雙通道伺服驅動的外部脈衝計數電路的製作方法
2023-07-31 00:12:06
專利名稱：雙通道伺服驅動的外部脈衝計數電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及伺服技術的驅動器電路領域，特別是雙通道伺服驅動的外部脈衝
計數電路。
背景技術：
當今世界，工業發達國家對工業自動化高度重視，競相發展機電一體化、高精、高 效、高自動化先進設備，特別是隨著微電子、計算機技術、電力技術、傳感技術的進步，自動 化控制在20世紀80年代以後成為各國製造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦 點。控制技術和伺服技術是製造工業現代化的重要基礎，這個基礎是否牢固直接影響到一 個國家的經濟發展和綜合國力，關係到一個國家的戰略地位。伺服技術的應用不但給傳統 製造業帶來了革命性的變化，使自動製造業成為工業化的象徵，而且隨著伺服技術的不斷 發展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(IT、汽車、輕工、醫療等)的發展起 著越來越重要的作用，因為這些行業所需裝備的數位化已是現代發展的大趨勢，其主要應 用領域有數控加工、機械加工、機器人、焊接、包裝、運輸、IT、汽車、輕工、醫療等等自動化 領域。 目前在伺服控制技術中，硬體核心多數產品是採用單片機或DSP(數位訊號處理 器)等單處裡器技術，在其性能、速度、效率等方面性均達到了一定的水平。尤其是單通道 伺服技術(即一個驅動帶動一個伺服電機)在國內已經是非常成熟的技術，但雙通道伺服 技術(即一個驅動帶動二個伺服電機)正處在一種早期技術開發階段。由於自動化技術和 自動化產品的高速發展，市場對產品的要求越來越高，伺服技術也不例外。所以開發雙通道 伺服技術，可以縮小體積，減少成本，節省能源；還能解決二個單通道伺服驅動在聯動插補 時帶來的不能完全同步等技術問題。 如圖1所示，傳統的伺服驅動外部脈衝計數電路是直接送入數位訊號處理器DSP 進行計數，通常數位訊號處理器DSP有2路QEP輸入電路，單通道伺服驅動剛好用於外部脈 衝輸入1路和伺服電機編碼器輸入1路，DSP輸出P麗脈寬調製信號，經智能功率模塊IPM 放大驅動伺服電機。
實用新型內容本實用新型為了解決上述技術問題，提供了新型的雙通道伺服驅動外部脈衝計數 電路，採用簡單的結構結合完善的空間矢量改進型算法，實現雙通道伺服同步算法，在功 能、性能、速度方面最大限度的滿足了當今自動化控制的要求。 雙通道伺服驅動外部脈衝計數電路，其特徵在於雙通道二路脈衝信號分別通過 不同的光電隔離器連接在同一個反向器U18上，通過反向器U18連接至可編程邏輯器件 CPLD，然後通過總線連接數位訊號處理器DSP Ul，然後數位訊號處理器DSP還分別連接有 智能功率模塊IPM1、電機Ml、編碼器Pgl和智能功率模塊IPM2、電機M2、編碼器Pg2，分別通 過編碼器接口 QEP1和編碼器接口 QEP2形成兩個迴路。[0007] 所述反向器U18反向放大接入可編程邏輯器件CPLD。 所述數位訊號處理器DSP和可編程邏輯器件CPLD可以採用美國Ti公司的
TMS320F2806和XC9572XL。 本實用新型的工作原理是 雙通道伺服驅動的第一通道、第二通道有相同的輸入脈衝信號模式M0DE1、 M0DE2，當IM0DE1 = 0、M0DE2 = 0時，輸入脈衝為脈衝+方向模式；當M0DE1 = 1、M0DE2 =0時輸入脈衝為正轉+反轉模式；當M0DE1 = 0、 IM0DE2 = 1時，輸入脈衝為90°正交 脈衝模式。PCP1和PDIR1為第一通道輸入的脈衝信號和方向信號；PCP2和PDIR2為第二通 道輸入的脈衝信號和方向信號；DATAl-0/6為第一通道7位計數值；DATAl-0/6為第二通道 7位計數值。 第一通道脈衝信號PLUS1經過光電隔離器U6和反向器U18波形整形後引成PCP1 信號接入CPLD。 第一通道方向信號SIGN1經過光電隔離器U5和反向器U18波形整形後引成PDIR1 信號接入CPLD。 第二通道脈衝信號PLUS2經過光電隔離器U8和反向器U18波形整形後引成PCP2 信號接入CPLD。 第二通道方向信號SIGN2經過光電隔離器U7和反向器U18波形整形後引成PDIR2
信號接入CPLD。 第一通道計數方法 (1)當頂0DE1 = 0、 IM0DE2 = 0 :當PDIR1 = 0時，PCP1上升沿來時DATA1 = DATA1+1 ;當PDIR1 = 1時，PCP1上升沿來時DATA1 = DATA1-1。 (2)當IM0DE1 = 1、 IM0DE2 = 0 :當PDIR1 = 0時，PCP1上升沿來時DATA1 = DATA1+1 ;當PCP1 = 0時，PDIR1上升沿來時DATA1 = DATA1-1。 (3)當IM0DE1 = 0、 IM0DE2 = 1 :當PDIR1 = 1時，PCP1上升沿來時DATA1 = DATA1+1 ;當PCP1 = 1時，PDIR1上升沿來時DATA1 = DATA1-1。 第二通道計數方法 (1)當頂0DE1 = 0、 IM0DE2 = 0 :當PDIR2 = 0時，PCP2上升沿來時DATA2 = DATA2+1 ;當PDIR2 = 1時，PCP2上升沿來時DATA2 = DATA2-1。 (2)當IM0DE1 = 1、 IM0DE2 = 0 :當PDIR2 = 0時，PCP2上升沿來時DATA2 = DATA2+1 ;當PCP2 = 0時，PDIR2上升沿來時DATA2 = DATA2-1。 (3)當IM0DE1 = 0、 IM0DE2 = 1 :當PDIR2 = 1時，PCP2上升沿來時DATA2 = DATA2+1 ;當PCP2 = 1時，PDIR2上升沿來時DATA2 = DATA2-1。 可編程邏輯器件CPLD輸出第一通道脈衝計數DATA1和第二通道脈衝計數DATA2
到數位訊號處理器DSP。 本實用新型的有益效果如下 當數位訊號處理器DSP計數雙通道伺服驅動使用二個數位訊號處理器DSP晶片 時，本雙通道伺服驅動外部脈衝由可編程邏輯器件CPLD實現雙通道二路脈衝計數，可以省 掉一個數位訊號處理器DSP晶片，體積更小，成本更低；可編程邏輯器件CPLD軟體計數採用 積分計數方案，充分保證外部脈衝有一定的脈衝寬
圖1為傳統伺服驅動的結構示意圖 圖2為本實用新型的電路結構示意圖 圖3為本實用新型的電路原理圖
具體實施方式如圖2所示，雙通道伺服驅動外部脈衝計數電路，雙通道二路脈衝信號分別通過 不同的光電隔離器連接在同一個反向器U18上，通過反向器U18反向放大接入可編程邏輯 器件CPLD U2，然後通過總線連接數位訊號處理器DS U1，然後數位訊號處理器DSP Ul還分 別連接有智能功率模塊IPMl、電機Ml、編碼器Pgl和智能功率模塊IPM2、電機M2、編碼器 Pg2，分別通過編碼器接口 QEP1和編碼器接口 QEP2 形成兩個迴路。 如圖3所示，圖2中第一通道脈衝信號SIGN1、方向信號PLUS1經CN3 (25芯插座) 通過光電隔離器U5、U6 6N137，再經過反向器U18 74AHC14反向放大接入U2XC9572XL可編 程邏輯器件CPLD晶片進行計數，並通過數據總線送入數位訊號處理器DSP進行第一通道計 算；第二通道脈衝信號SIGN2、方向PLUS2經CN3(25芯插座)通過光電隔離器U7、U8 6N137， 再經過反向器U18 74AHC14反向放大接入U2 XC9572XL可編程邏輯器件CPLD晶片進行計 數，並通過數據總線送入數位訊號處理器DSP進行第二通道計算。 具體實現的電路連接結構為 方向信號正端SIGNl+信號接電阻R59-l、二極體Dl-l、光電隔離器U5-2，方向信號 負端SIGN1-接電阻R55-l， R55-2接電阻R59_2、二極體Dl-2、光電隔離器U5_3_4，光電隔 離器U5-7-8和電阻R63-l接電源VCC，光電隔離器U5-6接電阻R63_2、電阻R67-l，光電隔 離器U5-5接地，電阻R67-2接電容C3-1、U18-1，電容C3-2接地，U18-2接CPLD U2-14 ; 脈衝信號正端PLUS1+信號接電阻R60-l 、 二極體D2-l 、光電隔離器U6_2 ，脈衝信號 負端PLUS1-接電阻R56-l，電阻R56-2接電阻R60-2、二極體D2-2、光電隔離器U6_3_4，光電 隔離器U6-7-8和電阻R64-l接電源VCC，光電隔離器U6-6接電阻R64_2、電阻R68-l，光電 隔離器U6-5接地，電阻R68-2接電容C4-l、 U18-3，電容C4-2接地，U18-4接CPLD U2-15 ; 方向信號正端SIGN2+信號接電阻R61-l、二極體D3-l、光電隔離器U7-2，方向信號 負端SIGN2-接電阻R57-1，電阻R57-2接電阻R61-2、二極體D3-2、光電隔離器U7-3-4，光電 隔離器U7-7-8和電阻R65-l接電源VCC，光電隔離器U7-6接電阻R65_2、電阻R69-l，光電 隔離器U7-5接地，電阻R69-2接電容C5-l、 U18-5，電容C5-2接地，U18-6接CPLD U2-16 ; 脈衝信號正端PLUS2+信號接電阻R62-l 、 二極體D4_l 、光電隔離器U8_2 ，脈衝信號 負端PLUS2-接電阻R58-1 ，電阻R58-2接電阻R62-2 、 二極體D4-2 、光電隔離器U8-3-4，光電 隔離器U8-7-8和電阻R66-l接電源VCC，光電隔離器U8-6接電阻R66_2、電阻R70-l，光電 隔離器U8-5接地，電阻R70-2接電容C6-l、 U18-7，電容C6-2接地，U18-8接CPLD U2_17。 CPLD U2輸出第一通道脈衝計數DATA1和第二通道脈衝計數DATA2到DSP。 本實用新型的工作原理是 圖3中IM0DE1、M0DE2為輸入脈衝信號模式(第一通道、第二通道相同)，M0DE1 =0、IM0DE2 = 0時輸入脈衝為脈衝+方向模式；M0DE1 = 1、IM0DE2 = 0時輸入脈衝為正轉+反轉模式；M0DE1 = 0、 IM0DE2 = 1時輸入脈衝為90°正交脈衝模式。PCP1和PDIR1
為第一通道輸入的脈衝信號和方向信號；PCP2和PDIR2為第二通道輸入的脈衝信號和方向
信號。DATA1-0/6為第一通道7位計數值；DATAl-0/6為第二通道7位計數值。 第一通道脈衝信號PLUS1經過光電隔離器U6和反向器U18波形整形後引成PCP1
信號接入CPLD。 第一通道方向信號SIGN1經過光電隔離器U5和反向器U18波形整形後引成PDIR1信號接入CPLD。 第二通道脈衝信號PLUS2經過光電隔離器U8和反向器U18波形整形後引成PCP2信號接入CPLD。 第二通道方向信號SIGN2經過光電隔離器U7和反向器U18波形整形後引成PDIR2
信號接入CPLD。 第一通道計數方法 (1)當頂0DE1 = 0、 IM0DE2 = 0 :當PDIR1DATA1+1 ;當PDIR1 = 1時，PCP1上升沿來時DATA1 =[0045] (2)當IM0DE1 = 1、 IM0DE2 = 0 :當PDIR1DATA1+1 ;當PCP1 = 0時，PDIR1上升沿來時DATA1 =[0046] (3)當IM0DE1 = 0、 IM0DE2 = 1 :當PDIR1DATA1+1 ;當PCP1 = 1時，PDIR1上升沿來時DATA1 =[0047] 第二通道計數方法 (1)當頂0DE1 = 0、 IM0DE2 = 0 :當PDIR2DATA2+1 ;當PDIR2 = 1時，PCP2上升沿來時DATA2 =[0049] (2)當IM0DE1 = 1、 IM0DE2 = 0 :當PDIR2DATA2+1 ;當PCP2 = 0時，PDIR2上升沿來時DATA2 =[0050] (3)當IM0DE1 = 0、 IM0DE2 = 1 :當PDIR2DATA2+1 ;當PCP2 = 1時，PDIR2上升沿來時DATA2 =[0051]
=0時，PCP1上升沿來時DATA1DATA1-1。
=0時，PCP1上升沿來時DATA1DATA1-1。
=1時，PCP1上升沿來時DATA1DATA1-1。
=0時，PCP2上升沿來時DATA2DATA2-1。
=0時，PCP2上升沿來時DATA2DATA2-1。
=1時，PCP2上升沿來時DATA2DATA2-1。
U2 CPLD輸出第一通道脈衝計數DATA1和第二通道脈衝計數DATA2到DSP。
權利要求雙通道伺服驅動外部脈衝計數電路，其特徵在於雙通道二路脈衝信號分別通過不同的光電隔離器連接在同一個反向器(U18)上，通過反向器(U18)連接至可編程邏輯器件CPLD(U2)，然後通過總線連接數位訊號處理器DSP(U1)，然後數位訊號處理器DSP(U1)還分別連接有智能功率模塊(IPM1)、電機(M1)、編碼器(Pg1)和智能功率模塊(IPM2)、電機(M2)、編碼器(Pg2)，分別通過編碼器接口(QEP1)和編碼器接口(QEP2)形成兩個迴路。
2. 根據權利要求1所述的雙通道伺服驅動外部脈衝計數電路，其特徵在於所述反向 器(U18)反向放大接入可編程邏輯器件CPLD(U2)。
3. 根據權利要求1或2所述的雙通道伺服驅動外部脈衝計數電路，其特徵在於所述 可編程邏輯器件CPLD(U2)輸出第一通道脈衝計數DATA1和第二通道脈衝計數DATA2到數 字信號處理器DSP。
專利摘要本實用新型公開了雙通道伺服驅動外部脈衝計數電路，雙通道二路脈衝信號分別通過不同的光電隔離器連接在同一個反向器U18上，通過反向器U18連接至可編程邏輯器件CPLD，然後通過總線連接數位訊號處理器DSP，然後DSP還分別連接有智能功率模塊IPM1、電機M1、編碼器Pg1和智能功率模塊IPM2、電機M2、編碼器Pg2，分別通過編碼器接口QEP1和編碼器接口QEP2形成兩個迴路；當DSP計數雙通道伺服驅動使用二個DSP晶片時，本雙通道伺服驅動外部脈衝由CPLD實現雙通道二路脈衝計數，可以省掉一個DSP晶片，體積更小，成本更低；CPLD軟體計數採用積分計數方案，充分保證外部脈衝有一定的脈衝寬度才計數，增強了產品的抗幹擾能力。
文檔編號H02P5/00GK201533270SQ200920242670
公開日2010年7月21日 申請日期2009年10月21日 優先權日2009年10月21日
發明者廖光燦, 廖炳文, 蔣全波 申請人:成都鑫科瑞數控技術有限公司