CN212305187U - 多轴马达控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多轴马达控制系统，通过产生对多轴马达的控制命令、脉宽调制周期设定与脉宽调制命令更新时间设定给多轴马达驱动器，所述脉宽调制载波模块接收所述脉宽调制周期设定与脉宽调制命令更新时间设定后，产生相位差为180度的第一组载波信号与第二组载波信号，且所述第一组载波信号与所述第二组载波信号的脉宽调制命令更新时间同步，以避免数字延迟并减少漏电流。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多轴马达控制系统。
背景技术
通常脉宽调变(Pulse Width Modulation，脉宽调制)变频器驱动马达时，因脉宽调制的切换都会产生高频泄漏电流，且载波频率愈高，其泄漏电流愈明显，主因是因共模电压变化时即产生高频泄漏电流，其电流流向由马达绕组，经马达框架到地，有时其峰值可达额定值，它将会产生电磁干扰和变频器电流误动作等严重的问题，有时也会影响马达寿命。
又由于驱动器整体电路对地(FG)存在多个寄生电容，在马达控制过程中，逆变开关的ON-OFF讯号切换的频率，等同将DC BUS电压对此寄生电容充电、放电的频率，此寄生电容高频充放电的过程，产生之交流电讯号即视为漏电流。而多合一驱动器在多轴同动过程中，各轴逆变开关有较高机会以同步方式设计，导致漏电流累加，造成产品可靠度问题。
一般要解决寄生电容高频充放电所产生的漏电问题，常用方法如下：1.利用额外的硬件装置(电路)处理漏电电流，2.调整单一轴的三相UVW的脉宽调制输出相位，3.调整不同轴之脉宽调制输出相位差。
利用额外的硬件装置(电路)处理漏电电流的技术有︰公开号为：CN105024620A的申请公开的一种电路量测经LC滤波电路中电容的漏电流，采样并放大漏电讯号，并将此漏电电流补偿回驱动电路中，或台湾专利(TW449955B)所公开的一种共模变压器结构，功用类似阻尼电阻，将此共模变压器接在驱动器与马达之间，使共模电压变化产生的电位差不会引发漏电流。
调整单一轴的三相UVW的脉宽调制输出相位的技术有︰日本专利(JP2016214038A)设计在U相输出脉宽调制讯号时，将V相与W相延迟触发，达到错开切换的效果。或日本专利(JP2005051959A)技术特征为利用开关组件，控制UVW三相的电压输出时机，避免同时进行多个相位的切换。
调整不同轴之脉宽调制输出相位差的技术有︰日本专利(JP2007336634A)技术特征在于将多轴驱动器的轴数分为两组，若总轴数为偶数则平分，若总轴数为奇数则两组最多差1轴，将两组轴设计脉宽调制相位差180度，达到减少漏电的效果。或美国专利(US20190363600A1) 技术特征在于将多轴驱动器的轴数分成M组，设计每组轴的脉宽调制相位差360/M度(即两轴差180度、三轴差120度)，达到减少漏电的效果。
所以无论通过软件或硬件方式，只要设计各轴逆变开关讯号互相存在相位差，藉由调整不同轴的脉宽调制输出相位差的方式减少漏电，让交流电讯号在系统内可相互抵销，即可有效抑制漏电问题。但各轴逆变开关讯号存在相位差可能会导致数字延迟，进而影响马达控制结果，造成加工问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种多轴马达控制系统，其能解决在马达控制过程中漏电流累加，造成产品可靠度的问题，还能防止各轴逆变开关讯号存在相位差可能会导致的数字延迟。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种多轴马达控制系统，应用于多个马达的驱动控制，多个马达分为两组，分别为第一组马达和第二组马达，所述控制系统包括：
控制装置，其用以产生对多轴马达的控制命令、脉宽调制周期设定与脉宽调制命令更新时间设定；
多轴马达驱动器，其包含有︰
控制模块，其接收所述控制命令后产生第一组电压命令与第二组电压命令；
脉宽调制载波模块，其接收所述脉宽调制周期设定后产生第一组载波信号与第二组载波信号，所述第一组载波信号与所述第二组载波信号的相位差为180度，且根据所述脉宽调制命令更新时间设定将所述第一组载波信号与所述第二组载波信号的脉宽调制命令更新时间同步；
第一组比较器，其接收所述第一组电压命令与所述第一组载波信号后产生第一组调变电压；
第二组比较器，其接收所述第二组电压命令与所述第二组载波信号后产生第二组调变电压；
第一组脉宽调制逆变器，其接收所述第一组调变电压后产生第一组交流电压，且传送所述第一组交流电压至第一组马达以驱动所述第一组马达；
第二组脉宽调制逆变器，其接收所述第二组调变电压后产生第二组交流电压，且传送所述第二组交流电压至第二组马达以驱动所述第二组马达。
另一种优选方式，当所述马达总数量为偶数时，所述马达平均分配为数量相等的第一组马达及第二组马达。
另一种优选方式，当所述马达总数量为奇数时，所述马达分配为马达数量相差为一个的第一组马达及第二组马达。
另一种优选方式，所述控制命令用以控制所述马达做出所需对应的动作。
另一种优选方式，所述脉宽调制载波模块包含脉宽调制载波产生组件、控制组件、脉宽调制命令更新电路；所述控制组件负责控制两组载波之间的相位差设定、脉宽调制周期设定与脉宽调制命令更新时间设定，所述脉宽调制载波产生组件根据所述控制组件提供的相位差设定与接收的脉宽调制周期设定产生第一组载波信号与第二组载波信号，脉宽调制命令更新电路根据所述控制组件接收的脉宽调制命令更新时间设定进行同步脉宽调制命令更新。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型中系统通过将各轴脉宽调制载波互相存在相位差180度之设计，让逆变开关高频充放电产生的交流电讯号在系统内可相互抵销，有效降低多合一驱动器进行多轴同动时的漏电问题，并设计搭配同步脉宽调制命令更新时间的方式以避免数字延迟。
附图说明
图1为多轴马达控制系统示意图。
图2为脉宽调制载波模块示意图。
图3为两轴同动之脉宽调制载波、逆变开关讯号之示意图；
图中，100-控制装置；101-控制命令；102-脉宽调制周期设定；103-脉宽调制命令更新时间设定；200-多轴马达驱动器；210-控制模块；211-第一组电压命令；212-第二组电压命令；220-脉宽调制载波模块；221-第一组载波信号；222-第二组载波信号；230-第一组比较器；231-第一组调变电压；240-第二组比较器；241-第二组调变电压；250-第一组脉宽调制逆变器；251-第一组交流电压；260-第二组脉宽调制逆变器；261-第二组交流电压；310-第一组马达；320-第二组马达；410-控制组件；420-脉宽调制载波产生组件；430-脉宽调制命令更新电路；252（262）-逆变开关讯号。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本实用新型作以下详细描述：
如图1所示，多轴马达控制系统应用于多个马达（即两个或两个以上马达）的驱动控制，所述马达总数量为偶数时，将所述马达平均分配为数量相等的第一组马达310及第二组马达320。当所述马达总数量为奇数时，将所述马达分配为数量相差为一个的第一组马达310及第二组马达320。
多轴马达控制系统包括：控制装置100，其用以产生对多轴马达的一控制命令101、脉宽调制周期设定102以及脉宽调制命令更新时间设定103，控制命令101用以控制马达(第一组马达310及第二组马达320)做出所需对应的动作。其中，第一组马达310及第二组马达320根据控制命令101改变转速、位置或扭力等。
多轴马达驱动器200，多轴马达驱动器200内包含有︰控制模块210，其用以接收控制命令101后产生一第一组电压命令211与一第二组电压命令212；脉宽调制载波模块220，其用以接收脉宽调制周期设定102后产生第一组载波信号221与第二组载波信号222，第一组载波信号221与第二组载波信号222的相位差为180度，且根据脉宽调制命令更新时间设定103，将第一组载波信号221与第二组载波信号222的脉宽调制命令更新时间同步；第一组比较器230接收第一组电压命令211与第一组载波信号221后产生第一组调变电压231；第二组比较器240接收第二组电压命令212与第二组载波信号222后产生第二组调变电压241（上述的第一组比较器230和第二组比较器240为一般电路常使用的電子元件（即Comparator），才是市售常规的即可，其比较的信号即为后面叙述提到的电压命令与载波信号）；第一组脉宽调制逆变器250接收第一组调变电压231后产生第一组交流电压251，且传送第一组交流电压251至第一组马达310，用以驱动第一组马达310；第二组脉宽调制逆变器260接收第二组调变电压241后产生第二组交流电压261，且传送第二组交流电压261至第二组马达320，用以驱动第二组马达320。
控制装置100可以是加工机台(未在图中表示)的控制器、桌上型计算机、笔记型计算机、智能型手机或远程服务器等装置，且控制装置100与多轴马达驱动器200可以通过有线或无线方式连接。
如图2所示，脉宽调制载波模块220包含脉宽调制载波产生组件420、控制组件410、脉宽调制命令更新电路430。控制组件410负责控制两组载波之间的相位差设定、脉宽调制周期设定与脉宽调制命令更新时间设定。
脉宽调制载波产生组件420根据控制组件410提供的相位差设定与控制组件410接收的脉宽调制周期设定102产生第一组载波信号221与第二组载波信号222，使第一组载波信号221与第二组载波信号222的相位差为180度；且脉宽调制命令更新电路430根据控制组件410接收的脉宽调制命令更新时间设定103同步脉宽调制命令更新时间。
同步脉宽调制命令更新时间方面，利用相位差设计方法配合同步脉宽调制命令更新时间以避免数字延迟。如图3所示，两轴同动之脉宽调制载波、逆变开关讯号之示意图。黑色虚线代表逆变开关讯号252及262(分别为第一组脉宽调制逆变器250及第二组脉宽调制逆变器260的逆变开关讯号)的命令更新时间，即脉宽调制命令更新时间设定103，设计使脉宽调制载波(第一组载波信号221与第二组载波信号222)上数至波峰以及下数至波谷时皆会更新讯号，因此第一组马达310与第二组马达320取得数据的时刻相同，不会产生数字延迟。且逆变开关讯号252及262差别只在周期的前半段还是后半段更新，不影响讯号本身。又，因为第一组载波信号221与第二组载波信号222的相位差为180度的设计，第一组脉宽调制逆变器250及第二组脉宽调制逆变器260的逆变开关讯号ON-OFF的时间将会被错开，使逆变开关充放电产生的交流电讯号在系统内可相互抵销，减少漏电流问题。
综合上述，多轴马达控制方法为：通过控制装置100产生对多轴马达的控制命令101、脉宽调制周期设定102与脉宽调制命令更新时间设定103给多轴马达驱动器200，多轴马达驱动器200内的控制模块210接收控制命令101后产生第一组电压命令211与第二组电压命令212；且脉宽调制载波模块220接收脉宽调制周期设定102与脉宽调制命令更新时间设定103后产生第一组载波信号221与第二组载波信号222，第一组载波信号221与第二组载波信号222的相位差为180度，且根据脉宽调制命令更新时间设定103将第一组载波信号221与第二组载波信号222的脉宽调制命令更新时间同步；再通过第一组比较器250及第二组比较器260分别接收电压命令(211及212)与载波信号(221及222)后产生调变电压(231及241)；以及第一组脉宽调制逆变器250及第二组脉宽调制逆变器260分别接收调变电压后产生交流电压(251及261)且藉此分别驱动第一组马达310与第二组马达320。
本案同步脉宽调制更新时间搭配脉宽调制载波相位差之技术设计，可使各轴(第一组马达310与第二组马达320)逆变开关讯号互相存在有相位差关系，让交流电讯号在系统内可相互抵销，有效抑制漏电问题，且因各轴脉宽调制命令更新时间相同，不会导致数字延迟而影响马达控制结果。
本案的优点在于，通过本案驱动技术，将各轴脉宽调制载波互相存在相位差180度之设计，让逆变开关高频切换产生的交流电讯号在系统内可相互抵销，有效降低多合一驱动器进行多轴同动时的漏电问题，并设计搭配同步脉宽调制载波更新时间的方式，使此相位差设计不会造成数字延迟而影响马达控制结果。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多轴马达控制系统，应用于多个马达的驱动控制，多个马达分为两组，分别为第一组马达和第二组马达，其特征在于：所述控制系统包括：
控制装置，其用以产生对多轴马达的控制命令、脉宽调制周期设定与脉宽调制命令更新时间设定；
多轴马达驱动器，其包含有︰
控制模块，其接收所述控制命令后产生第一组电压命令与第二组电压命令；
脉宽调制载波模块，其接收所述脉宽调制周期设定后产生第一组载波信号与第二组载波信号，所述第一组载波信号与所述第二组载波信号的相位差为180度，且根据所述脉宽调制命令更新时间设定将所述第一组载波信号与所述第二组载波信号的脉宽调制命令更新时间同步；
第一组比较器，其接收所述第一组电压命令与所述第一组载波信号后产生第一组调变电压；
第二组比较器，其接收所述第二组电压命令与所述第二组载波信号后产生第二组调变电压；
第一组脉宽调制逆变器，其接收所述第一组调变电压后产生第一组交流电压，且传送所述第一组交流电压至第一组马达以驱动所述第一组马达；
第二组脉宽调制逆变器，其接收所述第二组调变电压后产生第二组交流电压，且传送所述第二组交流电压至第二组马达以驱动所述第二组马达。
2.根据权利要求1所述的多轴马达控制系统，其特征在于：当所述马达总数量为偶数时，所述马达平均分配为数量相等的第一组马达及第二组马达。
3.根据权利要求1所述的多轴马达控制系统，其特征在于：当所述马达总数量为奇数时，所述马达分配为马达数量相差为一个的第一组马达及第二组马达。
4.根据权利要求1所述的多轴马达控制系统，其特征在于：所述控制命令用以控制所述马达做出所需对应的动作。
5.根据权利要求1所述的多轴马达控制系统，其特征在于：所述脉宽调制载波模块包含脉宽调制载波产生组件、控制组件、脉宽调制命令更新电路；所述控制组件负责控制两组载波之间的相位差设定、脉宽调制周期设定与脉宽调制命令更新时间设定，所述脉宽调制载波产生组件根据所述控制组件提供的相位差设定与接收的脉宽调制周期设定产生第一组载波信号与第二组载波信号，脉宽调制命令更新电路根据所述控制组件接收的脉宽调制命令更新时间设定进行同步脉宽调制命令更新。
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