一種三通道伺服控制驅動器的製造方法
2024-03-07 00:20:15 1
一種三通道伺服控制驅動器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種三通道伺服控制驅動器，用於解決現有的伺服電機控制驅動系統存在組成單機多，不利於系統小型化和輕量化、成本高的問題。本發明提供的三通道伺服控制驅動器包括通訊板和三個驅動控制單元；所述通訊板通過RS-232總線與計算機連接，還分別通過CAN總線與三個驅動控制單元連接，用於實現計算機和所述驅動控制單元之間的數據通信；各驅動控制單元還通過RS-422總線與控制系統連接，輸出端還與待驅動的伺服機構連接；用於將位置、速度、電流信號轉換為驅動信號輸出。驅動器將一個伺服控制器和三個伺服驅動器集成在一起，實現三通道機電伺服系統的驅動控制，提高了系統集成度，安裝空間小，系統重量輕，節約生產成本。
【專利說明】
—種三通道伺服控制驅動器
【技術領域】
[0001]本發明涉及伺服控制【技術領域】，特別是指一種三通道伺服控制驅動器。
【背景技術】
[0002]隨著磁性材料、電力電子器件和數字處理器技術的發展，高性能電機與現代控制技術相結合，使機電伺服技術迅速崛起。機電伺服系統的應用越來越廣泛，同時對其的集成度和可靠性要求也越來越高。
[0003]傳統的航天多通道機電伺服系統伺服驅動器多採用「一拖一」方案，即三通道伺服電機控制驅動系統一般由一臺伺服控制器，三臺伺服驅動器和三臺伺服機構組成。這種伺服電機控制驅動系統存在組成單機多，不利於系統小型化和輕量化、成本高的問題。
【發明內容】
[0004]為了解決現有伺服電機控制驅動系統組成單機數量多，不利於系統小型化，重量大、成本高的問題，本發明提供一種三通道伺服控制驅動器，該驅動器集成了一臺伺服控制器和三臺伺服驅動器的功能，可用於驅動三臺伺服電機，減少了現有伺服電機控制驅動系統的單機數量，提高了系統的比功率，適應了大功率機電伺服系統小型化、高可靠性的發展需求。
[0005]本發明提供的一種三通道伺服控制驅動器，包括:通訊板和三個驅動控制單元；所述通訊板通過RS-232總線與計算機連接，還分別通過CAN總線與所述三個驅動控制單元連接，用於實現計算機和所述驅動控制單元之間的數據通信；各所述驅動控制單元還通過RS-422總線與控制系統連接，各所述驅動控制單元的驅動信號輸出端與待驅動的伺服機構連接；各所述驅動控制單元根據所述控制系統發來的指令信號，運行位置、速度、電流三環控制算法得到6路PWM信號，並將所述6路PWM信號轉換為驅動信號輸出；所述驅動控制單元還將其驅動的伺服機構返回的反饋信號回送給所述控制系統。
[0006]其中，所述通訊板包括RS-232總線接口電路、第一 CAN總線接口電路、第一 DSP及外圍電路、第一二次電源變換電路；所述第一 DSP及外圍電路與所述RS-232總線接口電路連接，所述RS-232總線接口電路通過RS-232總線與所述計算機連接；所述第一 DSP及外圍電路還與所述第一 CAN總線接口電路連接，所述第一 CAN總線接口電路通過CAN總線與所述驅動控制單元連接；所述第一二次電源變換電路與當前通訊板中需供電的所有元器件連接，為其提供二次電源。
[0007]其中，每個所述驅動控制單元包括一塊控制板和一塊功率板；所述控制板包括RS-422總線接口電路、第二 CAN總線接口電路、第二 DSP及外圍電路、第二二次電源變換電路、旋變解碼電路、存儲器電路、A/D變換電路、D/A變換電路和信號處理電路；所述第二二次電源變換電路與當前控制板中需供電的所有部件連接，為其提供電源；所述存儲器電路與所述第二DSP及外圍電路連接；所述D/A變換電路與所述第二DSP及外圍電路連接；所述第二 DSP及外圍電路還與所述第二 CAN總線接口電路連接，所述第二 CAN總線接口電路通過CAN總線與所述通訊板連接；所述A/D變換電路分別與所述第二DSP及外圍電路、信號處理電路連接，需要計算的電流信號依次經所述信號處理電路處理、所述A/D變換電路進行A/D變換後提供給所述第二 DSP及外圍電路；所述旋變解碼電路與所述第二 DSP及外圍電路連接，用於將需要計算的速度信號和位置信號轉換為相應的數位訊號後提供給第二 DSP及外圍電路；所述第二 DSP及外圍電路與所述RS-422總線接口電路連接，所述RS-422總線接口電路通過RS-422總線與所述控制系統連接，所述第二 DSP及外圍電路通過RS-422總線接收所述控制系統發來的指令信號，根據所述控制系統發來的指令信號以及收到的位置信號、速度信號、電流信號，運行位置、速度、電流三環控制算法，得到6路PWM信號輸出至所述功率板；所述功率板用於將收到的6路PWM信號轉換為驅動信號輸出。
[0008]其中，所述功率板包括隔離電路、驅動電路、功率主電路、電流採集及變換電路、開關電源變換電路；所述隔離電路輸入端與所述控制板連接，輸出端與所述驅動電路輸入端連接，所述驅動電路輸出端與所述功率主電路連接；所述電流採集及變換電路與所述功率主電路連接，用於採集經所述功率主電路的2相電流信號；所述開關電源變換電路分別與所述隔離電路、驅動電路連接，用於為其提供電源。
[0009]其中，每個所述驅動控制單元的功率板中的所述功率主電路包括三相全橋電路和吸收緩衝電路；所述三相全橋電路包括六個MOSFET管，所述吸收緩衝電路為C型吸收緩衝電路，且所述三相全橋電路的每對橋臂並聯一組所述C型吸收緩衝電路。
[0010]上述任一種三通道伺服控制驅動器還包括殼體，所述通訊板和驅動控制單元設置於所述殼體內。
[0011]其中，所述殼體包括殼體底板、殼體左側板、殼體右側板和殼體蓋板；所述殼體底板、殼體左側板、殼體右側板均為平板形狀，所述殼體蓋板為「U」字型形狀；所述殼體蓋板通過螺釘固定在所述殼體底板和殼體左側板、殼體右側板上，所述殼體底板和殼體左側板、殼體右側板之間也固定連接，形成方形殼體。
[0012]其中，所述通訊板通過螺釘固定於所述殼體蓋板正對所述殼體底板的一個內表面上。
[0013]其中，所述驅動控制單元還包括連接柱；所述功率板通過四個連接柱固定安裝在所述殼體底板上，所述控制板通過四個連接柱固定安裝在所述功率板之上。
[0014]其中，所述驅動控制單元還包括散熱器；所述功率板上的功率器件通過螺釘固定在所述散熱器前表面上，所述散熱器下表面通過螺釘與所述殼體底板內表面連接。
[0015]其中，所述殼體左側板上設置有控制插座、調試插座和動力電源插座，且所述殼體左側板與所述控制插座、調試插座和動力電源插座之間裝有導電密封墊。
[0016]其中，所述殼體右側板上設置有反饋信號插座、第一電機插座、第二電機插座和第三電機插座，且所述殼體右側板與所述反饋信號插座、第一電機插座、第二電機插座和第三電機插座之間裝有導電密封墊。
[0017]本發明的上述技術方案的有益效果如下:
[0018]本發明提供的三通道伺服控制驅動器將一個伺服控制器和三個伺服驅動器集成在一起，實現三通道機電伺服系統的驅動控制，提高了系統集成度，有效降低安裝空間需求，減小系統重量，簡化原有電氣連接，節約生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例提供的一種三通道伺服控制驅動器簡要結構示意圖；
[0020]圖2為圖1中的通訊板I的優選實施結構示意圖；
[0021]圖3為圖1中的驅動控制單元2的優選實施結構示意圖；
[0022]圖4為圖3中的功率板22的優選實施結構示意圖；
[0023]圖5為去掉殼體蓋板後的三通道伺服控制驅動器的俯視圖；
[0024]圖6完整的三通道伺服控制驅動器的左視圖。
[0025][附圖標記說明]
[0026]1、通訊板；
[0027]2、驅動控制單元；
[0028]3、計算機；
[0029]4、控制系統；
[0030]5、殼體；
[0031]6、連接柱；
[0032]7、散熱器；
[0033]8、控制插座；
[0034]9、調試插座；
[0035]10、動力電源插座；
[0036]11、反饋信號插座；
[0037]12、第一電機插座；
[0038]13、第二電機插座；
[0039]14、第三電機插座；
[0040]15、導電密封墊；
[0041]16、三通道伺服控制驅動器；
[0042]17、MOSFET 管；
[0043]21、控制板；
[0044]22、功率板；
[0045]51、殼體底板；
[0046]52、殼體左側板；
[0047]53、殼體右側板；
[0048]54、殼體蓋板；
[0049]101、RS-232 總線接口電路；
[0050]102、第一 CAN總線接口電路；
[0051]103、第一 DSP及外圍電路；
[0052]104、第一二次電源變換電路；
[0053]211、RS-422 總線接口電路；
[0054]212、第二 CAN總線接口電路；
[0055]213、第二 DSP及外圍電路；
[0056]214、第二二次電源變換電路；
[0057]215、旋變解碼電路；
[0058]216、存儲器電路；
[0059]217、A/D 變換電路；
[0060]218、D/A 變換電路；
[0061]219、信號處理電路；
[0062]221、隔離電路；
[0063]222、驅動電路；
[0064]223、功率主電路；
[0065]224、電流採集及變換電路；
[0066]225、開關電源變換電路；
【具體實施方式】
[0067]為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0068]圖1為本發明實施例提供的一種三通道伺服控制驅動器簡要結構示意圖，如圖1中所示，該三通道伺服控制驅動器16包括:通訊板I和三個驅動控制單元2。
[0069]其中，通訊板I通過RS-232總線與計算機3連接，還分別通過CAN總線與三個驅動控制單元2連接，用於實現計算機3和驅動控制單元2之間的數據通信。各驅動控制單元2還通過RS-422總線與當前伺服系統中的控制系統4連接，各驅動控制單元2的驅動信號輸出端與待驅動的伺服機構連接，例如圖1中所示的三個驅動控制單元2的輸出端分別連接伺服機構A、伺服機構B、伺服機構C。每個驅動控制單元2根據控制系統4發來的指令信號，運行位置、速度、電流三環控制算法得到6路PWM信號，並將6路PWM信號轉換為驅動信號輸出，驅動控制單元2還將其驅動的伺服機構返回的反饋信號回送給控制系統4。
[0070]圖2所示為圖1中的通訊板I的優選實施結構示意圖，如圖2中所示，通訊板I包括RS-232總線接口電路101、第一 CAN總線接口電路102、第一 DSP及外圍電路103、第一二次電源變換電路104。其中，第一 DSP及外圍電路103與RS-232總線接口電路101連接，RS-232總線接口電路101通過RS-232總線與計算機3連接；第一 DSP及外圍電路103還與第一 CAN總線接口電路102連接，第一 CAN總線接口電路102通過CAN總線與驅動控制單元2連接；第一二次電源變換電路104與當前通訊板I中需供電的所有元器件連接，為其提供二次電源。具體地，通訊板I通過RS-232總線接收計算機3的信號，該信號經過通訊板I處理後，再通過CAN總線分別發送給三個驅動控制單元2，從而使用戶通過計算機對每個驅動控制單元2的參數進行設置。同時，通訊板I通過CAN總線接收來自三個驅動控制單元2的參數信息，信息經過通訊板I處理後，通過RS-232總線送給計算機3，從而實現計算機3對當前三通道伺服控制驅動器控制參數的顯示。
[0071]優選地，第一 DSP及外圍電路103中的DSP採用TMS320LF2812。
[0072]圖3所示為圖1中的驅動控制單元2的優選實施結構示意圖，如該圖中所示:每個驅動控制單兀2包括一塊控制板21和一塊功率板22。
[0073]圖3中，控制板21包括RS-422總線接口電路211、第二 CAN總線接口電路212、第二 DSP及外圍電路213、第二二次電源變換電路214、旋變解碼電路215、存儲器電路216、A/D變換電路217、D/A變換電路218和信號處理電路219。其中，第二二次電源變換電路214與當前控制板21中需供電的所有部件(如第二 DSP及外圍電路213、旋變解碼電路215、存儲器電路216、A/D變換電路217、D/A變換電路218和信號處理電路219)連接，為這些部件提供電源。存儲器電路216與第二 DSP及外圍電路213連接，用於存儲第二 DSP及外圍電路213工作所需的相關程序及過程參數等。D/A變換電路218與第二 DSP及外圍電路213連接；第二 DSP及外圍電路213還與第二 CAN總線接口電路212連接，第二 CAN總線接口電路212通過CAN總線與通訊板I連接；A/D變換電路217分別與第二 DSP及外圍電路213、信號處理電路219連接，需要計算的信號(如相電流信號、直流母線電壓信號、位移反饋信號)依次經信號處理電路219處理、A/D變換電路217進行A/D變換後得到數位訊號提供給第二 DSP及外圍電路213。旋變解碼電路215與第二 DSP及外圍電路213連接，用於將需要計算的速度信號和位置信號轉換為相應的數字速度信號、數字位置信號後提供給第二 DSP及外圍電路213 ;第二 DSP及外圍電路213與RS-422總線接口電路211連接，RS-422總線接口電路211通過RS-422總線與控制系統4連接，第二 DSP及外圍電路213通過RS-422總線接收控制系統4發來的指令信號，根據控制系統4發來的指令信號以及收到的數字位置信號、數字速度信號、數字電流信號，運行預先存儲的位置、速度、電流三環控制算法，得到6路PWM信號輸出至功率板22。最後功率板22將控制板21發來的6路P麗信號轉換為驅動信號輸出。此外，控制板21在輸出驅動信號後通過RS-422總線向控制系統4回送遙測信號。
[0074]圖4為圖3中的功率板22的優選實施結構示意圖，如圖4所示，功率板22包括隔離電路221、驅動電路222、功率主電路223、電流採集及變換電路224、開關電源變換電路225。其中，隔離電路221輸入端與控制板21連接，輸出端與驅動電路222輸入端連接，驅動電路222輸出端與功率主電路223連接；電流採集及變換電路224與功率主電路223連接，用於採集經功率主電路223的2相電流信號；開關電源變換電路225分別與隔離電路221、驅動電路222連接，用於為其提供電源。
[0075]優選地，每個驅動控制單元2的功率板22中的功率主電路223包括三相全橋電路和吸收緩衝電路，所述三相全橋電路包括六個MOSFET管，則本發明提供的三通道伺服控制驅動器中一共包括18個MOSFET管。優選地，吸收緩衝電路為C型吸收緩衝電路，所述三相全橋電路的每對橋臂並聯一組C型吸收緩衝電路，該C型吸收緩衝電路主要用於實現三相全橋逆變過程中的浪湧電壓吸收和功率器件保護功能。
[0076]優選地，為了使本發明提供的三通道伺服控制驅動器進一步集成化，本發明提供的三通道伺服控制驅動器還包括殼體，通訊板和驅動控制單元設置於殼體內。
[0077]優選地，殼體包括殼體底板、殼體左側板、殼體右側板和殼體蓋板。圖5所不為去掉殼體蓋板後的三通道伺服控制驅動器的俯視圖，圖6所示為三通道伺服控制驅動器的左視圖。
[0078]如圖5和圖6中所不,殼體5為方形,殼體底板51、殼體左側板52、殼體右側板53均為平板形狀，殼體蓋板54為「U」字型形狀；殼體蓋板54通過螺釘固定在殼體底板51和殼體左側板52、殼體右側板53上，殼體底板51和殼體左側板52、殼體右側板53之間也固定連接。
[0079]優選地,如圖6所不,通訊板I通過螺釘固定於殼體蓋板54正對殼體底板51的一個內表面上。
[0080]優選地，驅動控制單元2還包括連接柱6 ;功率板22通過四個連接柱6直接固定安裝在殼體底板51上，控制板21通過四個連接柱6固定安裝在功率板22之上，或者，更為優選地，如圖6所示，驅動控制單元2還包括散熱器7 ;功率板22上的功率器件通過螺釘固定在散熱器7的前表面上，散熱器7下表面通過螺釘與殼體底板51內表面連接，即所述功率板22上的MOSFET管17通過螺釘固定在散熱器7上。
[0081]優選地,如圖6所不,殼體左側板52上設置有控制插座8、調試插座9和動力電源插座10 ;且為了提高伺服控制驅動器的屏蔽性和密封性，在殼體左側板52與控制插座8、調試插座9和動力電源插座10之間裝有導電密封墊15。
[0082]優選地,如圖6所不,殼體右側板53上設置有反饋信號插座11、第一電機插座12、第二電機插座13和第三電機插座14，且為了提高伺服控制驅動器的屏蔽性和密封性，殼體右側板53與反饋信號插座11、第一電機插座12、第二電機插座13和第三電機插座14之間裝有導電密封墊15。
[0083]上述方案中，將一個伺服控制器和三個伺服驅動器集成在一起作為三通道伺服控制驅動器，實現三通道機電伺服系統的驅動控制，提高了系統集成度，有效降低安裝空間需求，減小系統重量，簡化原有電氣連接，節約生產成本。
[0084]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，包括:通訊板和三個驅動控制單元； 所述通訊板通過RS-232總線與計算機連接，還分別通過CAN總線與所述三個驅動控制單元連接，用於實現計算機和所述驅動控制單元之間的數據通信； 各所述驅動控制單元還通過RS-422總線與控制系統連接，各所述驅動控制單元的驅動信號輸出端與待驅動的伺服機構連接；各所述驅動控制單元根據所述控制系統發來的指令信號，運行位置、速度、電流三環控制算法得到6路PWM信號，並將所述6路PWM信號轉換為驅動信號輸出；所述驅動控制單元還將其驅動的伺服機構返回的反饋信號回送給所述控制系統。
2.如權利要求1所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，所述通訊板包括RS-232總線接口電路、第一 CAN總線接口電路、第一 DSP及外圍電路、第一二次電源變換電路； 所述第一 DSP及外圍電路與所述RS-232總線接口電路連接，所述RS-232總線接口電路通過RS-232總線與所述計算機連接；所述第一 DSP及外圍電路還與所述第一 CAN總線接口電路連接，所述第一 CAN總線接口電路通過CAN總線與所述驅動控制單元連接；所述第一二次電源變換電路與當前通訊板中需供電的所有元器件連接，為其提供二次電源。
3.如權利要求1所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，每個所述驅動控制單元包括一塊控制板和一塊功率板； 所述控制板包括RS-422總線接口電路、第二 CAN總線接口電路、第二 DSP及外圍電路、第二二次電源變換電路、旋變解碼電路、存儲器電路、A/D變換電路、D/A變換電路和信號處理電路；所述第二二次電源變換電路與當前控制板中需供電的所有部件連接，為其提供電源；所述存儲器電路與所述第二DSP及外圍電路連接；所述D/A變換電路與所述第二DSP及外圍電路連接；所述第二 DSP及外圍電路還與所述第二 CAN總線接口電路連接，所述第二CAN總線接口電路通過CAN總線與所述通訊板連接；所述A/D變換電路分別與所述第二 DSP及外圍電路、信號處理電路連接，需要計算的信號依次經所述信號處理電路處理、所述A/D變換電路進行A/D變換後提供給所述第二 DSP及外圍電路；所述旋變解碼電路與所述第二DSP及外圍電路連接，用於將需要計算的速度信號和位置信號轉換為相應的數位訊號後提供給第二 DSP及外圍電路；所述第二 DSP及外圍電路與所述RS-422總線接口電路連接，所述RS-422總線接口電路通過RS-422總線與所述控制系統連接，所述第二 DSP及外圍電路通過RS-422總線接收所述控制系統發來的指令信號，根據所述控制系統發來的指令信號以及收到的位置信號、速度信號、電流信號，運行位置、速度、電流三環控制算法，得到6路PWM信號輸出至所述功率板； 所述功率板用於將收到的6路PWM信號轉換為驅動信號輸出。
4.如權利要求3所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，所述功率板包括隔離電路、驅動電路、功率主電路、電流採集及變換電路、開關電源變換電路； 所述隔離電路輸入端與所述控制板連接，輸出端與所述驅動電路輸入端連接，所述驅動電路輸出端與所述功率主電路連接；所述電流採集及變換電路與所述功率主電路連接，用於採集經所述功率主電路的2相電流信號；所述開關電源變換電路分別與所述隔離電路、驅動電路連接，用於為其提供電源。
5.如權利要求4所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，每個所述驅動控制單元的功率板中的所述功率主電路包括三相全橋電路和吸收緩衝電路；所述三相全橋電路包括六個MOSFET管，所述吸收緩衝電路為C型吸收緩衝電路，且所述三相全橋電路的每對橋臂並聯一組所述C型吸收緩衝電路。
6.如權利要求1至5任一項所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，所述三通道伺服控制驅動器還包括殼體，所述通訊板和驅動控制單元設置於所述殼體內。
7.如權利要求6所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，所述殼體包括殼體底板、殼體左側板、殼體右側板和殼體蓋板；所述殼體底板、殼體左側板、殼體右側板均為平板形狀，所述殼體蓋板為「U」字型形狀；所述殼體蓋板通過螺釘固定在所述殼體底板和殼體左側板、殼體右側板上，所述殼體底板和殼體左側板、殼體右側板之間也固定連接，形成方形殼體。
8.如權利要求7所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，所述通訊板通過螺釘固定於所述殼體蓋板正對所述殼體底板的一個內表面上。
9.如權利要求7所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，所述驅動控制單元還包括連接柱；所述功率板通過四個連接柱固定安裝在所述殼體底板上，所述控制板通過四個連接柱固定安裝在所述功率板之上。
10.如權利要求9所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，所述驅動控制單元還包括散熱器；所述功率板上的功率器件通過螺釘固定在所述散熱器前表面上，所述散熱器下表面通過螺釘與所述殼體底板內表面連接。
11.如權利要求7所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，所述殼體左側板上設置有控制插座、調試插座和動力電源插座，且所述殼體左側板與所述控制插座、調試插座和動力電源插座之間裝有導電密封墊。
12.如權利要求7所述的三通道伺服控制驅動器，其特徵在於，所述殼體右側板上設置有反饋信號插座、第一電機插座、第二電機插座和第三電機插座，且所述殼體右側板與所述反饋信號插座、第一電機插座、第二電機插座和第三電機插座之間裝有導電密封墊。
【文檔編號】H02P5/00GK104410334SQ201410643240
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】鄭再平, 鄭繼貴, 黃玉平, 高建華, 李建明, 王春明 申請人:北京精密機電控制設備研究所, 中國運載火箭技術研究院