CN213937782U - 一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器 - Google Patents
一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，包括依次连接的控制芯片、算法芯片和功率驱动电路；控制芯片通过外部交互接口与外部进行交互；算法芯片为装载若干现有控制算法、并且支持并行处理的芯片，算法芯片通过信号接口从控制芯片获取控制算法所需的信号，向功率驱动电路输出电机运动控制信号；功率驱动电路将电机运动控制信号放大，并通过外部电机接口输出，用以驱动电机。本实用新型通过控制芯片和算法芯片，将现有伺服驱动器的控制和算法部分分开，并且算法芯片支持并行处理，可输出高频率的PWM及高频率的电流环，可以很好的驱动电感量较小的电机。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，属于工业控制领域。
背景技术
目前主流的伺服驱动器其主控芯片通常采用微控制单元又称单片机，由于微控制单元自身性能有限，以及实现电机矢量控制算法需要大量运算，在此基础上还要实现速度环和位置环控制算法以实现对电机进行速度和位置控制的目的，同时主控芯片需要完成检测驱动器运行状态以及与外部控制器进行通信等工作，导致伺服驱动器输出PWM频率和电流环频率通常低于15kHz,这个频率可驱动电感量中、高等的电机，但不能很好的驱动电感量较小的电机。
实用新型内容
本实用新型提供了一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，包括依次连接的控制芯片、算法芯片和功率驱动电路；
控制芯片通过外部交互接口与外部进行交互；
算法芯片为装载若干现有控制算法、并且支持并行处理的芯片，算法芯片通过信号接口从控制芯片获取控制算法所需的信号，向功率驱动电路输出电机运动控制信号；
功率驱动电路将电机运动控制信号放大，并通过外部电机接口输出，用以驱动电机。
外部交互接口包括IO接口、控制器通信接口和串口，其中，控制器通信接口和串口分别外接外部控制器和上位机。
控制芯片还连接外部数码管和外部旋转编码开关。
信号接口包括编码器接口、模拟信号接口、脉冲方向接口和连接接口；
其中，编码器接口、模拟信号接口、脉冲方向接口为外部接口；编码器接口外接电机的增量式编码器；模拟信号接口外接模拟控制信号；脉冲方向接口外接脉冲方向控制信号；
连接接口为内部接口，连接算法芯片和功率驱动电路，用以向功率驱动电路输出电机运动控制信号，向算法芯片反馈功率驱动电路三相输出中两相上的电压采样信号。
连接接口通过运放向算法芯片反馈功率驱动电路三相输出中两相上的电压采样信号。
还包括外部电源接口，外部电源接口外接电源，外部电源接口输入的一路电源通过电压转换后分别向控制芯片、算法芯片以及功率驱动电路的开关管驱动供电，外部电源接口输入的另一路电源直接给功率驱动电路的开关管供电。
还包括壳体，控制芯片、算法芯片和功率驱动电路均设置在壳体内，所有外部部件均设置在壳体正面。
壳体侧边设置有通风口，壳体底部设置有固定所述低压伺服驱动器的固定板。
本实用新型所达到的有益效果：本实用新型通过控制芯片和算法芯片，将现有伺服驱动器的控制和算法部分分开，并且算法芯片支持并行处理，可输出高频率的PWM及高频率的电流环，可以很好的驱动电感量较小的电机。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图；
图2为本实用新型的前视图；
图3为本实用新型的侧视图；
图4为本实用新型的底部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，包括依次连接的控制芯片、算法芯片和功率驱动电路，其中控制芯片和算法芯片设置在伺服控制板上，功率驱动电路设置在伺服驱动板上。
控制芯片为微控制单元（Microprocessor Control Unit, MCU, 又称单片机，后续简称MCU），MCU集成有IO口、通信接口和串口，MCU通过这些集成的接口外接外部交互接口、外部数码管4和外部旋转编码开关1。
外部交互接口设置在伺服控制板上，包括IO接口、控制器通信接口和串口；其中，IO接口、外部数码管4和外部旋转编码开关1均连接IO口；IO接口用以完成特定的输入输出功能，包括回零限位、正限位、负限位、报警输出、使能输入以及用户自定义；外部数码管4用以显示当前站号、错误码等；外部旋转编码开关1的开关输入信号作为与MCU通信的站号；串口连接串口，外接上位机，通过上位机对低压伺服驱动器进行参数读写及调试等操作，控制器通信接口连接通信接口，外接外部控制器，控制器通信接口包括CAN、RS485、Ethernet其中一个或多个，分别支持CANOpen、ModBus、Ethercat通信协议。
控制芯片通过外部交互接口与外部进行交互、设置算法芯片的寄存器，使算法芯片运行相应的控制算法。
算法芯片为FPGA，支持并行处理，并且内部装载若干现有控制算法，具体为电机矢量控制算法、速度环控制算法和位置环控制算法。算法芯片通过信号接口从控制芯片获取控制算法所需的信号，向功率驱动电路输出电机运动控制信号。
信号接口包括编码器接口、模拟信号接口、脉冲方向接口和连接接口；算法芯片内部集成有编码器引擎、多路ADC（数模转换器）、脉冲方向接口，由于算法芯片集成多路ADC，因此不必在外部使用独立的ADC芯片，可节省成本和空间。
编码器接口、模拟信号接口、脉冲方向接口为外部接口；编码器接口外接电机的增量式编码器，编码器接口与编码器引擎连接，编码器引擎对增量式编码器信号和霍尔信号进行解码，用于电机矢量控制算法、速度环控制算法速度反馈和位置环控制算法位置反馈；模拟信号接口外接模拟控制信号，模拟信号接口与ADC连接，将转换后的模拟信号作为速度环控制算法的目标速度；脉冲方向接口外接脉冲控制信号，与集成的脉冲方向接口连接，解码外部输入的脉冲方向信号，作为位置环控制算法的目标位置。
连接接口为内部接口，连接算法芯片和功率驱动电路，包括配合的连接伺服驱动板接口和连接伺服控制板接口，连接伺服驱动板接口设置在伺服控制板上，连接伺服控制板接口设置在伺服驱动板上。
连接接口用以向功率驱动电路输出电机运动控制信号，依次通过运放和ADC向算法芯片反馈功率驱动电路三相输出中两相上的电压采样信号，用于电机矢量控制。
功率驱动电路包括基于开关管的三相逆变桥和开关管驱动，开关管采用MOS管，功率驱动电路将电机运动控制信号放大，并通过外部电机接口6输出，用以驱动电机。
外部电机接口6设置在伺服驱动板上，伺服驱动板上还设置有外部电源接口5，外部电源接口5外接电源，具体为直流电源，外部电源接口5输入的一路电源通过电压转换后分别向控制芯片、算法芯片以及功率驱动电路的开关管驱动供电，具体通过连接接口向控制芯片、算法芯片供电，外部电源接口5输入的另一路电源直接给功率驱动电路的开关管供电。
三相逆变桥三相输出中的两相连接有采样电阻，采样电阻两端的电压采样信号，通过连接接口反馈给算法芯片。
如图2~4所示，上述低压伺服驱动器还包括壳体，控制芯片、算法芯片和功率驱动电路均设置在壳体内，所有外部部件均设置在壳体正面。
其中，伺服驱动器站号由两个十进制旋转编码开关1输入，可输入1到99之间的任意站号，99个站号已经适用于绝大部分使用场景。如果需要的站号大于99，则将旋转编码开关1输入调为0，并使用上位机修改伺服驱动器站号寄存器为自己想要的站号即可，输入站号用于现场总线通信。SCSI接口2是一个26Pin接口端子，伺服控制板的外部接口中的编码器接口、IO接口、方向脉冲接口、模拟信号接口包含于SCSI接口2，通过SCSI接口2输入。双网口3包含控制器通信接口和串口，单个网口一般是8Pin，伺服驱动器于外部控制器通信通过现场总线，现场总线通信一般占用2根或4根信号线，伺服驱动器于上位机通过串口，串口通信占用3根信号线；串口和控制器通信接口一般不同时使用，所以控制器通信接口和串口也可以包含在一个网口中。双网口3便于伺服驱动器之间现场总线通信级联，其中一个网口作为输入，另一个网口作为输出。
壳体侧边开有通风口7，通风口7用于散热，伺服驱动器平时工作时，功率驱动单元中MOSFET管会发热，热量可以通过通风口7排出。当MOSFET管发热量较大时，为不损坏MOSFET管，就需要外部安装风扇增加MOSFET管周围空气流动，通过通风口7将热量及时排出。
壳体底部固定有固定所述低压伺服驱动器的固定板8，固定板8有四个通孔，两个通孔用于将固定板8固定于伺服驱动器的外壳底部，伺服驱动器的外壳底部有对应的固定孔，另两个通孔可用于伺服驱动器的安装固定。两块固定板8即可完成伺服驱动器安装固定。
本实用新型通过控制芯片和算法芯片，将现有伺服驱动器的控制和算法部分分开，并且算法芯片支持并行处理，可输出高频率的PWM及高频率的电流环，可以很好的驱动电感量较小的电机。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，其特征在于：包括依次连接的控制芯片、算法芯片和功率驱动电路；
控制芯片通过外部交互接口与外部进行交互；
算法芯片为装载若干现有控制算法、并且支持并行处理的芯片，算法芯片通过信号接口从控制芯片获取控制算法所需的信号，向功率驱动电路输出电机运动控制信号；
功率驱动电路将电机运动控制信号放大，并通过外部电机接口输出，用以驱动电机。
2.根据权利要求1所述的一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，其特征在于：外部交互接口包括IO接口、控制器通信接口和串口，其中，控制器通信接口和串口分别外接外部控制器和上位机。
3.根据权利要求1所述的一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，其特征在于：控制芯片还连接外部数码管和外部旋转编码开关。
4.根据权利要求1所述的一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，其特征在于：信号接口包括编码器接口、模拟信号接口、脉冲方向接口和连接接口；
其中，编码器接口、模拟信号接口、脉冲方向接口为外部接口；编码器接口外接电机的增量式编码器；模拟信号接口外接模拟控制信号；脉冲方向接口外接脉冲方向控制信号；
连接接口为内部接口，连接算法芯片和功率驱动电路，用以向功率驱动电路输出电机运动控制信号，向算法芯片反馈功率驱动电路三相输出中两相上的电压采样信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，其特征在于：连接接口通过运放向算法芯片反馈功率驱动电路三相输出中两相上的电压采样信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，其特征在于：还包括外部电源接口，外部电源接口外接电源，外部电源接口输入的一路电源通过电压转换后分别向控制芯片、算法芯片以及功率驱动电路的开关管驱动供电，外部电源接口输入的另一路电源直接给功率驱动电路的开关管供电。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，其特征在于：还包括壳体，控制芯片、算法芯片和功率驱动电路均设置在壳体内，所有外部部件均设置在壳体正面。
8.根据权利要求7所述的一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器，其特征在于：壳体侧边设置有通风口，壳体底部设置有固定所述低压伺服驱动器的固定板。
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| CN202022923046.4U CN213937782U (zh) | 2020-12-09 | 2020-12-09 | 一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器 |
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Cited By (2)
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| CN112468046A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-03-09 | 苏州行远志成自动化科技有限公司 | 一种基于多伺服接口的低压伺服驱动器 |
| CN115133821A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-30 | 东莞稳控自动化技术有限公司 | 一种模板机驱控一体化电箱 |
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