CN206908538U - 伺服电机驱动装置和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的伺服电机驱动装置和系统，包括：绝对值编码器、伺服驱动器和伺服电机，其中，伺服驱动器包括信号采集器以及控制器；绝对值编码器与伺服电机相连接，用于检测伺服电机的转子位置信号；信号采集器与绝对值编码器相连接，用于自动获取转子位置信号；控制器与信号采集器相连接，用于将转子位置信号转化为转子实际位置，并根据所述转子实际位置对所述伺服电机进行控制；伺服电机与控制器相连接，用于根据控制器的控制信号进行转动。其中的伺服驱动器可以在上电后自动获取转子位置，不受编码器掉电影响，具有转子位置记忆功能，结构简单。

Description

伺服电机驱动装置和系统

技术领域

本实用新型涉及伺服电机驱动技术领域，尤其是伺服电机驱动装置和系统。

背景技术

伺服电机编码器是安装在伺服电机上用来测量转子磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器，而伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，伺服驱动器通过编码器来获取伺服电机的转子位置，但是，现有的绝对值编码器如果掉电，会使得转子位置数据丢失，从而需要使用后备电池来保证其正常工作，结构比较复杂。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供伺服电机驱动装置和系统，其中的伺服驱动器可以在上电后自动获取转子位置，不受编码器掉电影响，具有转子位置记忆功能，结构简单。

第一方面，本实用新型实施例提供了伺服电机驱动装置，包括：绝对值编码器、伺服驱动器和伺服电机，其中，所述伺服驱动器包括信号采集器以及控制器；

所述绝对值编码器，与所述伺服电机相连接，用于检测所述伺服电机的转子位置信号；

所述信号采集器，与所述绝对值编码器相连接，用于自动获取所述转子位置信号；

所述控制器，与所述信号采集器相连接，用于将所述转子位置信号转化为转子实际位置并对所述转子位置信号进行存储，并根据所述转子实际位置对所述伺服电机进行控制；

所述伺服电机，与所述控制器相连接，用于根据所述控制器的控制信号进行转动。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述转子位置信号包括转子初始位置信号以及转子位置脉冲信号，所述信号采集器包括AD采样器以及RS422接口；

所述AD采样器，用于获取所述转子位置脉冲信号；

所述RS422接口，用于获取所述转子初始位置信号。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述RS422接口与所述绝对值编码器相连接，并且二者之间遵循HIPEFACE协议。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括与所述伺服驱动器相连接的上位机；

所述上位机，用于将位置指令发送给所述伺服驱动器；

所述伺服驱动器，用于根据所述位置指令与所述转子实际位置进行运算，得到所述控制信号，并根据所述控制信号对所述伺服电机进行控制。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述伺服驱动器通过RS232接口或CAN接口连接所述上位机。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述控制器包括FLASH存储单元，用于存储所述转子位置信号。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述伺服驱动器还包括电源模块，用于为所述装置供电。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述电源模块的电压输入范围为24V～70V。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述上位机包括可编程逻辑控制器PLC和工控机

第二方面，本实用新型实施例还提供伺服电机驱动系统，包括第一方面所述的伺服电机驱动装置，还包括与所述伺服电机驱动装置中的伺服电机相连接的闸机。

本实用新型实施例提供了伺服电机驱动装置和系统，包括：绝对值编码器、伺服驱动器和伺服电机，其中，伺服驱动器包括信号采集器以及控制器；绝对值编码器与伺服电机相连接，用于检测伺服电机的转子位置信号；信号采集器与绝对值编码器相连接，用于自动获取转子位置信号；控制器与信号采集器相连接，用于将转子位置信号转化为转子实际位置，并根据所述转子实际位置对所述伺服电机进行控制；伺服电机与控制器相连接，用于根据控制器的控制信号进行转动。其中的伺服驱动器可以在上电后自动获取转子位置，不受编码器掉电影响，具有转子位置记忆功能，并且结构简单。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的伺服电机驱动装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的伺服电机驱动装置的另一结构示意图；

图3为本实用新型实施例一提供的伺服电机驱动装置的又一结构示意图；

图4为本实用新型实施例一提供的伺服驱动器的运算原理图；

图5为本实用新型实施例二提供的伺服电机驱动系统的示意图；

图6为本实用新型实施例二提供的伺服电机驱动系统的电路原理图。

图标：

10-伺服驱动器；11-信号采集器；12-控制器；20-绝对值编码器；30-伺服电机；111-AD采样器；112-RS422接口；40-上位机；50-闸机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前伺服电机编码器是安装在伺服电机上用来测量转子磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器，而伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，伺服驱动器通过编码器来获取伺服电机的转子位置，但是，现有的编码器如果掉电，会使得转子位置数据丢失，从而需要使用后备电池来保证其正常工作，结构比较复杂。

基于此，本实用新型实施例提供的伺服电机驱动装置和系统，当伺服驱动器上电后可以自动获取转子位置，不受编码器掉电影响，具有转子位置记忆功能，结构简单。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的伺服电机驱动装置进行详细介绍。

实施例一：

图1为本实用新型实施例一提供的伺服电机驱动装置的结构示意图。

参照图1，伺服电机驱动装置，包括：绝对值编码器20、伺服驱动器10和伺服电机30，其中，伺服驱动器10包括信号采集器11以及控制器12；

绝对值编码器20，与伺服电机30相连接，用于检测伺服电机30的转子位置信号；

信号采集器11，与绝对值编码器20相连接，用于自动获取转子位置信号；

需要说明的是，对于绝对值编码器20，不需要担心掉电数据丢失的问题，因此不需要后备电池进行供电，结构简单，在伺服驱动器10初上电时，信号采集器11就能读取到转子位置信号，不需要电机转动。

控制器12，与信号采集器11相连接，用于将转子位置信号转化为转子实际位置并对转子位置信号进行存储，根据转子实际位置对伺服电机30进行控制；

这里，控制器12包括单片机，具体可采用stm32f103。控制器12将获取到的转子位置信号通过解码就能得到转子相对位置。具体地，控制器12包括FLASH存储单元，用于存储转子位置信号，无需外挂存储芯片，这样在伺服驱动器10下次上电时可以直接读取转子位置信号，不受编码器掉电影响，具有转子位置记忆功能。

伺服电机30，与控制器12相连接，用于根据控制器12的控制信号进行转动。

进一步地，转子位置信号包括转子初始位置信号以及转子位置脉冲信号，如图2所示，信号采集器11包括AD采样器111以及RS422接口112；

AD采样器111，用于获取转子位置脉冲信号；

RS422接口112，用于获取转子初始位置信号。

具体地，转子位置脉冲信号为与转子位置相关的正余弦信号。

进一步地，RS422接口112与绝对值编码器20相连接，并且二者之间遵循HIPEFACE协议。

进一步地，如图3所示，还包括与伺服驱动器10相连接的上位机40；

上位机40，用于将位置指令发送给伺服驱动器10；

具体地，上位机40包括可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)和工控机。

伺服驱动器10，用于根据位置指令与转子实际位置进行运算，得到控制信号，并根据控制信号对伺服电机30进行控制。

如图4所示，伺服驱动器10通过通讯接口(RS232或CAN)或者脉冲接口获取到上位机40发送的位置指令，并通过AD采样器111以及RS422接口112获取到编码器的转子位置信号，然后转化成转子实际位置。将位置指令和转子实际位置的差值作为位置环的输入，通过位置环的运算得到第一结果，并将第一结果作为速度环的输入，即速度指令。将转子实际位置进行微分即可得到转子实际转速，然后将速度指令和转子实际转速的差值作为速度环的输入，再将运算后得到的第二结果作为电流环的输入，即电流指令。通过电流传感器获取到电机的三相电流，对相电流做坐标变换后得到矢量电流iq，即为反馈电流。最后将电流指令和反馈电流的差值输入电流环，将运算得到的第三结果经过变换后调节PWM输出，即得到相电压，从而达到间接控制电流的目的。

这里，伺服驱动器10采用闭环控制策略，包括位置闭环，速度闭环，电流闭环；其中，基于绝对值编码器20的位置闭环和速度闭环，确保定位精准，响应迅速，到位后无过冲；电流闭环采用高线性度的霍尔电流传感器，配上高效率的电机矢量控制算法，确保伺服电机30运行过程全静音，高效率，使用寿命长。

进一步地，伺服驱动器10通过RS232接口或CAN接口连接上位机40。

进一步地，伺服驱动器10还包括电源模块，用于为装置供电，并且电源模块的电压输入范围为24V～70V，通过宽电压范围输入，能满足众多依赖电池供电的场合，例如，AGV。

实施例二：

图5为本实用新型实施例二提供的伺服电机驱动系统的示意图。

参照图5，伺服电机驱动系统，包括实施例一的伺服电机驱动装置，还包括与伺服电机驱动装置中的伺服电机30相连接的闸机50。

具体地，如图6所示，可以将伺服电机驱动装置应用到闸机的伺服控制中，伺服驱动器通过AD(AD采样器111)以及RS422接口与编码器(绝对值编码器)相连接，来获取编码器的转子位置信号，并通过UVW三相信号连接伺服电机，从而控制伺服电机，还通过RS232接口连接有上位机，也可通过CAN接口连接上位机。这里，编码器安装在伺服电机上。伺服电机连接闸机，从而控制闸机运行。本实用新型实施例的伺服电机驱动装置不受编码器掉电影响，具有转子位置记忆功能，从而使得闸机上电后无需回零找零点位置，使闸机能够快速且平稳的开关门，不产生任何抖动。

本实用新型实施例提供了伺服电机驱动装置和系统，包括：绝对值编码器、伺服驱动器和伺服电机，其中，伺服驱动器包括信号采集器以及控制器；绝对值编码器与伺服电机相连接，用于检测伺服电机的转子位置信号；信号采集器与绝对值编码器相连接，用于自动获取转子位置信号；控制器与信号采集器相连接，用于将转子位置信号转化为转子实际位置，并根据所述转子实际位置对所述伺服电机进行控制；伺服电机与控制器相连接，用于根据控制器的控制信号进行转动。其中的伺服驱动器可以在上电后自动获取转子位置，不受编码器掉电影响，具有转子位置记忆功能，并且结构简单。

本实用新型实施例提供的伺服电机驱动系统，与上述实施例提供的伺服电机驱动装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种伺服电机驱动装置，其特征在于，包括：绝对值编码器、伺服驱动器和伺服电机，其中，所述伺服驱动器包括信号采集器以及控制器；

所述绝对值编码器，与所述伺服电机相连接，用于检测所述伺服电机的转子位置信号；

所述信号采集器，与所述绝对值编码器相连接，用于自动获取所述转子位置信号；

所述控制器，与所述信号采集器相连接，用于将所述转子位置信号转化为转子实际位置并对所述转子位置信号进行存储，并根据所述转子实际位置对所述伺服电机进行控制；

所述伺服电机，与所述控制器相连接，用于根据所述控制器的控制信号进行转动。

2.根据权利要求1所述的伺服电机驱动装置，其特征在于，所述转子位置信号包括转子初始位置信号以及转子位置脉冲信号，所述信号采集器包括AD采样器以及RS422接口；

所述AD采样器，用于获取所述转子位置脉冲信号；

所述RS422接口，用于获取所述转子初始位置信号。

3.根据权利要求2所述的伺服电机驱动装置，其特征在于，所述RS422接口与所述绝对值编码器相连接，并且二者之间遵循HIPEFACE协议。

4.根据权利要求1所述的伺服电机驱动装置，其特征在于，还包括与所述伺服驱动器相连接的上位机；

所述上位机，用于将位置指令发送给所述伺服驱动器；

所述伺服驱动器，用于根据所述位置指令与所述转子实际位置进行运算，得到所述控制信号，并根据所述控制信号对所述伺服电机进行控制。

5.根据权利要求4所述的伺服电机驱动装置，其特征在于，所述伺服驱动器通过RS232接口或CAN接口连接所述上位机。

6.根据权利要求1所述的伺服电机驱动装置，其特征在于，所述控制器包括FLASH存储单元，用于存储所述转子位置信号。

7.根据权利要求6所述的伺服电机驱动装置，其特征在于，所述伺服驱动器还包括电源模块，用于为所述装置供电。

8.根据权利要求7所述的伺服电机驱动装置，其特征在于，所述电源模块的电压输入范围为24V～70V。

9.根据权利要求4所述的伺服电机驱动装置，其特征在于，所述上位机包括可编程逻辑控制器PLC和工控机。

10.一种伺服电机驱动系统，包括权利要求1至9任一项所述的伺服电机驱动装置，其特征在于，还包括与所述伺服电机驱动装置中的伺服电机相连接的闸机。