CN208673082U

CN208673082U - 三轴伺服驱控一体控制系统

Info

Publication number: CN208673082U
Application number: CN201821096831.3U
Authority: CN
Inventors: 陈勇; 陈其斌; 陈贻国
Original assignee: Zhejiang Lorun Chi Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Lorun Chi Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2019-03-29
Anticipated expiration: 2028-07-11

Abstract

本实用新型公开了一种三轴伺服驱控一体控制系统，所述控制系统包括运动控制器、三轴伺服驱动控制单元及功率调节单元，所述运动控制器、所述三轴伺服驱动控制单元及所述功率调节单元顺次连接并集成为一体，所述功率调节单元与外部电机连接。本实用新型通过将运动控制器与三轴伺服驱动控制单元集成在一起，替换传统的分布式控制系统，实现运动控制器、三轴伺服驱动控制单元共用电源模块，降低了生产成本；此外，本实用新型的运动控制器与三轴伺服驱动控制单元之间通过I/O总线、CAN通讯模块连接，不仅简化了配线结构，且提高了系统的抗干扰能力。

Description

三轴伺服驱控一体控制系统

【技术领域】

本实用新型涉及一种控制系统，具体的说，是涉及一种三轴伺服驱控一体控制系统。

【背景技术】

在中国智造2025的整体方针下，为了满足传统行业的智能制造升级改造以及新行业的迅速崛起，智能装备(比如工业机器人，桁架机器人,5D影院座椅等)得到了广泛应用。运动控制系统包括控制器、伺服驱动器、电机以及相应的传感器，当前典型的伺服驱动器包含电源模块，逆变模块，控制模块，AI和AO模块、编码器模块等。当整个控制系统中，被控对象是多台电机时，就需要配置相应台数的驱动器。

目前采用的是一种分布式的多轴伺服控制框架，如图1所示，运动控制器与伺服驱动器分离，每个驱动器都包含独立的电源模块、逆变模块、控制模块。现有的运动控制器采用传统的单一配线方式控制多轴伺服驱动器。这种结构的缺点是：成本高，每一个伺服驱动器都包含电源模块、逆变模块和控制模块；配线复杂：运动控制器通过传统脉冲+方向控制方式进行连接，每组线包含脉冲方向信号，反馈信号，输入输出信号等；抗干扰能力差：脉冲型控制方式一旦出现多或者少脉冲，伺服驱动器无法鉴别。

【发明内容】

为解决上述技术问题，本实用新型提供了三轴伺服驱控一体控制系统，本实用新型通过将运动控制器与三轴伺服驱动控制单元集成在一起，替换传统的分布式控制系统，实现运动控制器、三轴伺服驱动控制单元共用电源模块，降低了生产成本；此外，本实用新型的运动控制器与三轴伺服驱动控制单元之间通过I/O总线、CAN通讯模块连接，不仅减少了配线，简化了配线结构，且解决了现有的脉冲型控制方式一旦出现多或少脉冲，伺服驱动器无法鉴别的问题，提高了系统的抗干扰能力。

为实现上述目的，本实用新型具体方案如下：

本实用新型的一个方面，提供一种三轴伺服驱控一体控制系统，该系统包括运动控制单元、三轴伺服驱动控制单元及功率调节单元，所述运动控制单元、所述三轴伺服驱动控制单元及所述功率调节单元顺次连接并集成为一体，所述功率调节单元与外部电机连接，所述运动控制单元向所述三轴伺服驱动控制单元输出控制信号，所述三轴伺服驱动控制单元根据所述控制信号输出电机驱动信号，所述功率调节单元对所述电机驱动信号进行处理后驱动所述外部电机进行运作。

作为一个优选的实施方式，所述三轴伺服驱动控制单元为集成伺服驱动控制单元，所述集成伺服驱动控制单元通过第一编码模块及多个连接线路与所述运动控制单元连接。

作为一个优选的实施方式，所述多个连接线路包括脉冲和总线双模连接线路，具体的，总线线路包括I/O总线，脉冲线路包括CAN通讯模块。

作为一个优选的实施方式，所述功率调节单元包括功率调节模块、整流模块、滤波模块及电源模块，所述电源模块、所述整流模块、所述滤波模块及所述功率调节模块顺次连接，所述电源模块与所述三轴伺服驱动控制单元连接，所述功率调节模块连接外部电机；此外，本实用新型采用一个电源模块代替原有的三个电源供电进行供电的模式为系统供电；采用一个整流模块替换原有的三个整流模块，采用一个滤波模块替换原有的三个滤波模块为功率模块供电；进一步简化了电路结构。

作为一个优选的实施方式，所述功率调节模块为3个，每个所述功率调节单元对应的与一个外部电机连接，用于对所述外部电机进行分别控制。

作为一个优选的实施方式，所述滤波模块包括滤波电容，该滤波模块替换原有的三个滤波模块的模式，通过一个滤波模块分别与三个功率调节模块连接，代替了原有的三个滤波模块分别对三个功率调节模块进行滤波的连接方式，再进一步简化了电路结构。

作为一个优选的实施方式，所述运动控制单元包括运动控制器、以太网模块及输入输出模块，所述以太网模块的一端连接所述运动控制器，另一端与外部设备连接，所述运动控制器通过所述以太网模块与外部网络设备进行信息交互，所述输入输出模块的一端连接所述运动控制器，另一端与外部设备连接，所述运动控制器通过所述输入输出模块及所述以太网模块与所述外部设备进行信息的交互。这里需要说明的是，以太网连接的外部设备包括外部网络设备，输入输出模块连接的外部设备包括外部传感器、继电器等，也可以为外部网络设备。

作为一个优选的实施方式，所述三轴伺服驱控一体控制系统还包括可编程模块，所述可编程模块的一端连接所述三轴伺服驱动控制单元，另一端与所述功率调节单元连接，用于产生三轴脉冲、三轴输入及输出数字信号对所述外部电机进行控制，同时还可以对外部继电器进行控制、对外部传感器进行输入信号的检测。本实用新型通过采用一个可编程模块替换原有的三个可编程模块的形式，进一步简化了控制系统的结构。

作为一个优选的实施方式，本实用新型所述可编程模块采用FPGA芯片。

作为一个优选的实施方式，所述三轴伺服驱控一体控制系统还包括过流保护模块，所述过流保护模块的一端与所述三轴伺服驱动控制单元连接，另一端与所述功率调节单元连接，所述过流保护模块对所述三轴伺服驱动控制单元输出的电流值进行监测及过流保护。

作为一个优选的实施方式，所述三轴伺服驱控一体控制系统还包括第二编码模块，所述第二编码模块的一端与所述外部电机连接，另一端与所述三轴伺服驱动控制单元连接，所述第二编码模块将所述外部电机的输出信号传送至所述三轴伺服驱动控制单元。

作为一个优选的实施方式，所述三轴伺服驱控一体控制系统还包括第一存储模块和第二存储模块，所述第一存储模块与所述运动控制单元连接；所述第二存储模块与所述三轴伺服驱动控制单元连接，所述第一存储模块及第二存储模块分别用于存储所述运动控制单元及所述三轴伺服驱动控制单元的工作参数。

本实用新型的有益效果为：

1)本实用新型通过将运动控制器与三轴伺服驱动控制单元集成在一起，替换传统的分布式控制系统，实现运动控制器、三轴伺服驱动控制单元共用电源模块，降低了生产成本；

2)本实用新型的运动控制器与三轴伺服驱动控制单元之间通过I/O总线、CAN通讯模块连接，不仅减少了配线，简化了配线结构，且由传统的单一的配线方式改进为脉冲和总线双模控制方式，解决了现有的脉冲型控制方式一旦出现多或少脉冲，伺服驱动器无法鉴别的问题，提高了系统的抗干扰能力，使控制方式更加灵活，以满足不同功能要求。

【附图说明】

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为现有的运动控制系统的连接结构图；

图2为本实用新型实施例一所述的三轴伺服驱控一体控制系统的连接结构图；

其中，1、运动控制器；2、三轴伺服驱动控制单元；3、可编程模块； 4、过流保护模块；5、第一存储模块；6、第二存储模块；7、以太网模块； 8、第一编码模块；9、I/O总线；10、CAN通讯模块；11、编码器a；12、编码器b；13、编码器c；14、电机a；15、电机b；16、电机c；17、外部网络设备；31、电源模块；32、整理模块；33、滤波模块；34、IPM模块a； 35、IPM模块b；36、IPM模块c。

【具体实施方式】

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：

一种三轴伺服驱控一体控制系统，该控制系统包括运动控制单元、三轴伺服驱动控制单元2及功率调节单元，其中，运动控制单元、三轴伺服驱动控制单元2及功率调节单元顺次连接并集成为一体，功率调节单元与外部电机连接，运动控制单元向三轴伺服驱动控制单元2输出控制信号，三轴伺服驱动控制单元2根据控制信号输出电机驱动信号，功率调节单元对所述电机驱动信号进行处理后驱动外部电机进行运作。

三轴伺服驱动控制单元2包括三个伺服驱动器，三个伺服驱动器均通过I/O总线9、CAN通讯模块10及第一编码模块8与运动控制单元连接，具体的，运动控制单元通过I/O总线9、CAN通讯模块10与每个伺服驱动器进行运动控制和信息交互，伺服驱动器通过第一编码模块8向运动控制单元输出控制信号。

功率调节单元包括功率调节模块、整流模块、滤波模块33及电源模块 31，电源模块31、整流模块、滤波模块33及功率调节模块顺次连接，电源模块31与三轴伺服驱动控制单元2连接，功率调节模块连接外部电机，本实施例中，滤波模块33包括滤波电容，功率调节模块为3个，分别为：IPM 模块a34、IPM模块b35和IPM模块c36，具体的，IPM模块a34、IPM模块b35和IPM模块c36分别与电机a14、电机b15以及电机c16对应连接，用于对电机a14、电机b15以及电机c16进行分别控制。

运动控制单元包括运动控制器1及以太网模块7，其中，以太网模块7 一端连接运动控制器1，另一端与外部网络设备17连接，所述运动控制器 1通过以太网模块7与外部网络设备17进行信息交互，三轴伺服驱动控制单元2通过I/O总线9、CAN通讯模块10及第一编码模块8与运动控制器 1连接。

本实施例中，还包括可编程模块3、过流保护模块4、第二编码模块及存储模块；

其中，可编程模块3的一端连接三轴伺服驱动控制单元2，另一端与功率调节单元连接，用于产生三轴脉冲、三轴输入及输出数字信号对外部电机进行控制，本实施例中，可编程模块3采用FPGA芯片，三轴驱动器控制单元通过编码器a11、编码器b12及编码器c13分别接收电机a14、电机 b15及电机c16的编码器信号，进行电机的位置计算和速度计算，通过过流保护模块44获取电机a14、电机b15及电机c16的实际转矩值，将计算结算传送至FPGA，通过FPGA生成三轴电机控制所需的PWM脉冲。

过流保护模块4的一端与三轴伺服驱动控制单元2连接，另一端与功率调节单元连接，过流保护模块4对三轴伺服驱动控制单元2输出的电流值进行监测及过流保护。

第二编码模块包括编码器a11、编码器b12和编码器c13，其中，编码器a11一端与外部电机a14连接，另一端与三轴伺服驱动控制单元2连接；编码器b12一端与外部电机b15连接；编码器c13一端与外部电机c16连接，另一端与三轴伺服驱动控制单元2连接；另一端与三轴伺服驱动控制单元2 连接，所述第二编码模块将三轴伺服驱动控制单元2的输出信号转换为电机控制信号。

本实施例还包括第一存储模块5和第二存储模块6，其中，第一存储模块5与运动控制模块连接；第二存储模块6与三轴伺服驱动控制单元2连接，第一存储模块5及第二存储模块6分别用于存储运动控制器1及伺服驱动单元的工作参数。

此外，本实施例中，还包括与三轴伺服驱动控制单元连接的DI/DO模块(图中未示出)，用于限位输入保护信号、零位输入信号以及输出抱闸信号等。

本实施例的实施流程为：

三轴驱动器控制单元替换传统三个控制单元，通过编码器a11、编码器 b12及编码器c13分别电机a14、电机b15及电机c16的编码器信号，进行电机的位置计算和速度计算，通过过流保护模块44获取电机a14、电机b15 及电机c16的实际转矩值，将计算结算传送至FPGA，生成三轴电机控制所需的PWM脉冲；IPM模块a34、IPM模块b35及IPM模块c36接收到PWM脉冲型号后将整流模块所生成的直流电转化成三相电，从而驱动电机的运转。电机编码器信号可以是增量式编码器也可以是绝对式编码器。通过过流保护模块44传送过来的电压、电流信号的计算结果，实现对IPM模块 a34、IPM模块b35及IPM模块c36的保护。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims

1.一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，包括运动控制单元、三轴伺服驱动控制单元及功率调节单元，所述运动控制单元、所述三轴伺服驱动控制单元及所述功率调节单元顺次连接并集成为一体，所述功率调节单元与外部电机连接，所述运动控制单元向所述三轴伺服驱动控制单元输出控制信号，所述三轴伺服驱动控制单元根据所述控制信号输出电机驱动信号，所述功率调节单元对所述电机驱动信号进行处理后驱动所述外部电机进行运作。

2.根据权利要求1所述的一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，所述三轴伺服驱动控制单元为集成伺服驱动控制单元，所述集成伺服驱动控制单元通过第一编码模块及多个连接线路与所述运动控制单元连接。

3.根据权利要求2所述的一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，所述多个连接线路包括脉冲和总线双模连接线路。

4.根据权利要求1所述的一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，所述功率调节单元包括功率调节模块、整流模块、滤波模块及电源模块，所述电源模块、所述整流模块、所述滤波模块及所述功率调节模块顺次连接，所述电源模块与所述三轴伺服驱动控制单元连接，所述功率调节模块连接外部电机。

5.根据权利要求4所述的一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，所述功率调节模块为3个，每个所述功率调节单元对应的与一个外部电机连接，用于对所述外部电机进行分别控制。

6.根据权利要求1所述的一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，所述运动控制单元包括运动控制器、以太网模块及输入输出模块，所述以太网模块的一端连接所述运动控制器，另一端与外部设备连接，所述运动控制器通过所述以太网模块与外部网络设备进行信息交互，所述输入输出模块的一端连接所述运动控制器，另一端与外部设备连接，所述运动控制器通过所述输入输出模块及所述以太网模块与所述外部设备进行信息的交互。

7.根据权利要求1所述的一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，所述三轴伺服驱控一体控制系统还包括可编程模块，所述可编程模块的一端连接所述三轴伺服驱动控制单元，另一端与所述功率调节单元连接，用于产生三轴脉冲、三轴输入及输出数字信号对所述外部电机进行控制。

8.根据权利要求1所述的一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，所述三轴伺服驱控一体控制系统还包括过流保护模块，所述过流保护模块的一端与所述三轴伺服驱动控制单元连接，另一端与所述功率调节单元连接，所述过流保护模块对所述三轴伺服驱动控制单元输出的电流值进行监测及过流保护。

9.根据权利要求1所述的一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，所述三轴伺服驱控一体控制系统还包括第二编码模块，所述第二编码模块的一端与所述外部电机连接，另一端与所述三轴伺服驱动控制单元连接，所述第二编码模块将所述外部电机的输出信号传送至所述三轴伺服驱动控制单元。

10.根据权利要求1所述的一种三轴伺服驱控一体控制系统，其特征在于，所述三轴伺服驱控一体控制系统还包括第一存储模块和第二存储模块，所述第一存储模块与所述运动控制单元连接；所述第二存储模块与所述三轴伺服驱动控制单元连接，所述第一存储模块及第二存储模块分别用于存储所述运动控制单元及所述三轴伺服驱动控制单元的工作参数。