一種機(jī)電伺服系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種機(jī)電伺服系統(tǒng)，屬于機(jī)電領(lǐng)域，用于解決現(xiàn)有的機(jī)電伺服系統(tǒng)不能滿足安裝空間狹小、結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差等問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)包括一臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)器和三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器；所述控制驅(qū)動(dòng)器的輸入端通過(guò)RS422總線與當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)連接，輸出端和所述三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器分別連接；所述控制驅(qū)動(dòng)器用于接收當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的控制指令，并根據(jù)采集的各機(jī)電伺服動(dòng)作器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)、以及各機(jī)電伺服動(dòng)作器的伺服電機(jī)的相電流和轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器的閉環(huán)控制。該機(jī)電伺服系統(tǒng)采用1臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)器控制3臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器，具有高度集成性，體積小，重量輕的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種機(jī)電伺服系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種機(jī)電伺服系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)是飛行器控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)接收控制系統(tǒng)的指令，產(chǎn)生直線或者是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)飛行器的舵面產(chǎn)生操縱力矩，實(shí)現(xiàn)飛行器的推力矢量控制。機(jī)電伺服系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)特性好、裝配維護(hù)性好的特點(diǎn)，在舵面操縱控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]但是，現(xiàn)有的液壓伺服系統(tǒng)存在漏油和結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差，難于維護(hù)等諸多問(wèn)題。且現(xiàn)有的機(jī)電伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝空間狹小、重量大可靠性不夠高，以及其中驅(qū)動(dòng)控制多采用“一拖一”方案，不利于系統(tǒng)小型化和輕量化，很難滿足伺服系統(tǒng)的安裝和動(dòng)態(tài)特性要求。因此，急需一種能夠滿足狹小安裝空間舵面操縱的安裝和動(dòng)態(tài)特性要求的伺服系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了解決現(xiàn)有機(jī)電伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝空間狹小、重量大，驅(qū)動(dòng)控制只能一拖一，不利于系統(tǒng)小型化和輕量化的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種機(jī)電伺服系統(tǒng)，本實(shí)用新型提供的機(jī)電伺服系統(tǒng)采用I臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)器控制3臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器，具有高度集成性，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型提供的一種機(jī)電伺服系統(tǒng)，包括一臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)器和三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器；所述控制驅(qū)動(dòng)器的輸入端通過(guò)RS422總線與當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)連接，輸出端和所述三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器分別連接；所述控制驅(qū)動(dòng)器用于接收當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的控制指令，采集各機(jī)電伺服動(dòng)作器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)以及各機(jī)電伺服動(dòng)作器的伺服電機(jī)的相電流、伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器的閉環(huán)控制。
[0006]其中，每個(gè)所述機(jī)電伺服作動(dòng)器包括伺服電機(jī)、滾珠絲杠、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、線位移傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器、殼體、螺栓組件、支耳組件、限擺機(jī)構(gòu)；所述伺服電機(jī)的一邊軸端與所述滾珠絲杠連接，另一邊軸端安裝有所述旋轉(zhuǎn)變壓器；所述支耳組件、限擺機(jī)構(gòu)均安裝于所述旋轉(zhuǎn)變壓器的外側(cè)，且所述限擺機(jī)構(gòu)和支耳組件在機(jī)電伺服作動(dòng)器的徑向上對(duì)齊；所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)具有一圓柱形導(dǎo)向槽，所述滾珠絲杠的一側(cè)軸設(shè)置于所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向槽內(nèi)，在所述伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述滾珠絲杠在所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)；所述螺栓組件安裝于所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的外側(cè)軸端；所述線位移傳感器與所述滾珠絲杠固定連接；所述伺服電機(jī)、滾珠絲杠、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、線位移傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器、螺栓組件、支耳組件均設(shè)置于所述殼體內(nèi)；所述控制驅(qū)動(dòng)器通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)變壓器采集所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，并通過(guò)所述線位移傳感器采集所述機(jī)電伺服作動(dòng)器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)。
[0007]其中，所述滾珠絲杠為單螺母固定式內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠，且通過(guò)增大鋼球直徑預(yù)緊。
[0008]其中，所述線位移傳感器采用直線、雙聯(lián)、接觸式、帶中心抽頭的合成膜電位計(jì)；所述電位計(jì)的電刷組件固定于所述滾珠絲杠的螺母上，兩個(gè)電阻板片安裝在所述殼體的兩側(cè)。
[0009]其中，所述伺服電機(jī)和滾珠絲杠之間通過(guò)小余量過(guò)盈配合方式平鍵直連。
[0010]其中，所述限擺機(jī)構(gòu)為關(guān)節(jié)軸承限擺裝置，包括小支耳；所述限擺機(jī)構(gòu)的小支耳和所述支耳組件的大支耳平行設(shè)置。
[0011 ] 其中，所述控制驅(qū)動(dòng)器包括通訊模塊和三個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與所述通訊模塊連接，輸出端與一臺(tái)機(jī)電伺服動(dòng)作器連接；所述通訊模塊通過(guò)RS422總線實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)的通訊連接，并通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)與所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)據(jù)交換；每個(gè)所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊用于在當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)的控制下，采集與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的伺服電機(jī)的相電流、轉(zhuǎn)動(dòng)角位置以及機(jī)電伺服作動(dòng)器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)，通過(guò)SVPWM空間矢量控制方法得到6路PWM控制信號(hào)，并將所述6路PWM控制信號(hào)輸出至與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該機(jī)電伺服動(dòng)作器的位置以及伺服電機(jī)的電流、速度的閉環(huán)控制。
[0012]其中，所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊包括:CAN總線接口電路、DSP及外圍電路、電流傳感器、存儲(chǔ)器電路、信號(hào)處理電路、A/D變換電路、旋變解碼電路、開關(guān)電源變換電路；所述DSP及外圍電路通過(guò)所述CAN總線接口電路與所述通訊模塊連接；所述存儲(chǔ)器電路與所述DSP及外圍電路連接；所述DSP及外圍電路的輸出端連接待控制的機(jī)電伺服動(dòng)作器；所述電流傳感器用于采集與所述DSP及外圍電路連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的伺服電機(jī)的2相電流；所述電流傳感器的輸出端、與所述DSP及外圍電路連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的線位移傳感器的輸出端均與所述信號(hào)處理電路的輸入端連接，所述信號(hào)處理電路用于對(duì)當(dāng)前接收的伺服電機(jī)的相電流及機(jī)電伺服動(dòng)作器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理后提供給所述A/D變換電路進(jìn)行A/D變換；所述4/1)變換電路的輸出端連接所述DSP及外圍電路；所述旋變解碼電路的輸入端連接與所述DSP及外圍電路連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的旋轉(zhuǎn)變壓器輸出端，所述旋變解碼電路的輸出端與所述DSP及外圍電路連接；所述DSP及外圍電路根據(jù)上位機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的控制指令以及收到的與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)、伺服電機(jī)的相電流、伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，通過(guò)SVPWM空間矢量控制方法得到6路PWM控制信號(hào)并輸出至與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器；所述開關(guān)電源變換電路分別與當(dāng)前電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊中需供電的所有部件連接，為它們提供電源。
[0013]其中，所述DSP及外圍電路中的DSP為TMS320F2407A芯片。
[0014]其中，所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊還包括:采用LM339四路比較器的過(guò)流保護(hù)電路；所述過(guò)流保護(hù)電路的輸入端與所述電流傳感器的輸出端連接，所述過(guò)流保護(hù)電路的輸出端與所述DSP及外圍電路連接；所述過(guò)流保護(hù)電路用于比較判定所述電流傳感器采集的伺服電機(jī)的2相電流中是否至少有一相電流超過(guò)對(duì)應(yīng)的預(yù)定閾值，若是，則輸出低電平，所述DSP及外圍電路在所述過(guò)流保護(hù)電路輸出低電平時(shí)切斷6路PWM控制信號(hào)的輸出。
[0015]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0016]本實(shí)用新型提供的上述機(jī)電伺服系統(tǒng)采用I臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)器控制3臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器，集成化程度高，而且通過(guò)合理選用機(jī)電伺服作動(dòng)器中各組成部件以及優(yōu)化設(shè)計(jì)部件之間的位置關(guān)系，有效減小了整個(gè)伺服系統(tǒng)的體積，提高了可靠性，該機(jī)電伺服系統(tǒng)相對(duì)于現(xiàn)有的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，體積小、重量比現(xiàn)有的系統(tǒng)減少20 %，且可靠性高，能夠?qū)崿F(xiàn)1拖3的高集成性要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種機(jī)電伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為機(jī)電伺服作動(dòng)器的俯視圖；
[0019]圖3為圖2的A-A剖視圖；
[0020]圖4為圖1中控制驅(qū)動(dòng)器1的優(yōu)選實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為圖4中的電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14的優(yōu)選實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本實(shí)用新型提供的機(jī)電伺服系統(tǒng)中控制驅(qū)動(dòng)器對(duì)機(jī)電伺服作動(dòng)器的控制原理圖；
[0023]圖7為電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14的另一種優(yōu)選實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024][附圖標(biāo)記說(shuō)明]
[0025]1、控制驅(qū)動(dòng)器；
[0026]2、機(jī)電伺服作動(dòng)器；
[0027]3、上位機(jī)控制系統(tǒng)；
[0028]4、伺服電機(jī)；
[0029]5、滾珠絲杠；
[0030]6、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；
[0031]7、線位移傳感器；
[0032]8、旋轉(zhuǎn)變壓器；
[0033]9、舵機(jī)殼體；
[0034]10、螺栓組件；
[0035]11、支耳組件；
[0036]12、限擺機(jī)構(gòu)；
[0037]13、通訊模塊；
[0038]14、電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊；
[0039]15、CAN總線接口電路；
[0040]16、DSP及外圍電路；
[0041]17、電流傳感器；
[0042]18、存儲(chǔ)器電路；
[0043]19、信號(hào)處理電路；
[0044]20、A/D 變換電路；
[0045]21、旋變解碼電路；
[0046]22、開關(guān)電源變換電路；
[0047]23、過(guò)流保護(hù)電路。

【具體實(shí)施方式】
[0048]為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0049]如圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種機(jī)電伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1中所示，該系統(tǒng)包括一臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)器I和三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器2。其中，控制驅(qū)動(dòng)器I的輸入端通過(guò)RS422總線與當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)3連接，控制驅(qū)動(dòng)器I的輸出端和三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器2分別連接；控制驅(qū)動(dòng)器I用于接收當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)3發(fā)來(lái)的控制指令，采集各機(jī)電伺服動(dòng)作器2的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)以及各機(jī)電伺服動(dòng)作器2的伺服電機(jī)的相電流、伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器2的閉環(huán)控制。
[0050]圖2所示為機(jī)電伺服作動(dòng)器的俯視圖，圖3為圖2的A-A剖視圖。如圖2和圖3所示，優(yōu)選地，機(jī)電伺服作動(dòng)器包括伺服電機(jī)4、滾珠絲杠5、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6、線位移傳感器7、旋轉(zhuǎn)變壓器8、舵機(jī)殼體9、螺栓組件10、支耳組件11、限擺機(jī)構(gòu)12。
[0051]其中，如圖2-3中所示，伺服電機(jī)4的一邊軸端與滾珠絲杠5連接，另一邊軸端安裝有旋轉(zhuǎn)變壓器8 ;支耳組件11、限擺機(jī)構(gòu)12安裝于旋轉(zhuǎn)變壓器8的外側(cè)，且限擺機(jī)構(gòu)12和支耳組件11在機(jī)電伺服作動(dòng)器的徑向上對(duì)齊；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6具有一圓柱形導(dǎo)向槽，滾珠絲杠5的左側(cè)軸設(shè)置于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6的導(dǎo)向槽內(nèi)，在伺服電機(jī)4旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠絲杠5在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6的導(dǎo)向槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)；螺栓組件10安裝于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6的外側(cè)軸端，即如圖中所示的螺栓組件10安裝于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6的左側(cè)軸端；線位移傳感器7與滾珠絲杠5固定連接；伺服電機(jī)4、滾珠絲杠5、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6、線位移傳感器7、旋轉(zhuǎn)變壓器8、螺栓組件10、支耳組件11均設(shè)置于舵機(jī)殼體9內(nèi)。當(dāng)采用圖2-3所示的優(yōu)選機(jī)電伺服作動(dòng)器時(shí)，本實(shí)用新型提供的機(jī)電伺服系統(tǒng)中的控制驅(qū)動(dòng)器I通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器8采集伺服電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，并通過(guò)線位移傳感器7采集機(jī)電伺服作動(dòng)器2的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)，此時(shí)，控制驅(qū)動(dòng)器I中還設(shè)置有用于采集與伺服電機(jī)4的相電流的電流傳感器。
[0052]由于伺服電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)引起自身的旋轉(zhuǎn)，因此需要設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，在充分消化吸收現(xiàn)有產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于滾動(dòng)軸承的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，即前面所述的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6具有一圓柱形導(dǎo)向槽，滾珠絲杠5的這一側(cè)軸設(shè)置于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6的導(dǎo)向槽內(nèi)，此種導(dǎo)向機(jī)構(gòu)原理在于通過(guò)滾動(dòng)導(dǎo)向減小摩擦力，同時(shí)由于是軸承外圈圓柱面與導(dǎo)向槽端面接觸，力學(xué)性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有效解決滾動(dòng)摩擦等方面的問(wèn)題。
[0053]優(yōu)選地，滾珠絲杠5為單螺母固定式內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠，通過(guò)增大剛球直徑預(yù)緊。滾珠絲杠傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、工作壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)。小型化精密傳動(dòng)滾珠絲杠的研制難點(diǎn)在于有限安裝空間內(nèi)軸向間隙調(diào)整、滾珠絲杠材料的選取、材料熱處理工藝技術(shù)、滾道加工技術(shù)。
[0054]優(yōu)選地，線位移傳感器7采用直線、雙聯(lián)、接觸式、帶中心抽頭的合成膜電位計(jì)；電位計(jì)的電刷組件固定于滾珠絲杠5的螺母上，兩個(gè)電阻板片安裝在舵機(jī)殼體9的兩側(cè)。線位移傳感器的上述內(nèi)置方式相對(duì)于現(xiàn)有的機(jī)電伺服系統(tǒng)中的外置相比大大提高了可靠性、且有效降低了整機(jī)體積，并且將傳感器刷握固定在滾珠絲杠螺母上，簡(jiǎn)化了安裝結(jié)構(gòu)。
[0055]伺服電機(jī)4和滾珠絲杠5之間的連接要求無(wú)間隙、傳遞扭矩，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑有螺紋連接、鍵連接、熱裝等方式，本實(shí)用新型對(duì)二者的連接方式從裝配性、可靠性等方面進(jìn)行比較分析，選用伺服電機(jī)4和滾珠絲杠5之間通過(guò)小余量過(guò)盈配合方式平鍵直連這種優(yōu)選實(shí)施方式。
[0056]由于伺服電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)電伺服作動(dòng)器2的舵機(jī)殼體9發(fā)生旋轉(zhuǎn)，因此需要設(shè)計(jì)防止?jié)L轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)即限擺機(jī)構(gòu)。通?？梢圆捎弥苯庸搪?lián)、關(guān)節(jié)軸承限擺、萬(wàn)向鉸連接。由于直接固連方式不利于橫向發(fā)生位移時(shí)的力平衡，萬(wàn)向鉸聯(lián)接占用的尺寸空間較大，不利于安裝，優(yōu)選地，本實(shí)用新型提供的系統(tǒng)中限擺機(jī)構(gòu)12為關(guān)節(jié)軸承限擺裝置，包括小支耳；限擺機(jī)構(gòu)12的小支耳和支耳組件11的大支耳平行設(shè)置，起到防扭轉(zhuǎn)的作用。
[0057]圖4為圖1中控制驅(qū)動(dòng)器1的優(yōu)選實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖，控制驅(qū)動(dòng)器采用1拖3的方式，由1臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)3臺(tái)機(jī)電伺服動(dòng)作器2，如圖4中所示，控制控制驅(qū)動(dòng)器1包括通訊模塊13和三個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14，每個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14的輸入端與通訊模塊13連接，輸出端與一臺(tái)機(jī)電伺服動(dòng)作器2連接。
[0058]其中，通訊模塊13通過(guò)RS422總線實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)3的通訊連接，并通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)與電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14的數(shù)據(jù)交換。每個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14用于在當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)3的控制下，采集與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器2的伺服電機(jī)4的相電流、伺服電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置以及該機(jī)電伺服作動(dòng)器2的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)，通過(guò)SVPWM空間矢量控制方法得到6路PWM控制信號(hào)，并將6路PWM控制信號(hào)后輸出至與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器2，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該機(jī)電伺服動(dòng)作器2的位置以及伺服電機(jī)的電流、速度的閉環(huán)控制。
[0059]圖5為圖4中的電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14的優(yōu)選實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5中所示，電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14包括:CAN總線接口電路15、DSP及外圍電路16、電流傳感器17、存儲(chǔ)器電路18、信號(hào)處理電路19、A/D變換電路20、旋變解碼電路21、開關(guān)電源變換電路22等。
[0060]其中，DSP及外圍電路16通過(guò)CAN總線接口電路15與通訊模塊13連接；存儲(chǔ)器電路18與DSP及外圍電路16連接；DSP及外圍電路16的輸出端連接待控制的機(jī)電伺服動(dòng)作器。開關(guān)電源變換電路22分別與當(dāng)前電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14中需供電的所有部件連接，為它們提供電源。
[0061]如前面所述，控制驅(qū)動(dòng)器1中設(shè)置有電流傳感器，電流傳感器17與DSP及外圍電路16所連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的伺服電機(jī)4連接，用于采集該伺服電機(jī)4的2相電流。電流傳感器17的輸出端、與DSP及外圍電路16連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的線位移傳感器7的輸出端均與信號(hào)處理電路19的輸入端連接，信號(hào)處理電路19用于對(duì)當(dāng)前接收的伺服電機(jī)4的相電流及機(jī)電伺服動(dòng)作器2的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理后提供給A/D變換電路20進(jìn)行A/D變換；A/D變換電路20的輸出端連接DSP及外圍電路16。
[0062]旋變解碼電路21的輸入端連接與DSP及外圍電路16連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的旋轉(zhuǎn)變壓器8的輸出端，旋變解碼電路21的輸出端與DSP及外圍電路16連接。旋變解碼電路21用于通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器8采集該機(jī)電伺服動(dòng)作器的伺服電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置參數(shù)。
[0063]DSP及外圍電路16根據(jù)上位機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的控制指令以及收到的與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)、伺服電機(jī)的相電流、伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，通過(guò)SVPWM空間矢量控制方法得到6路PWM控制信號(hào)并輸出至與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器以實(shí)現(xiàn)對(duì)該機(jī)電伺服動(dòng)作器的閉環(huán)控制。
[0064]優(yōu)選地，DSP及外圍電路16中的DSP為TMS320F2407A芯片。
[0065]圖6為本實(shí)用新型提供的機(jī)電伺服系統(tǒng)中控制驅(qū)動(dòng)器對(duì)機(jī)電伺服作動(dòng)器的控制原理圖。其中，通過(guò)電流傳感器測(cè)量逆變器輸出的定子電流ia、ib，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字量、和iB，并利用式ie= -(iA+iB)計(jì)算出i。。再依次通過(guò)Clarke變換和Park變換將電流iA、iB、it；變換成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流分量i S(1、isd，isq> isd作為電流環(huán)的負(fù)反饋量。利用旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量電動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移Qm，并將其轉(zhuǎn)換成電角度和轉(zhuǎn)速n。其中，電角度Θ 6用于參與Park變換和逆變換的計(jì)算。給定角度n 與線位移傳感器采集位移信號(hào)經(jīng)位置調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后輸出給定轉(zhuǎn)速nMf，nMf與轉(zhuǎn)速反饋量η的偏差經(jīng)過(guò)速度調(diào)節(jié)器，其輸出作為用于轉(zhuǎn)矩控制的電流q軸參考分量i_f。和isdMf (等于零)與電流反饋量isq、ij勺偏差經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)器后，分別輸出Odq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的相電壓分量V sqref^P V sdref?Vsqref和V sdMf再通過(guò)Park逆變換轉(zhuǎn)換式O α β直角坐標(biāo)系的定子相電壓矢量的分量V saMf和VsfiMf。當(dāng)定子相電壓矢量的分量VsaMf、Vsfiref和其所在的扇區(qū)數(shù)已知時(shí)，就可以利用電壓空間矢量SVPWM技術(shù)，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)來(lái)控制逆變器。
[0066]優(yōu)選地，如圖7所示，電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊14還包括:采用LM339四路比較器的過(guò)流保護(hù)電路23 ;過(guò)流保護(hù)電路23的輸入端與電流傳感器17的輸出端連接，過(guò)流保護(hù)電路23的輸出端與DSP及外圍電路16連接；過(guò)流保護(hù)電路23用于比較判定電流傳感器17采集的伺服電機(jī)4的2相電流中是否至少有一相電流超過(guò)對(duì)應(yīng)的預(yù)定閾值，若是，則輸出低電平，DSP及外圍電路16在過(guò)流保護(hù)電路23輸出低電平時(shí)切斷6路PWM控制信號(hào)的輸出。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，硬件保護(hù)設(shè)計(jì)可行、可靠，沒(méi)有出現(xiàn)燒壞電路中的管子的現(xiàn)象。
[0067]上述方案中，機(jī)電伺服系統(tǒng)采用I臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)器控制3臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器，集成化程度高，而且通過(guò)合理選用機(jī)電伺服作動(dòng)器中各組成部件以及優(yōu)化設(shè)計(jì)部件之間的位置關(guān)系，有效減小了整個(gè)伺服系統(tǒng)的體積，提高了可靠性。該機(jī)電伺服系統(tǒng)相對(duì)于現(xiàn)有的伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，體積小、重量比現(xiàn)有的系統(tǒng)減少20%，可靠性高，能夠?qū)崿F(xiàn)I拖3的高集成性要求，因此，比現(xiàn)有的機(jī)電伺服系統(tǒng)具有優(yōu)勢(shì)，實(shí)用性強(qiáng)。
[0068]以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，包括一臺(tái)控制驅(qū)動(dòng)器和三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器； 所述控制驅(qū)動(dòng)器的輸入端通過(guò)RS422總線與當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)連接，輸出端和所述三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器分別連接；所述控制驅(qū)動(dòng)器用于接收當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的控制指令，采集各機(jī)電伺服動(dòng)作器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)以及各機(jī)電伺服動(dòng)作器的伺服電機(jī)的相電流、伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述三臺(tái)機(jī)電伺服作動(dòng)器的閉環(huán)控制。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述機(jī)電伺服作動(dòng)器包括伺服電機(jī)、滾珠絲杠、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、線位移傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器、殼體、螺栓組件、支耳組件、限擺機(jī)構(gòu)； 所述伺服電機(jī)的一邊軸端與所述滾珠絲杠連接，另一邊軸端安裝有所述旋轉(zhuǎn)變壓器；所述支耳組件、限擺機(jī)構(gòu)均安裝于所述旋轉(zhuǎn)變壓器的外側(cè)，且所述限擺機(jī)構(gòu)和支耳組件在機(jī)電伺服作動(dòng)器的徑向上對(duì)齊；所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)具有一圓柱形導(dǎo)向槽，所述滾珠絲杠的一側(cè)軸設(shè)置于所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向槽內(nèi)，在所述伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述滾珠絲杠在所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)；所述螺栓組件安裝于所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的外側(cè)軸端；所述線位移傳感器與所述滾珠絲杠固定連接；所述伺服電機(jī)、滾珠絲杠、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、線位移傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器、螺栓組件、支耳組件均設(shè)置于所述殼體內(nèi)； 所述控制驅(qū)動(dòng)器通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)變壓器采集所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，并通過(guò)所述線位移傳感器采集所述機(jī)電伺服作動(dòng)器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述滾珠絲杠為單螺母固定式內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠，且通過(guò)增大鋼球直徑預(yù)緊。
4.如權(quán)利要求2所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述線位移傳感器采用直線、雙聯(lián)、接觸式、帶中心抽頭的合成膜電位計(jì)；所述電位計(jì)的電刷組件固定于所述滾珠絲杠的螺母上，兩個(gè)電阻板片安裝在所述殼體的兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求2所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服電機(jī)和滾珠絲杠之間通過(guò)小余量過(guò)盈配合方式平鍵直連。
6.如權(quán)利要求2所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述限擺機(jī)構(gòu)為關(guān)節(jié)軸承限擺裝置，包括小支耳；所述限擺機(jī)構(gòu)的小支耳和所述支耳組件的大支耳平行設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述控制驅(qū)動(dòng)器包括通訊模塊和三個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端與所述通訊模塊連接，輸出端與一臺(tái)機(jī)電伺服動(dòng)作器連接； 所述通訊模塊通過(guò)RS422總線實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)的通訊連接，并通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)與所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)據(jù)交換； 每個(gè)所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊用于在當(dāng)前機(jī)電伺服系統(tǒng)的上位機(jī)控制系統(tǒng)的控制下，采集與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的伺服電機(jī)的相電流、伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置以及機(jī)電伺服作動(dòng)器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)，通過(guò)SVPWM空間矢量控制方法得到6路PWM控制信號(hào)，并將所述6路PWM控制信號(hào)輸出至與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該機(jī)電伺服動(dòng)作器的位置以及伺服電機(jī)的電流、速度的閉環(huán)控制。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊包括:CAN總線接口電路、DSP及外圍電路、電流傳感器、存儲(chǔ)器電路、信號(hào)處理電路、A/D變換電路、旋變解碼電路、開關(guān)電源變換電路； 所述DSP及外圍電路通過(guò)所述CAN總線接口電路與所述通訊模塊連接；所述存儲(chǔ)器電路與所述DSP及外圍電路連接；所述DSP及外圍電路的輸出端連接待控制的機(jī)電伺服動(dòng)作器; 所述電流傳感器用于采集與所述DSP及外圍電路連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的伺服電機(jī)的2相電流；所述電流傳感器的輸出端、與所述DSP及外圍電路連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的線位移傳感器的輸出端均與所述信號(hào)處理電路的輸入端連接，所述信號(hào)處理電路用于對(duì)當(dāng)前接收的伺服電機(jī)的相電流及機(jī)電伺服動(dòng)作器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理后提供給所述A/D變換電路進(jìn)行A/D變換；所述A/D變換電路的輸出端連接所述DSP及外圍電路； 所述旋變解碼電路的輸入端連接與所述DSP及外圍電路連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的旋轉(zhuǎn)變壓器輸出端，所述旋變解碼電路的輸出端與所述DSP及外圍電路連接； 所述DSP及外圍電路根據(jù)上位機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)來(lái)的控制指令以及收到的與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器的直線運(yùn)動(dòng)位移信號(hào)、伺服電機(jī)的相電流、伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角位置，通過(guò)SVPWM空間矢量控制方法得到6路PWM控制信號(hào)并輸出至所述與自身連接的機(jī)電伺服動(dòng)作器; 所述開關(guān)電源變換電路分別與當(dāng)前電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊中需供電的所有部件連接，為它們提供電源。
9.如權(quán)利要求8所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP及外圍電路中的DSP為TMS320F2407A 芯片。
10.如權(quán)利要求8所述的機(jī)電伺服系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊還包括:采用LM339四路比較器的過(guò)流保護(hù)電路；所述過(guò)流保護(hù)電路的輸入端與所述電流傳感器的輸出端連接，所述過(guò)流保護(hù)電路的輸出端與所述DSP及外圍電路連接；所述過(guò)流保護(hù)電路用于比較判定所述電流傳感器采集的伺服電機(jī)的2相電流中是否至少有一相電流超過(guò)對(duì)應(yīng)的預(yù)定閾值，若是，則輸出低電平，所述DSP及外圍電路在所述過(guò)流保護(hù)電路輸出低電平時(shí)切斷6路PWM控制信號(hào)的輸出。
【文檔編號(hào)】B64C13/50GK204197276SQ201420676255
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】鄭繼貴, 鄭再平, 黃玉平, 高建華, 李建明, 王春明 申請(qǐng)人:北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院