWM调制信号的产生和电机运行参数的检测以及上位机通信功能。
5.根据权利要求1所述的一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,其特征在于,所述CPCI总线扩展模块主要负载为伺服控制卡和高性能CPU卡之间的通信提供连接桥路,两部分模块通过双口 RAM芯片进行指令和数据的交互。
6.根据权利要求1所述的一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,其特征在于,所述控制芯片通过上位机给定的参数和命令控制伺服电机的转动。
7.根据权利要求1所述的一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,其特征在于,所述电源管理模块设有一块低压稳压芯片。
8.根据权利要求2所述的一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,其特征在于,作为所述CPU卡操作系统的VxWorks,其采用微内核结构,具有一个高性能的操作系统内核Wind0
9.根据权利要求1所述的一种基于CPCI总线嵌入式交流伺服控制装置,其特征在于,所述CPCI数据总线接口模块,该模块主要由PCI9054和FPGA构成,通过利用FPGA的可编程性,可实现更多的扩展功能,协议转换芯片PCI9054的作用就是保证本地数据采集板卡和主CPU板卡之间的数据可以高速准确地传输。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109062841A (zh) * 2018-08-07 2018-12-21 成都卡诺普自动化控制技术有限公司 工业机器人控制架构及应用该架构的数据交互方法

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