本實用新型涉及一種集成式多通道輸出伺服控制驅動器，具有多路控制驅動輸出能力。

背景技術：
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隨著現(xiàn)代科技的進步及國防現(xiàn)代化建設的快速推進，武器裝備正朝著高、精、尖方向發(fā)展，而其對伺服產(chǎn)品也提出了更高的技術要求。機電伺服機構本身，具有“全數(shù)字化、批量生產(chǎn)性強、維護方便”等技術優(yōu)點。而功率電子技術、控制技術以及稀土永磁材料等技術的成熟與進步，促進了機電伺服這一產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)成為航天伺服技術的重要發(fā)展方向之一。如今，機電伺服的應用越來越廣泛，以其“極佳的可靠性和實用性”折服了軍、民多方用戶單位。與此同時，用戶對其集成度要求也越來越高。

機電伺服系統(tǒng)一般由伺服控制驅動器、機電作動器和伺服電池組成。伺服控制驅動器通過總線接收控制系統(tǒng)的擺角指令，同時采集機電作動器的線位移、電機相電流和電機轉子位置，實現(xiàn)位置、電流和轉速閉環(huán)控制，最終實現(xiàn)驅動作動器推動負載，達到伺服控制的目的。

傳統(tǒng)的多通道機電伺服系統(tǒng)采用多臺智能單機的分布式控制形式，以四通道機電伺服系統(tǒng)為例，一般由一臺伺服控制器、四臺伺服驅動器和四臺機電作動器組成，每臺伺服驅動器驅動一臺機電作動器，或由兩臺雙通道伺服控制驅動器和四臺機電作動器組成，每臺伺服控制驅動器驅動兩臺機電作動器。以上組成方式的優(yōu)點在于伺服控制器、伺服驅動器或伺服控制驅動器的功能單一，同種類產(chǎn)品之間可實現(xiàn)互換。但是其體積和重量相對較大，在一些體積和重量指標要求苛刻的應用場合，尤其是在航空航天飛行器執(zhí)行機構上的應用受到極大的限制。

技術實現(xiàn)要素：
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本實用新型的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種集成式多通道輸出伺服控制驅動器，有效降低安裝空間，減小產(chǎn)品質量，簡化系統(tǒng)電氣連接，節(jié)約生產(chǎn)成本。

本實用新型的技術解決方案是：一種集成式多通道輸出伺服控制驅動器，包括殼體、功率板、電源板和控制板；殼體由上殼體和下殼體對接而成，其中上殼體和下殼體結構相同，高度不同，下殼體底面帶有4個安裝法蘭；在上殼體和下殼體的底部分別安裝一塊功率板，每塊功率板螺接一塊電源板；控制板通過減振墊固連在金屬板上，再將金屬板安裝在高度高的殼體上部，功率板、電源板和控制板之間通過連接器方式電氣連接。

所述每塊功率板設計有一個動力電源接口和多個伺服電機接口，每塊功率板通過動力電源接口與外部輸入的高壓直流電連接，通過伺服電機接口與伺服電機連接。

所述控制板設計有一個反饋信號接口和一個控制總線信號接口，控制板通過反饋信號接口與多個機電作動器連接，通過控制總線信號接口與外部總線連接，同時接收外部輸入的控制電壓。

所述伺服控制驅動器下殼體底面的每個法蘭上還設置有減振器，每個減振器包括兩個減振墊、一個限位片以及一個限位襯套，減振墊為帶有圓柱凸臺的圓形橡膠墊，限位襯套為帶有圓柱凸臺的圓形金屬墊，且減振墊以及限位襯套中心均開有通孔，限位襯套通孔外徑和減振墊通孔內徑相同，減振墊凸臺外徑與法蘭內徑相同，兩個減振墊分別位于法蘭的上下兩端，且兩個減振墊的凸臺均插入法蘭中，限位襯套從下往上穿過兩個減振墊，在法蘭上端減振墊上放置限位片，限位片、限位襯套和兩個減振墊通過螺釘與法蘭緊固連接。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：

(1)傳統(tǒng)的控制驅動器殼體由一個主殼體和蓋板組成，各個板串聯(lián)安裝在主殼體上，本實用新型采用的殼體分為上殼體和下殼體兩部分，各個板分別安裝在上下殼體上，具有安裝簡單、測試便捷的優(yōu)點。

(2)本實用新型的兩塊功率板分別與上殼體和下殼體安裝連接，能夠使控制驅動器在工作中最大限度的通過殼體散熱，提高了產(chǎn)品的可靠性。

(3)傳統(tǒng)控制驅動器的內部各板通過板與板串連的方式與殼體底部連接。而本實用新型內部的每塊功率板螺接一塊電源板后分別與上殼體和下殼體連接，控制板通過減振墊固連于金屬板后裝在下殼體的上部，結構強度明顯提高，與傳統(tǒng)方式相比，內部的板級振動放大明顯降低，有效提高了產(chǎn)品的環(huán)境適應性。

(4)與傳統(tǒng)的伺服控制驅動器相比，本實用新型實現(xiàn)了電子設備高度集成，使機電伺服系統(tǒng)的電子設備單機數(shù)量達到最簡化。按照傳統(tǒng)的使用模式，若要實現(xiàn)同等的功能和性能，“一驅一”方案需5臺電子設備(控制器和驅動器)，“一驅二”方案也需2臺電子設備，而采取本實用新型的方案，伺服系統(tǒng)僅需1臺電子設備單機，有效減小了電子設備單機的安裝空間，減輕了電子設備單機的總重量。

附圖說明：

圖1為本實用新型結構示意圖；

圖2為伺服控制驅動器電氣接口示意圖；

圖3為減振器示意圖；

圖4為控制板組成示意圖；

圖5為功率板組成示意圖；

圖6為電源板組成示意圖。

具體實施方式：

本實用新型提出一種集成式多通道輸出伺服控制驅動器，利用該伺服控制驅動器能夠同時驅動多臺機電作動器，從而較現(xiàn)有技術相比，減小了機電伺服系統(tǒng)安裝空間，減輕了產(chǎn)品質量，簡化了系統(tǒng)電氣連接。

如圖1所示，本實用新型集成式多通道輸出伺服控制驅動器包括殼體、功率板4、電源板5和控制板3，殼體包括上殼體1和下殼體2，其中上殼體1和下殼體2結構相同，高度不同，下殼體2底面帶有4個安裝法蘭。殼體內部采用層式結構，在上殼體1和下殼體2的底部分別安裝一塊功率板4，每塊功率板4螺接一塊電源板5。控制板3采用金屬骨架支撐結構，通過減振墊固連在金屬板上，再將金屬板安裝在高度高的殼體上部，圖1所示顯示的為下殼體高度較高，所以控制板3安裝在下殼體上部。功率板4、電源板5和控制板3之間通過連接器方式電氣連接。連接好后，上殼體1和下殼體2對接完成整個伺服控制驅動器的裝配。

每塊功率板4設計有一個動力電源接口和多個伺服電機接口，每塊功率板4通過動力電源接口與外部輸入的高壓直流電連接，通過伺服電機接口與伺服電機連接。

控制板3設計有反饋信號接口和控制總線信號接口，控制板3通過反饋信號接口與多個機電作動器連接，通過控制總線信號接口與外部總線連接接收外部信號，同時反饋遙測信號，同時接收外部輸入的控制電壓。

如圖3所示，伺服控制驅動器下殼體2底面的每個法蘭上還設置有減振器6，每個減振器包括兩個減振墊61、一個限位片62以及一個限位襯套63，減振墊61為帶有圓柱凸臺的圓形橡膠墊，限位襯套63為帶有圓柱凸臺的圓形金屬墊，且減振墊61以及限位襯套63中心均開有通孔，限位襯套63通孔外徑和減振墊61通孔內徑相同，減振墊61凸臺外徑與法蘭內徑相同，兩個減振墊61分別位于法蘭的上下兩端，且兩個減振墊61的凸臺均插入法蘭中，限位襯套63從下往上穿過兩個減振墊61，在法蘭上端減振墊61上放置限位片62，限位片62、限位襯套63和兩個減振墊61通過螺釘與法蘭緊固連接。通過該方式減振，減振效率可達到80％以上。

以四通道輸出伺服控制驅動器為例：

四通道輸出伺服控制驅動器共有八個電氣接口。如圖2所示，兩塊功率板采用同一個動力電源接口，用來接收功率電。其中一塊功率板具有電機驅動接口I和電機驅動接口IV，另一塊功率板具有電機驅動接口III和電機驅動接口II，電機驅動接口I用來驅動機電作動器I的伺服電機，電機驅動接口II用來驅動機電作動器II的伺服電機，電機驅動接口III用來驅動機電作動器III的伺服電機，電機驅動接口IV用來驅動機電作動器IV的伺服電機。

控制板設計有兩個反饋信號接口(第一反饋信號接口和第二反饋信號接口)以及一個控制總線信號接口，第一反饋信號接口用來接收機電作動器I和機電作動器IV的旋轉變壓器信號和線位移信號，第二反饋信號接口用來接收機電作動器II和機電作動器III的旋轉變壓器信號和線位移信號，控制總線信號接口用來接收+28V控制電以及1553B總線信號。

本實用新型進一步給出控制板、電源板、功率板的實現(xiàn)方式。

如圖4所示，控制板包括DSP電路、CPLD邏輯控制電路、總線接口電路、信號調理電路、旋轉變壓器解碼電路、電源變換電路以及保護控制電路。

信號調理電路采集伺服電機的線位移信號和電流信號，并將其轉換為DSP電路能夠接收的電壓信號輸出給DSP電路。旋轉變壓器解碼電路采集機電作動器伺服電機的電機轉子位置信號，并將其轉換為DSP電路能夠接收的數(shù)字信號輸出給DSP電路。保護控制電路接收功率板輸入的故障信號，輸出給DSP電路?？偩€接口電路接收外部輸入的指令信號，進行轉換后輸出給DSP電路?？偩€接口電路采用4Mbps通信速率的1553B總線實現(xiàn)。DSP電路分別采集信號調理電路和旋轉變壓器解碼電路輸出的電壓信號和數(shù)字信號，根據(jù)接收的指令信號、電壓信號和數(shù)字信號進行閉環(huán)運算，得到3N路脈寬調制信號，并輸出給CPLD邏輯控制電路，N為通道數(shù)；DSP電路當接收到保護控制電路輸入的故障信號時，停止向CPLD邏輯控制電路發(fā)送脈寬調制信號。

CPLD接收DSP的3N路獨立脈寬調制信號，并負責時序邏輯控制，將DSP的3N路脈寬調制信號轉換成帶互補死區(qū)的6N路(3N組橋臂)PWM輸出信號，6N路PWM信號分N組輸送給2塊功率板，控制N個IPM的開關，實現(xiàn)N臺伺服電機的同步控制。電源變換電路接收外部輸入的電源，將其轉變?yōu)榭刂瓢迳细麟娐匪璧碾娫矗糜跒榭刂瓢迳细麟娐饭╇姟?/p>

以N＝4為例，控制板選用DSP+CPLD控制框架，DSP負責將12路獨立的PWM控制信號輸出給CPLD，CPLD負責時序邏輯控制，并將DSP的12路PWM控制信號轉換成帶互補死區(qū)的24路(12組橋臂)PWM輸出信號，24路PWM信號分4組輸送給2塊功率板，進而控制4個IPM的開關。DSP采用主頻高達150MHz的高速處理器，同步實現(xiàn)對4臺機電作動器的快速實時閉環(huán)控制。

如圖5所示，每塊功率板包括多個大功率開關器件IPM、電流采樣電路、光電隔離電路、吸收保護電路和母線電壓采集電路，當N為偶數(shù)時，兩塊功率板均包括N/2個大功率開關器件IPM，當N為奇數(shù)時，其中一塊功率板包括(N+1)/2個大功率開關器件IPM，另一塊功率板包括(N-1)/2個大功率開關器件IPM。

光電隔離電路接收控制板輸出的脈寬調制信號，并對接收的每組脈寬調制信號進行光電隔離處理，將處理后的一組脈寬調制信號輸出給一個大功率開關器件IPM。

吸收保護電路對外部輸入的高壓直流電(如160V)進行濾波處理后輸出給大功率開關器件IPM和母線電壓采集電路。高壓直流電輸入接口中分別設計了地面電源供電接點和伺服電池供電接點，使控制驅動器可以分別在地面電源和伺服電池供電條件下工作，吸收保護電路接收外部地面電源輸入電壓的一端設計了二極管反向截止電路，可防止由于地面電源供電線路的正、負端短路而影響伺服電池向伺服控制驅動器供電。

每個大功率開關器件IPM根據(jù)光電隔離電路輸出的一組脈寬調制信號對吸收保護電路輸出的高壓直流電進行斬波處理，輸出一組交流電驅動伺服電機動作。

電流采樣電路用于采集伺服電機的電流信號，輸出給控制板的信號調理電路。

母線電壓采集電路對吸收保護電路輸出的高壓直流電進行分壓處理，將處理后的電壓輸出給電源板。

如圖6所示，電源板包括EMI抑制器、多組功率驅動電源變換電路以及母線電壓轉換電路，功率驅動電源變換電路組數(shù)與對應功率板上的大功率開關器件IPM個數(shù)相同。

EMI抑制器接收外部輸入的電源，進行濾波后輸出給功率驅動電源變換電路。

每組功率驅動電源變換電路將EMI抑制器濾波后的外部輸入電源電壓轉換為四組獨立的功率驅動電源電壓輸出給對應功率板上的一個大功率開關器件IPM。

母線電壓轉換電路接收對應功率板上母線電壓采集電路輸出的電壓，將其轉化為DSP電路能夠接收的電壓信號通過DSP電路輸出給外部系統(tǒng)。

集成式四通道輸出伺服控制驅動器采用DSP+CPLD數(shù)控方案，有效實現(xiàn)了一臺伺服控制器和四臺伺服驅動器的功能、性能，主要實現(xiàn)伺服機構與上位機間的全數(shù)字信息通訊、機電作動器閉環(huán)控制、伺服機構內部所需的二次電源變換等功能?？刂瓢逋瓿煽偩€通訊、多路功率驅動模塊控制的功能，充分利用DSP的資源，實現(xiàn)伺服控制單元小型化。電源板使用高集成化多路輸出開關電源替代多個單路輸出電源模塊，實現(xiàn)了功率驅動二次電源變換的小型化。功率板通過合理布局走線，將兩塊大功率全橋IPM模塊及配套電路集成到一塊PCB板上，實現(xiàn)了功率驅動單元小型化。

本實用新型的伺服控制驅動器，實現(xiàn)了資源整合以及產(chǎn)品的一體化設計，利用本實用新型的伺服控制驅動器實現(xiàn)的伺服系統(tǒng)，有效降低安裝空間，減小產(chǎn)品質量，簡化系統(tǒng)電氣連接，節(jié)約生產(chǎn)成本。

本實用新型未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知常識。