一種伺服電機控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種伺服電機控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服驅(qū)動器(Servo Drives)是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。
[0003]目前主流的伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器作為控制核心，其可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的驅(qū)動控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM)為核心設(shè)計的驅(qū)動硬件放大電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入軟啟動電路，以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。簡單來說，現(xiàn)有的電機驅(qū)動器內(nèi)部都包含驅(qū)動控制算法和驅(qū)動電路。
[0004]在項目應(yīng)用中，往往會用到多臺伺服電機，自然就需要用到多臺伺服驅(qū)動器。由于不同廠商生產(chǎn)的伺服驅(qū)動器內(nèi)部的軟硬件不統(tǒng)一，當驅(qū)動電路損壞時，維修起來會非常的不方便。原因在于:當伺服驅(qū)動器出現(xiàn)故障，正常情況都需要選擇同款產(chǎn)品替代更換，但是即使能夠找到同款產(chǎn)品，也會面臨參數(shù)調(diào)整的問題;尤其在找不到同款產(chǎn)品進行替代更換的情況下使用其它款產(chǎn)品進行替代時，情況就更加復(fù)雜，甚至?xí)霈F(xiàn)系統(tǒng)不兼容、聯(lián)不成系統(tǒng)等冋題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對上述問題，本實用新型旨在提供一種全新的伺服電機控制系統(tǒng)，其將現(xiàn)有的伺服驅(qū)動器中的伺服算法設(shè)置在內(nèi)置實時系統(tǒng)的計算機中，提高了伺服驅(qū)動器的一致性，維修方便。
[0006]本實用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種伺服電機控制系統(tǒng)，包括:內(nèi)置實時系統(tǒng)用于控制驅(qū)動硬件電路的計算機、至少一路用于驅(qū)動伺服電機運轉(zhuǎn)的驅(qū)動硬件電路以及至少一臺伺服電機，其中，每路所述驅(qū)動硬件電路與所述計算機通過總線拓撲連接，所述驅(qū)動硬件電路和所述伺服電機一一對應(yīng)設(shè)置。
[0008]在本技術(shù)方案中，上述驅(qū)動硬件電路即為現(xiàn)有的伺服驅(qū)動器中的驅(qū)動硬件電路(即本實用新型提供的控制系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動器中只包括驅(qū)動硬件電路不包括伺服算法載體的CPU)，而是將每路驅(qū)動硬件電路對應(yīng)的伺服算法內(nèi)置在上述的計算機中(每路驅(qū)動硬件電路對應(yīng)一個伺服算法)，進而通過計算機的中央處理器進行集中控制。這樣，驅(qū)動硬件電路可以標準化批量生產(chǎn)，不同廠家生產(chǎn)出來的硬件部分差別都不大，不會因應(yīng)用場合不同而不同；只會因電機功率大小不同而不同。當伺服驅(qū)動器發(fā)生故障時，不再需要一定要找到同款產(chǎn)品，維修起來非常的簡單方便。
[0009]進一步優(yōu)選地，所述驅(qū)動硬件電路中包括用于實現(xiàn)所述驅(qū)動硬件電路和所述計算機通信的從站模塊，且所述從站模塊與所述計算機拓撲連接。
[0010]在本技術(shù)方案工作過程中，計算機作為協(xié)議主站，驅(qū)動硬件電路作為協(xié)議從站，且協(xié)議主站和協(xié)議從站之間采用首尾相連、一網(wǎng)到底的拓撲結(jié)構(gòu)的方式進行連接。
[0011 ]進一步優(yōu)選地，所述從站模塊中內(nèi)置EtherCAT(以太網(wǎng)控制自動化技術(shù))協(xié)議的知識產(chǎn)權(quán)核(IP，Intel lectual Property)，所述計算機和所述驅(qū)動硬件電路之間采用EtherCAT協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)連接。
[0012]在本技術(shù)方案中，內(nèi)置實時系統(tǒng)的計算機與所述驅(qū)動硬件電路之間通過高速同步工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進行通信，同步周期至少在1KHz (千赫茲)以上，EtherCAT協(xié)議可以滿足此要求。
[0013]進一步優(yōu)選地，所述驅(qū)動硬件電路中包括一用于采樣伺服電機中電流信號和電壓信號及接收所述計算機發(fā)送的占空比指令并將其進行放大的驅(qū)動硬件放大電路，所述驅(qū)動硬件放大電路分別與所述伺服電機和所述從站模塊連接。。
[0014]進一步優(yōu)選地，所述驅(qū)動硬件電路中包括:用于采樣伺服電機的電流信號的電流傳感器和用于采樣伺服電機的電壓信號的電壓傳感器；
[0015]所述伺服電機控制系統(tǒng)中包括還用于采樣伺服電機的電機位置信號的編碼器，所述編碼器安裝在所述伺服電機上，且所述編碼器的輸出端與所述從站模塊連接。
[0016]進一步優(yōu)選地，所述伺服電機控制系統(tǒng)中還包括用于將所述電流傳感器輸出的電流信號和所述電壓傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端分別與所述驅(qū)動硬件放大電路中所述電流傳感器和所述電壓傳感器的輸出端連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述從站模塊連接。
[0017]進一步優(yōu)選地，所述從站模塊包括用于傳輸所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送的數(shù)字信號的信號采樣接口、用于傳輸所述編碼器發(fā)送的所述電機位置信號的編碼器數(shù)字接口以及用于傳輸所述計算機發(fā)送的用于控制所述驅(qū)動硬件放大電路的占空比指令的脈寬調(diào)制PWM(Pulse Width Modulat1n，脈沖寬度調(diào)制)接口；所述從站模塊通過所述信號采樣接口與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接、通過所述編碼器數(shù)字接口與所述編碼器連接以及通過所述脈寬調(diào)制PffM接口與所述驅(qū)動硬件放大電路連接。
[0018]進一步優(yōu)選地，所述從站模塊上還包括故障信號接口，所述從站模塊通過所述故障信號接口與所述驅(qū)動硬件放大電路中的故障輸出接口連接。
[0019]進一步優(yōu)選地，所述從站模塊中的所述知識產(chǎn)權(quán)核中包括唯一的所述驅(qū)動硬件電路標識信息的地址寄存器。
[0020]在本技術(shù)方案中，計算機通過獲取該寄存器中用于標識驅(qū)動硬件電路標識信息匹配與之對應(yīng)的計算機內(nèi)置伺服驅(qū)動算法。
[0021]進一步優(yōu)選地，所述計算機還包括一用于實現(xiàn)所述計算機與互聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)絡(luò)接
□ O
[0022]本實用新型提供的伺服電機控制系統(tǒng)，能夠帶來以下有益效果:
[0023]在本實用新型中，由于將原本內(nèi)置在伺服驅(qū)動器中的伺服算法內(nèi)置到計算機中，這樣，相比于現(xiàn)有的伺服驅(qū)動機，只包括驅(qū)動硬件電路的伺服驅(qū)動器規(guī)模成本可以大幅降低，體積可以大幅減小，甚至集成在電機內(nèi)部。且當將驅(qū)動硬件電路集成在電機內(nèi)部時，伺服電機只有三根功率線(υ/ν/w)及總線接口，大大簡化了伺服電機實際應(yīng)用中的接線步驟，節(jié)約人力的同時節(jié)約空間。從長遠來看，將現(xiàn)有伺服驅(qū)動器中的驅(qū)動硬件電路和伺服軟件算法分開，有利于提升性能，降低成本。
[0024]再有，由于本實用新型提供的伺服驅(qū)動器中只包括驅(qū)動硬件電路而不包含伺服算法，故提供的伺服驅(qū)動器可進行標準化批量生產(chǎn)，且具有較好的一致性。這樣，由于從控制的角度來看，同一個廠家還是別的廠家生產(chǎn)的驅(qū)動硬件電路差別不大，故當伺服驅(qū)動器發(fā)生故障時，其只需更換單個驅(qū)動硬件電路。
[0025]另外，在現(xiàn)有的電機控制系統(tǒng)中，每臺伺服電機的控制系統(tǒng)中都包括一套包括中央處理器、驅(qū)動硬件電路以及人機交互的完整硬件;而在本實用新型中，可以多個驅(qū)動硬件電路共享一個內(nèi)置在計算機內(nèi)的中央處理器，極大地減少了資源的浪費，尤其是伺服驅(qū)動器使用較為頻繁的時候，優(yōu)勢越為明顯。
[0026]最后，在本實用新型提供的內(nèi)置嵌入式實時系統(tǒng)的計算機中，將伺服算法模塊化，方便用戶根據(jù)需求進行調(diào)用，參數(shù)及控制的一致性較好;不同伺服算法的實時參數(shù)都在同一實時系統(tǒng)中，方便參數(shù)讀取、寫入，UKUser Interface，用戶界面)界面很容易實現(xiàn);且嵌入