專利名稱：智能大功率直流電機伺服驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大功率直流電機伺服驅(qū)動器。
(二)
背景技術(shù)：
直流電機具有良好的起、制動性能，且宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機、挖掘機、 金屬切削機床和高層電梯等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 目前國內(nèi)市場上應(yīng)用的直流電動機驅(qū)動器大致有以下幾種
1. 小功率(小于0.5KW)直流電機驅(qū)動，控制方式多為PWM調(diào)整，功率元件選用MOS 器件，這類產(chǎn)品比較成熟，但多以模擬控制為主，即使采用微處理器控制，也還不具有智能。
2. 中大功率(大于2KW)直流電機驅(qū)動，多采用可控硅整流器裝置實現(xiàn)大電壓大電流的 控制。這類產(chǎn)品多為模擬控制，伺服控制精度低，不具有智能。
(三) 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種可以實現(xiàn)開環(huán)控制、閉環(huán)伺服控制，具有參數(shù)智能調(diào)節(jié) 功能，同時具有微型計算機接口，用以實現(xiàn)多路控制，并可用于1-10KW以上高精度驅(qū)動和控 制，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、使用方便、維護(hù)簡單等優(yōu)點的智能大功率直流電機伺服驅(qū)動器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括微控制器(MCU)、可編程邏輯器件(PLD)、 IGBT模塊構(gòu)成的伺服驅(qū)動電路和外圍接口 (Interface),可編程邏輯器件和外圍接口分別連接 微控制器，可編程邏輯器件連接IGBT驅(qū)動電路，IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT模塊，IGBT模 塊電流檢測輸出端連接微控制器，外圍接口包括總線接口、電樞電壓接口、測速機接口、丌 關(guān)量處理和編碼器接口。
本實用新型還有這樣一些技術(shù)特點
1、 所述的微控制器包括主控單片機Ul，編碼器接口包括編碼器接口單片機U2，主控 單片機U1通過并口 PB 口 (PB0 PB7)與編碼器接口單片機U2相連接；
2、 所述的主控單片機U1的7、 8引腳接晶振電路，晶振電路由電容C1、 C2、晶振Y1 構(gòu)成，電容C3 C7分別接主控單片機U1的33 37引腳，電容C9 C12分別接主控單片機 Ul的電源引腳，主控單片機U1的RESET引腳接復(fù)位電路，復(fù)位電路由電容C8和電阻R1 構(gòu)成，主控單片機U1的13引腳輸出PWM信號；
3、 所述的編碼器接口單片機U2的7、 8引腳接晶振電路，晶振電路由電容C14、 C15、 晶振Y2構(gòu)成，編碼器接口單片機U2的19、 20引腳接上拉電阻R3、 R4，電容C16 C19分別接編碼器接口單片機U2的電源引腳，編碼器接口單片機U2的RESET引腳接復(fù)位電路， 復(fù)位電路由電容C13和電阻R2構(gòu)成；
4、所述的主控單片機Ul把給定速度與反饋速度做比較輸出PWM信號，輸出的PWM 信號通過隔離電路送到IGBT驅(qū)動電路，IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT組成的H橋帶動電機轉(zhuǎn)動。 隔離電路由芯片U3、 U4組成，屯阻R5 R8是上拉屯阻，芯片U5、 U6構(gòu)成IGBT驅(qū)動電路， 電容C20、 C21為濾波電容，IGBT Ql、 Q2、 Q3、 Q4組成H橋來帶動電機轉(zhuǎn)動，其輸出端 MOT-、 MOT+接電機的兩端。
本實用新型直流電動機伺服驅(qū)動器的功率范圍1一0KW，電壓范圍DC24 DC220V， 采用新型微處理器與IGBT技術(shù)相結(jié)合，控制方式采用PWM控制方式?？梢詫崿F(xiàn)開環(huán)控制， 閉環(huán)伺服控制，具有參數(shù)智能調(diào)節(jié)功能，同時具有微型計算機接口，用以實現(xiàn)在多路控制。 配有微型計算機軟件，可以在線實時調(diào)節(jié)控制參數(shù)，以及觀察記錄系統(tǒng)的運行特性。伺服驅(qū) 動器的參數(shù)還可以通過LED顯示及鍵盤調(diào)節(jié)。
本實用新型有以下幾個特點
1、 以PWM控制方式，功率電路采用H橋電路，功率達(dá)到10KW。
2、 與微型計算機采用485總線接口，適用于計算機集中控制。
3、 具有參數(shù)自整定功能，并可以在線調(diào)節(jié)控制參數(shù)。
4、 具有微型計算機軟件，用以調(diào)整參數(shù)及監(jiān)測運行狀態(tài)。
上述分析了在現(xiàn)有技術(shù)屮，中小功率的直流電動機的驅(qū)動大多采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率 器件，而大功率直流電動機還是采用傳統(tǒng)的SCR驅(qū)動。本實用新型是用PWM技術(shù)和IGBT模塊 實現(xiàn)大功率直流電機伺服控制。PWM技術(shù)相對于傳統(tǒng)的SCR技術(shù)有很大的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)
① 開關(guān)損耗小，效率高；
② PWM經(jīng)隔離，不會因為電網(wǎng)電壓的波動影響調(diào)速效果；
③ 高頻脈沖電流給電機的電樞供電，由于電機是感性負(fù)載，脈沖電流得以濾平，所以 波系數(shù)小，電機發(fā)熱量小，可以減小機械變形，從而提高工作機械的精度；
系統(tǒng)響應(yīng)頻帶寬，因此起制動快，抗負(fù)載擾動能力強； PWM系統(tǒng)很容易實現(xiàn)電機四象限運行。
本實用新型通過電路優(yōu)化、資源共享而使調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，使用方便，維 護(hù)簡單。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點有采用PWM技術(shù)實現(xiàn)了大功率直流電機 的驅(qū)動控制，使得電機的速度調(diào)節(jié)誤差減小，使用效率得到了提高，同時使抗下擾能力增強。 運用可編程邏輯器件對PWM信號取反，減小了丙為硬件延遲而帶來的直通現(xiàn)象的負(fù)面影響。 另外通過優(yōu)化設(shè)計和組合，使得由兩臺大功率驅(qū)動裝置完成的工作由一臺驅(qū)動裝置就能完成，其結(jié)構(gòu)簡單，降低了制造成本，提高了運行可靠性，方便了使用和維護(hù)，使用范圍廣。
圖1為驅(qū)動裝置主控單片機原理圖； 圖2為驅(qū)動裝置編碼器接口單片機原理圖； 圖3為隔離電路與IGBT驅(qū)動電路原理圖； 圖4為驅(qū)動控制單元原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明
結(jié)合圖4，本實施例裝置的核心是驅(qū)動控制單元，它主要由單片機(MCU)系統(tǒng)、可編 程邏輯器件系統(tǒng)(PLD)、驅(qū)動電路(Driver)、 IGBT模塊(IGBT)、外圍接口 (Interface)等 部分組成。本實施例裝置以單片機和可編程邏輯器件為控制核心，單片機的功能主要有系統(tǒng) 初始化、產(chǎn)生PWM控制信號、伺服算法和通訊等，可編程邏輯器件的功能有PWM取反、 速度反饋的編碼器的四倍頻和過流保護(hù)等。
結(jié)合圖1，圖中主控單片機U1通過并口 PB 口 (PB0 PB7)與圖2中的編碼器接口單片 機U2相連接。單片機U1的7、 8引腳接晶振電路，其晶振電路由電容C1、 C2、晶振Y1構(gòu) 成。電容C3 C7分別接33 37引腳，對其進(jìn)行濾波。電容C9 C12分別接單片機的電源 引腳，對其進(jìn)行濾波。單片機的RESET引腳接復(fù)位電路，復(fù)位電路由電容C8，電阻R1構(gòu)成。 13引腳輸出PWM信號。
結(jié)合圖2，圖中編碼器接口單片機U2通過并口 PB 口與圖1中的主控單片機U1相連接。 編碼器接口單片機U2的7、 8引腳接晶振電路，其晶振電路由電容C14、 C15、晶振Y2構(gòu)成。 19、 20引腳接上拉電阻R3、 R4。電容C16 C19分別接單片機的電源引腳，對其進(jìn)行濾波。 單片機的RESET引腳接復(fù)位電路，復(fù)位電路由電容C13，電阻R2構(gòu)成。
結(jié)合圖3，主控單片機把給定速度與反饋速度做比較，輸出PWM信號，此輸出的PWM 信號通過隔離電路送到IGBT驅(qū)動電路，IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT組成的H橋帶動電機轉(zhuǎn)動。 其中隔離電路由芯片U3、 U4組成，電阻R5 R8是上拉電阻。芯片U5、 U6構(gòu)成IGBT驅(qū)動 電路，電容C20、 C21為濾波電容。IGBT Ql、 Q2、 Q3、 Q4組成H橋來帶動電機轉(zhuǎn)動，其 輸出端MOT-、 MOT+接電機的兩端。
外圍接口提供了數(shù)字輸入和模擬量輸入兩種模式，可供用戶按其需求選擇。數(shù)字接口為
基于RS232標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，模擬量接口為-10V +10V的輸入形式。串行接口通過RS232
驅(qū)動芯片MAX232直接與MCU的串行口相連，模擬量輸入接口士10V的輸入經(jīng)過運算放大器
放大為士2.5V，在利用加法器將其轉(zhuǎn)變成0~+5V的信號直接與MCU的A/D轉(zhuǎn)換口相連。此外系統(tǒng)還實現(xiàn)了過流保護(hù)功能，防止了災(zāi)難的發(fā)生。具體原理驅(qū)動電路檢測到直流電機 電樞回路電流超過預(yù)設(shè)值時，將會產(chǎn)生高電平(一般情況下是低電平)，使單片機進(jìn)入外部中 斷模式，從而產(chǎn)生保護(hù)控制信號，完成過流保護(hù)功能，防止直流電機因堵轉(zhuǎn)等引起的災(zāi)難的 發(fā)生。
權(quán)利要求1、一種智能大功率直流電機伺服驅(qū)動器，它包括微控制器和外圍接口，其特征在于它還包括可編程邏輯器件、IGBT模塊、IGBT驅(qū)動電路，可編程邏輯器件和外圍接口分別連接微控制器，可編程邏輯器件連接IGBT驅(qū)動電路，IGBT驅(qū)動電路連接IGBT模塊，IGBT模塊的輸出端連接電機，電流檢測輸出端連接微控制器，外圍接口包括總線接口、電樞電壓接口、測速機接口、開關(guān)量處理和編碼器接口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能大功率直流電機伺服驅(qū)動器，其特征在于所述的微控制器包括 主控單片機(Ul)，編碼器接口包括編碼器接口單片機(U2)，主控單片機(Ul)通過并 口與編碼器接口單片機(U2)相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能大功率直流電機伺服驅(qū)動器，其特征在于所述的主控單片機(Ul)的7、 8引腳接晶振電路，晶振電路由電容(C1、 C2)、晶振(Y1)構(gòu)成，電容(C3 C7)分別接主控單片機(Ul)的33 37引腳，電容(C9 C12)分別接主控單片機(Ul) 的電源引腳，主控單片機(Ul)的RESET引腳接復(fù)位電路，復(fù)位電路由電容(C8)和電 阻(Rl)構(gòu)成，主控單片機(Ul)的13引腳輸出PWM信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能大功率直流電機伺服驅(qū)動器，其特征在于所述的編碼器接口單 片機(U2)的7、 8引腳接晶振電路，晶振電路由電容(C14、 C15)、晶振(Y2)構(gòu)成， 編碼器接口單片機(U2)的19、 20引腳接上拉電阻(R3、 R4)，電容(C16 C19)分別 接編碼器接口單片機(U2)的電源引腳，編碼器接口單片機(U2)的RESET引腳接復(fù)位 電路，復(fù)位電路由電容(C13)和電阻(R2)構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能大功率直流電機伺服驅(qū)動器，其特征在于所述的主控單片機(Ul)把給定速度與反饋速度做比較輸出PWM信號，輸出的PWM信號通過隔離電路送 到IGBT驅(qū)動電路，IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT組成的H橋帶動電機轉(zhuǎn)動。隔離電路由芯 片(U3、 U4)組成，電阻(R5 R8)是上拉電阻，芯片(U5、 U6)構(gòu)成IGBT驅(qū)動電路， 電容(C20、 C21)為濾波電容，IGBT ( Ql、 Q2、 Q3、 Q4)組成H橋來帶動電機轉(zhuǎn)動， 其輸出端MOT-、 MOT+接電機的兩端。
專利摘要本實用新型提供了一種智能大功率直流電機伺服驅(qū)動器。它包括微控制器(MCU)、可編程邏輯器件(PLD)、IGBT模塊構(gòu)成的伺服驅(qū)動電路和外圍接口(Interface)，可編程邏輯器件連接IGBT驅(qū)動電路，IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動IGBT模塊，IGBT模塊輸出端連接電機，外圍接口包括總線接口、電樞電壓接口、測速機接口、開關(guān)量處理和編碼器接口。本實用新型可以實現(xiàn)開環(huán)控制、閉環(huán)伺服控制，具有參數(shù)智能調(diào)節(jié)功能，同時具有微型計算機接口，用以實現(xiàn)多路控制，并可用于1-10KW以上高精度驅(qū)動和控制，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、使用方便、維護(hù)簡單等優(yōu)點。
文檔編號H02P7/29GK201365221SQ20092009917
公開日2009年12月16日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者晶 侯, 王孝武 申請人:哈爾濱瑞哈科技發(fā)展有限公司