專利名稱：一種全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及伺服驅(qū)動(dòng)器，尤其涉及一種基于新型電流檢測方法和位置反饋的全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
以永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)作執(zhí)行元件的交流伺服系統(tǒng)已成為電伺服系統(tǒng)的主流，它具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和較高的可靠性。隨著新型電力電子器件及大規(guī)模專用集成電路的飛速發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器已由模擬控制發(fā)展到數(shù)字控制和計(jì)算機(jī)控制，系統(tǒng)功能愈來愈強(qiáng)，結(jié)構(gòu)日益簡化。在對交流伺服電機(jī)的控制過程中，包括控制電機(jī)的位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制以及人機(jī)界面在內(nèi)的控制算法都在高性能微處理器里完成，而電流檢測和電機(jī)位置檢測是所有控制算法的基礎(chǔ)，是設(shè)計(jì)高性能伺服驅(qū)動(dòng)器的前提條件，而現(xiàn)有的交流伺服驅(qū)動(dòng)器還有進(jìn)一步優(yōu)化的余地。因此，有必要對交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電流檢測和位置反饋結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以提升交流伺服驅(qū)動(dòng)器的性能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器，以降低成本，使其響應(yīng)迅速，定位精準(zhǔn)，從而提升交流伺服驅(qū)動(dòng)器的工作性能。本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，
—種全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器，包含有電流檢測單元、編碼器以及微處理器，電流檢測單元與電機(jī)的工作電路相連，采集電機(jī)的工作電流，電流檢測單元與微處理器相連，將所采集的電流信號(hào)傳輸至微處理器；編碼器設(shè)置于電機(jī)的動(dòng)力輸出端，該編碼器獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，并通過可編程邏輯單元與微處理器相連，將位置信號(hào)傳輸至微處理器，微處理器根據(jù)反饋的電流信號(hào)及位置信號(hào)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和當(dāng)前速度，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度閉環(huán)控制和位置閉環(huán)控制；微處理器具有事件管理單元，該事件處理單元分別與PWM輸出單元、外設(shè)處理單元以及反饋處理單元相連，電流檢測單元及可編程邏輯單元通過反饋處理單元與微處理器相連；微處理器通過電源模塊與電源整流模塊相連，電流檢測單元通過逆變模塊與電源整流模塊相連，電源模塊通過光耦驅(qū)動(dòng)模塊與逆變模塊相連，電源模塊對微處理器和逆變模塊提供電源；外設(shè)處理單元連接有串行通訊模塊、外部存儲(chǔ)模塊、按鍵顯示模塊以及故障檢測模塊，可編程邏輯單元還連接有輸入輸出模塊；電流檢測單元包含有采樣電阻、A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片以及可編程邏輯器件，采樣電阻接入伺服驅(qū)動(dòng)器的工作電路中，A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片的輸入端與采樣電阻兩端相接，電流流過采樣電阻，產(chǎn)生電壓供給A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片，A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片將該電壓的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片的輸出端連接至可編程邏輯器件，將數(shù)字信號(hào)送入可編程邏輯器件進(jìn)行處理;A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片由轉(zhuǎn)換編碼模塊和譯碼模塊構(gòu)成，轉(zhuǎn)換編碼模塊包含Σ -Δ式過米樣A/D轉(zhuǎn)換器，Σ -Δ式過米樣A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為一位高速串行數(shù)據(jù)流，高速串行數(shù)據(jù)流和采樣時(shí)鐘編碼后通過隔離帶傳輸至譯碼模塊，譯碼模塊接收到數(shù)據(jù)解碼后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成分離的高速時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，再由可編程邏輯器件對時(shí)鐘和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；可編程邏輯單元與微處理器相接，可編程邏輯器件通過SINC3濾波器將輸入的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為16位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并通過SPI同步串行接口通信協(xié)議傳輸給微處理器；編碼器由絕對值編碼器充任；該絕對值編碼器能夠記憶電機(jī)位置，即使停電后，電機(jī)在外力作用下移動(dòng)了位置，絕對值編碼器也能記憶變化的位置。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，該交流伺服驅(qū)動(dòng)器采用的電流檢測單元不依賴于高精度AD轉(zhuǎn)換器，增強(qiáng)了抗干擾能力，并降低成本，使交流伺服驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)快速、性能穩(wěn)定、定位精準(zhǔn)，工作性能得到大幅度提升。

圖1是本實(shí)用新型提出的全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是該交流伺服驅(qū)動(dòng)器采用的電流檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。如圖1所示，本實(shí)用新型提出的全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器包含有電流檢測單元、編碼器以及微處理器，電流檢測單元與電機(jī)的工作電路相連，采集電機(jī)的工作電流，電流檢測單元與微處理器相連，將所采集的電流信號(hào)傳輸至微處理器；編碼器設(shè)置于電機(jī)的動(dòng)力輸出端，該編碼器獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，并通過可編程邏輯單元與微處理器相連，將位置信號(hào)傳輸至微處理器，微處理器根據(jù)反饋的電流信號(hào)及位置信號(hào)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和當(dāng)前速度，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度閉環(huán)控制和位置閉環(huán)控制；微處理器具有事件管理單元，該事件處理單元分別與PWM輸出單元、外設(shè)處理單元以及反饋處理單元相連，電流檢測單元及可編程邏輯單元通過反饋處理單元與微處理器相連；微處理器通過電源模塊與電源整流模塊相連，電流檢測單元通過逆變模塊與電源整流模塊相連，電源模塊通過光耦驅(qū)動(dòng)模塊與逆變模塊相連，電源模塊對微處理器和逆變模塊提供電源；外設(shè)處理單元連接有串行通訊模塊、外部存儲(chǔ)模塊、按鍵顯示模塊以及故障檢測模塊，可編程邏輯單元還連接有輸入輸出模塊；如圖2，電流檢測單元包含有采樣電阻、A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片以及可編程邏輯器件，采樣電阻接入伺服驅(qū)動(dòng)器的工作電路中，A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片的輸入端與采樣電阻兩端相接，電流流過采樣電阻，產(chǎn)生電壓供給A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片，A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片將該電壓的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片的輸出端連接至可編程邏輯器件，將數(shù)字信號(hào)送入可編程邏輯器件進(jìn)行處理;A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片由轉(zhuǎn)換編碼模塊和譯碼模塊構(gòu)成，轉(zhuǎn)換編碼模塊包含Σ -Δ式過采樣A/D轉(zhuǎn)換器，Σ -Λ式過采樣A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為一位高速串行數(shù)據(jù)流，高速串行數(shù)據(jù)流和采樣時(shí)鐘編碼后通過隔離帶傳輸至譯碼模塊，譯碼模塊接收到數(shù)據(jù)解碼后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成分離的高速時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，再由可編程邏輯器件對時(shí)鐘和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；可編程邏輯單元與微處理器相接，可編程邏輯器件通過SINC3濾波器將輸入的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為16位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并通過SPI同步串行接口通信協(xié)議傳輸給微處理器；可編程邏輯器件通過軟件的方式，采集高速時(shí)鐘和數(shù)據(jù)流，采用SINC3濾波器，完成電流數(shù)據(jù)的采集，在提高了可靠性的同時(shí)，有效精度上能達(dá)到13位，且響應(yīng)時(shí)間小于4μ S，不依賴于高精度AD轉(zhuǎn)換器，增強(qiáng)了抗干擾能力，降低了成本；編碼器由絕對值編碼器充任，該絕對值編碼器能夠記憶電機(jī)位置，即使停電后，電機(jī)在外力作用下移動(dòng)了位置，絕對值編碼器也能記憶變化的位置。絕對值編碼器位置分辨率達(dá)到17bit，多圈信息達(dá)到16bit。絕對值編碼器通過串行通訊形式傳輸數(shù)據(jù)到微控制器，伺服驅(qū)動(dòng)器的微處理器通過電流采樣單元完成電流采樣，通過編碼器反饋完成位置和速度的檢測，完成轉(zhuǎn)子位置的檢測，采用PI調(diào)節(jié)器、空間矢量算法控制電機(jī)三相電流，進(jìn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、速度和位置控制。該交流伺服驅(qū)動(dòng)器采用的電流檢測單元不依賴于高精度AD轉(zhuǎn)換器，增強(qiáng)了抗干擾能力，并降低成本，使交流伺服驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)快速、性能穩(wěn)定、定位精準(zhǔn)，工作性能得到大幅度提升。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的 權(quán) 利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.一種全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包含有電流檢測單元、編碼器以及微處理器，電流檢測單元與電機(jī)的工作電路相連，采集電機(jī)的工作電流，電流檢測單元與微處理器相連，將所采集的電流信號(hào)傳輸至微處理器；編碼器設(shè)置于電機(jī)的動(dòng)力輸出端，該編碼器獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，并通過可編程邏輯單元與微處理器相連，將位置信號(hào)傳輸至微處理器，微處理器根據(jù)反饋的電流信號(hào)及位置信號(hào)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和當(dāng)前速度，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度閉環(huán)控制和位置閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，微處理器具有事件管理單元，該事件處理單元分別與PWM輸出單元、外設(shè)處理單元以及反饋處理單元相連，電流檢測單元及可編程邏輯單元通過反饋處理單元與微處理器相連；微處理器通過電源模塊與電源整流模塊相連，電流檢測單元通過逆變模塊與電源整流模塊相連，電源模塊通過光耦驅(qū)動(dòng)模塊與逆變模塊相連，電源模塊對微處理器和逆變模塊提供電源；外設(shè)處理單元連接有串行通訊模塊、外部存儲(chǔ)模塊、按鍵顯示模塊以及故障檢測模塊，可編程邏輯單元還連接有輸入輸出模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，電流檢測單元包含有采樣電阻、A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片以及可編程邏輯器件，采樣電阻接入伺服驅(qū)動(dòng)器的工作電路中，A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片的輸入端與采樣電阻兩端相接，電流流過采樣電阻，產(chǎn)生電壓供給A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片，A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片將該電壓的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片的輸出端連接至可編程邏輯器件，將數(shù)字信號(hào)送入可編程邏輯器件進(jìn)行處理;A/D轉(zhuǎn)換隔離調(diào)制芯片由轉(zhuǎn)換編碼模塊和譯碼模塊構(gòu)成，轉(zhuǎn)換編碼模塊包含Σ -Δ式過米樣A/D轉(zhuǎn)換器，Σ -Δ式過米樣A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為一位高速串行數(shù)據(jù)流，高速串行數(shù)據(jù)流和采樣時(shí)鐘編碼后通過隔離帶傳輸至譯碼模塊，譯碼模塊接收到數(shù)據(jù)解碼后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成分離的高速時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，再由可編程邏輯器件對時(shí)鐘和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；可編程邏輯單元與微處理器相接，可編程邏輯器件通過SINC3濾波器將輸入的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化為16位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并通過SPI同步串行接口通信協(xié)議傳輸給微處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，編碼器由絕對值編碼器充任。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)器，包含有電流檢測單元、編碼器以及微處理器，電流檢測單元與電機(jī)的工作電路相連，采集電機(jī)的工作電流，電流檢測單元與微處理器相連，將所采集的電流信號(hào)傳輸至微處理器；編碼器設(shè)置于電機(jī)的動(dòng)力輸出端，該編碼器獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，并通過可編程邏輯單元與微處理器相連，將位置信號(hào)傳輸至微處理器，微處理器根據(jù)反饋的電流信號(hào)及位置信號(hào)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和當(dāng)前速度，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度閉環(huán)控制和位置閉環(huán)控制；該交流伺服驅(qū)動(dòng)器采用的電流檢測單元不依賴于高精度AD轉(zhuǎn)換器，增強(qiáng)了抗干擾能力，并降低成本，使交流伺服驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)快速、性能穩(wěn)定、定位精準(zhǔn)，工作性能得到大幅度提升。
文檔編號(hào)H02P27/08GK203119841SQ201320088629
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者顧超峰, 易健, 李社偉 申請人:東菱技術(shù)股份有限公司