CN2284474Y

CN2284474Y - 全数字式交流永磁伺服电机驱动装置

Info

Publication number: CN2284474Y
Application number: CN96244517U
Authority: CN
Inventors: 秦晓平; 刘云辉; 尹彤; 廖阳
Original assignee: AUTOMATION INST MINISTRY OF ME
Current assignee: AUTOMATION INST MINISTRY OF ME
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1998-06-17
Anticipated expiration: 2006-12-06

Abstract

本实用新型公开了一种全数字式交流永磁伺服电机驱动装置,属于机电传动装置的控制设备领域。该装置由主CPU、从CPU、数据交换电路、PWM输出电路、磁极位置识别电路、位置控制电路等组成;磁极位置识别电路包括脉冲整形单元A、辨向倍频单元A、计数单元A,位置控制电路包括脉冲整形单元B、辨向倍频单元B、计数单元B。该驱动装置具有独立的位置控制功能,即可用于正弦波电流电机、又可用于方波电流电机,控制精度高、稳定性好。

Description

全数字式交流永磁伺服电机驱动装置

本实用新型涉及一种全数字式交流永磁伺服电机驱动装置，属于机电传动装置的控制设备领域。

由于模拟驱动装置只具备简单的位置脉冲传递功能和速度控制功能，伺服电机驱动装置趋向于朝数字化方向发展，但由于对应的伺服电机型式不同、额定转矩范围不同，各种伺服驱动装置的结构和功能不同，从而不能将同一种驱动装置广泛用于多种形式的电机。日本专利特开平7-39186公开了一种伺服电机控制装置，它解决了在装有增量式光电编码器的伺服电机上，不论它的换相脉冲信号CS与相间感应电势之间的相位差如何，都可以用同一个伺服电机驱动装置与之对应的问题。但这些装置的适用一般都有两个光电编码器与之对应，不能适用于不同类型的电机，且这些驱动装置无独立的位置控制功能，需与上位控制器配合使用才能进行位置控制，结构较复杂，影响控制精度。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种既能用于正弦波电流电机、又能用于方波电流电机、且具有独立的位置控制功能的全数字式交流永磁伺服电机驱动装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型全数字式交流永磁伺服电机驱动装置，包括主CPU、从CPU、数据交换电路、程序存贮器、键盘与显示电路、故障记录与保护电路、PWM输出电路、磁极位置识别电路，主CPU、从CPU分别接有各自的程序存贮器、A/D转换器、译码电路，二者通过数据交换电路相连，主CPU还接有键盘与显示电路、故障记录与保护电路及磁极位置识别电路，从CPU上接有PWM输出电路。从CPU上还接有位置控制电路，该电路包括脉冲整形单元B、辨向倍频单元B、计数单元B，电机码盘信号经脉冲整形单元B整形后，再经辨向倍频单元B后输出给计数单元B，计数单元B的输出接至从CPU。

位置控制电路中，所述的脉冲整形单元B是由电阻RP₁₁～RP₁₃、电容C₁₁～C₁₃、线接收器up₁₁组成，辨向倍频单元B由电阻RP₁₄～RP₁₇、电容C₁₄～C₁₇、辨向倍频器up₁₂、与非门up₁₃、up₁₄组成，所述的计数单元B由正逆计数器up₁₅～up₁₈组成，计数器up₁₅～up₁₈串接起来以扩容组成一大容量计数器；电机码盘信号A、B、Z、 A、 B、 Z经电阻RP₁₁～RP₁₃、电容C₁₁～C₁₃滤波后接至线接收器up₁₁的输入端，up₁₁对应于Z、 Z的输出接至计数器up₁₅～up₁₈的时钟端，对应于A、A、B、 B的输出接至辨向倍频器up₁₂的输入端，辨向倍频器up₁₂的输出经与非门up₁₃、up₁₄后接至计数器up₁₅的输入端，计数器up₁₅～up₁₈的输出同时接至CPU数据总线。

所述的磁极位置识别电路包括脉冲整形单元A、辨向倍频单元A、计数单元A三部分，脉冲整形单元A由电阻RP₁～RP₆、电容C₁～C₆、线接收器up₁、up₂组成，辨向倍频单元A由电阻RP₇～RP₁₀、电容C₇～C₁₀、辨向倍频器up₃、与非门up₄、up₅组成，计数单元A由正逆计数器up₆～up₉、数据选择器up₁₀组成，计数器up₆～up₉串接以扩容组成一大容量计数器，计数器up₆的输出与数据选择器up₁₀的一组输入端相连；电机码盘信号φ₁～φ₃、 φ₁～ φ₃经电阻RP₄～RP₆、电容C₄～C₆滤波后接至线接收器up₂的输入端，up₂的输出与数据选择器up₁₀的另一组输入端相连；电机码盘信号A、B、Z、 A、 B、 Z经电阻RP₁～RP₃、电容C₁～C₃滤波后接至线接收器up₁的输入端，up₁对应于Z、 Z的输出接至计数器up₆～up₉的时钟端，对应于A、 A、B、 B的输出接至辨向倍频器up₃的输入端，up₃的输出经与非门up₄、up₅后接至计数器up₆的输入端，数据选择器up₁₀的输出及计数器up₇～up₉的输出与主CPU数据总线相连。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

附图1所示为本实用新型驱动装置原理框图。

附图2所示为本实用新型驱动装置的位置控制电路电路图。

附图3所示为本实用新型驱动装置的磁极位置识别电路电路图。

本实用新型全数字式交流永磁伺服电机驱动装置，包括一个主CPU、一个从CPU、数据交换电路、程序存贮器、键盘与显示电路、故障记录与保护电路、PWM输出电路、磁极位置识别电路、位置控制电路。主CPU执行与用户操作、位置闭环、速度闭环有关的任务，从CPU执行与电流闭环有关的任务，主CPU、从CPU分别接有各自的程序存贮器、译码电路，二者通过数据交换电路相连，主CPU上还接有键盘与显示电路、故障记录与保护电路及磁极位置识别电路，模拟转速设定信号通过A/D转换器与主CPU相连。从CPU上接有PWM输出电路和位置控制电路，电流反馈信号通过A/D转换器与从CPU相连。位置控制电路包括脉冲整形单元B、辨向倍频单元B、计数单元B。脉冲整形单元B由电阻RP₁₁～RP₁₃、电容C₁₁～C₁₃、线接收器up₁₁(MC3486)组成，电机码盘信号Z、 Z、B、 B、A、 A分别与up₁₁的2、1、6、7、10、9输入端相连，电阻RP₁₁～RP₁₃、电容C₁₁～C₁₃分成三组串接后分别接在up₁₁的2与1、6与7、10与9输入端之间；辨向倍频单元B由电阻RP₁₄～RP₁₇、电容C₁₄～C₁₇、辨向倍频器up₁₂(C5194)、与非门up₁₃、up₁₄组成，up₁₂的2、10、12、15端子分别串接电容C₁₄、C₁₅、C₁₆、C₁₇后与地相接，up₁₂的1、7、5、4端子分别串接电阻RP₁₄～RP₁₇后再分别与电容C₁₄～C₁₇串联；计数单元B由正逆计数器up₁₅～up₁₈(74ALS193)组成，up₁₅的12、13输出端分别与up₁₆的5、4输入端相连，up₁₆的12、13端与up₁₇的5、4端相连，up₁₇的12、13端与up₁₈的5、4端相连，从而四片正逆计数器串接而成一大容量计数单元，各计数器的1、9、10、15端均接地。电机码盘信号A、B、Z、 A、 B、 Z经电阻RP₁₁～RP₁₃、电容C₁₁～C₁₃滤波后接至线接收器up₁₁的输入端，up₁₁对应于Z、 Z的输出接至计数器up₁₅～up₁₈的时钟端14端，对应于A、 A、B、 B的输出接至辨向倍频器up₁₂的3、6端，up₁₂的输出13、14分别作为与非门up₁₃、up₁₄的一个输入信号，up₁₂的倍频输出11端同时接至与非门up₁₃、up₁₄的另一个输入端，与非门的输出接至计数器up₁₅的5、4输入端，计数器up₁₅～up₁₈的2、3、6、7输出端同时接至从CPU数据总线。以电机轴上的光电编码器的输出脉冲A、B、Z作为位置反馈量，经过脉冲整形单元B、辨向倍频单元B、计数单元B处理后获得实际位置信号，以手摇脉冲发生器或其它脉冲信号作为外部位置给定值，由从CPU进行比例运算后得到位置偏差信号从而产生速度给定值，控制电机单轴运动，实现位置控制功能，辨向倍频器up₁₂的采用可提高精确度。磁极位置识别电路包括脉冲整形单元A、辨向倍频单元A、计数单元A三部分；脉冲整形单元A由电阻RP₁～RP₆、电容C₁～C₆、线接收器up₁、up₂(MC3486)组成，电机码盘信号Z、 Z、B、 B、A、 A分别与up₁的2、1、6、7、10、9端相连，电阻RP₁～RP₃、电容C₁～C₃分成三组串接后分别接在up₁的2与1、6与7、10与9输入端之间，电机码盘信号φ₁、 φ₁、φ₂、 φ₂、φ₃、 φ₃分别与up₂的2、1、6、7、10、9端相连，电阻RP₄～RP₆、电容C₄～C₆分成三组串接后分别接在up₂的2与1、6与7、10与9输入端之间，up₂的输出端AO、BO、CO接至数据选择器up₁₀的一组输入端；辨向倍频单元A由电阻RP₇～RP₁₀、电容C₇～C₁₀，辨向倍频器up₃(C5194)、与非门up₄、up₅组成，up₃的2、10、12、15端子分别串接电容C₇～C₁₀后与地相接，up₃的1、7、5、4端分别串接电阻RP₇～RP₁₀后再分别与电容C₇～C₁₀串接；计数单元A由正逆计数器up₆～up₉(74ALS193)、二选一数据选择器up₁₀(74ALS157)组成，up₆的12、13输出端分别与up₇的5、4输入端相连，up₇的12、13端分别与up₈的5、4端相连，up₈的12、13端分别与up₉的5、4端相连，从而四个正逆计数器up₆～up₉组成一大容量计数器，各计数器的1、9、10、15端均接地，计数器up₆的输出端2、3、6、7接至数据选择器up₁₀的另一组输入端。电机码盘信号A、B、Z、 A、 B、 Z经电阻RP₁～RP₃、电容C₁～C₃滤波后接至线接收器up₁的输入端，up₁的对应于Z、 Z的输出接至计数器up₆～up₉的时钟端14，对应于A、 A、B、 B的输出接至辨向倍频器up₃的3、6端，up₃的输出13、14分别作为与非门up₄、up₅的一个输入信号，up₃的倍频输出11端同时接至与非门up₄、up₅的另一个输入端，与非门的输出接至计数器up₆的5、4端，计数器up₆的输出接至数据选择器up₁₀的B组输入端，up₁₀的输出与主CPU数据总线相连，计数器up₇～up₉的输出直接与主CPU数据总线相连。对方波电流电机可直接利用φ₁、φ₂、φ₃信号判断电机磁极位置；对正弦波电流电机，将A、B信号进行辨向倍频后输入正逆计数器即可获得连续的磁极位置信号，Z信号用来给计数器清零。

本实用新型驱动装置相比于现有技术具有如下优点：由于磁极位置识别电路的改进，使得只需一个光电编码器与之适应，简化了结构，且既可用于正弦波电流电机，又可用于方波电流电机，适用范围很广；由于新增加了位置控制电路，使得该驱动装置具有了独立的位置控制功能。

Claims

1.一种全数字式交流永磁伺服电机驱动装置，包括主CPU、从CPU、数据交换电路、程序存贮器、键盘与显示电路、故障记录与保护电路、PWM输出电路、磁极位置识别电路，主CPU、从CPU分别接有各自的程序存贮器、A/D转换器、译码电路，二者通过数据交换电路相连，主CPU还接有键盘与显示电路、故障记录与保护电路及磁极位置识别电路，从CPU上接有PWM输出电路，其特征在于：从CPU上还接有位置控制电路，该电路包括脉冲整形单元B、辨向倍频单元B、计数单元B，电机码盘信号经脉冲整形单元B整形后，再经辨向倍频单元B后输出给计数单元B，计数单元B的输出接至从CPU。

2.根据权利要求1所述的全数字式交流永磁伺服电机驱动装置，其特征在于：位置控制电路中，所述的脉冲整形单元B是由电阻RP₁₁-RP₁₃、电容C₁₁～C₁₃、线接收器up₁₁组成，辨向倍频单元B由电阻RP₁₄～RP₁₇、电容C₁₄～C₁₇、辨向倍频器up₁₂、与非门up₁₃、up₁₄组成，所述的计数单元B由正逆计数器up₁₅～up₁₈组成，计数器up₁₅～up₁₈串接起来以扩容组成一大容量计数器；电机码盘信号A、B、Z、 A、B、 Z经电阻RP₁₁～RP₁₃、电容C₁₁～C₁₃滤波后接至线接收器up₁₁的输入端，up₁₁对应于Z、 Z的输出接至计数器up₁₅～up₁₈的时钟端，对应于A、 A、 B、B的输出接至辨向倍频器up₁₂的输入端，辨向倍频器up₁₂的输出经与非门up₁₃、up₁₄后接至计数器up₁₅的输入端，计数器up₁₅～up₁₈的输出同时接至CPU数据总线。

3.根据权利要求1所述的全数字式交流永磁伺服电机驱动装置，其特征在于：所述的磁极位置识别电路包括脉冲整形单元A、辨向倍频单元A、计数单元A三部分，脉冲整形单元A由电阻RP₁～RP₆、电容C₁～C₆、线接收器up₁、up₂组成，辨向倍频单元A由电阻RP₇～RP₁₀、电容C₇～C₁₀、辨向倍频器up₃、与非门up₄、up₅组成，计数单元A由正逆计数器up₆～up₉、数据选择器up₁₀组成，计数器up₆～up₉串接以扩容组成一大容量计数器，计数器up₆的输出与数据选择器up₁₀的一组输入端相连；电机码盘信号φ₁～φ₃、 φ₁～ φ₃经电阻RP₄～RP₆、电容C₄～C₆滤波后接至线接收器up₂的输入端，up₂的输出与数据选择器up₁₀的另一组输入端相连；电机码盘信号A、B、Z、 A、 B、 Z经电阻RP₁～RP₃、电容C₁～C₃滤波后接至线接收器up₁的输入端，up₁对应于Z、 Z的输出接至计数器up₆～up₉的时钟端，对应于A、 A、B、 B的输出接至辨向倍频器up₃的输入端，up₃的输出经与非门up₄、up₅后接至计数器up₆的输入端，数据选择器up₁₀的输出及计数器up₇～up₉的输出与主CPU数据总线相连。