CN109324541B - 运动控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运动控制***，包括：功率模块、多个伺服电机、伺服控制模块、运动控制模块和微处理器。功率模块用于控制交流电源输出的工作电源；多个私服电机用于将功率模块的输出电流的电流信号，转换为编码器输出信号发送给伺服控制模块；伺服控制模块将编码器输出信号转换为第一逻辑控制信号，经过运动控制模块传输至微处理器；微处理器根据第一逻辑信号生成控制信号，控制伺服控制模块对功率模块进行调整，从而改变交流电源输出的工作功率，驱动多个伺服电机进行工作。与传统技术相比，本发明提供一种集成运动控制器和支持多轴交流伺服驱动器的运动控制***，实现伺服驱动器的自动控制，提高伺服驱动器控制精度。

Description

运动控制***
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种运动控制***。
背景技术
目前，市场上的数控设备、工业机器人的运动控制一般通过多台交流伺服驱动器和相同数量的伺服电机来实现多轴直线或关节运动，并且还需配备多轴的运动控制器，实现自动控制。而这种控制方法，通常会由于运动控制器与交流伺服器的品牌不同，导致位于上位机的运动控制器和位于下位机的交流伺服驱动器的参数设置性能不一致，使得设备运动精度相差较大，给用户带来莫名的困扰。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种集成运动控制器和支持多轴交流伺服驱动器的运动控制***，实现伺服驱动器的自动控制，提高伺服驱动器控制精度。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种运动控制***，包括：功率模块、多个伺服电机、伺服控制模块、运动控制模块和微处理器；
所述功率模块与所述多个伺服电机连接，用于控制所述交流电源输出的工作电源；
所述多个伺服电机与所述伺服控制模块连接，用于接收流经所述功率模块的输出电流，并对所述输出电流的电流信号进行调理整形，转换为编码器输出信号，发送到所述伺服控制模块；
所述伺服控制模块与所述功率控制模块连接，用于接收所述多个伺服电机分别发送的编码器输出信号，进行计数和辨向处理后，转换成第一逻辑控制信号；
所述运动控制模块，与所述伺服控制模块和所述微处理器连接，用于将所述第一逻辑控制信号，发送到所述微处理器；
所述微处理器，用于接收所述第一逻辑控制信号，对所述逻辑控制信号进行插补后，转换成控制信号，并反馈所述控制信号给所述运动控制模块，以供所述运动控制模块，控制所述伺服控制模块对所述功率模块进行调整，以使所述功率模块改变所述交流电源输出的工作电源，从而驱动所述多个伺服电机；
所述伺服电机包括编码器，用于输出所述编码器输出信号；
所述编码器包括增量式编码器和/或绝对式编码器；其中，所述增量式编码器用于滤除差分信号中的高频干扰信号后，对电流信号进行调理整形，转换为所述编码器输出信号。
进一步的，所述功率模块包括：电源控制单元、多个交-直-交功率单元、多个空间矢量脉宽调制集成单元和电流检测单元；
所述电源控制单元，用于控制所述交流电源的输出；
所述多个交-直-交功率单元的输入端与所述电源控制单元的输出端连接，所述多个交-直-交功率单元的输出端与所述多个伺服电机连接；
所述多个交-直-交功率单元用于对所述交流电源输出的工作电源进行变频变压转换；
所述多个空间矢量脉宽调制集成单元，分别与所述多个交-直-交功率单元的输出端一一对应连接，用于对所述多个交-直-交功率单元中的工作电压进行调制；
所述电流检测单元，与各个所述交-直-交功率单元的输出端连接，用于检测各所述交-直-交功率单元的工作电流。
进一步的，所述伺服控制模块包括：逻辑控制单元、控制处理单元和位置反馈单元；
所述逻辑控制单元，与所述运动控制模块连接，用于将各所述伺服电机的编码器输出信号，转换成所述第一逻辑控制信号，并通过所述运动控制模块发送至所述微处理器，并根据所述微处理器反馈的所述控制信号，向所述控制处理单元输出相应的第二逻辑控制信号；
所述控制处理单元，与所述逻辑控制单元、所述电源控制单元、所述多个空间矢量脉宽调制集成单元连接，用于接收所述第二逻辑控制信号，输出多组调制信号给相应的空间矢量脉宽调制集成单元，以控制所述多个交-直-交功率单元；
位置反馈单元，与所述逻辑控制单元连接；所述位置反馈单元包括多个位置反馈接口；
所述多个位置反馈接口，分别与所述多个伺服电机一一对应连接，用于将所述编码器输出信号发送到所述逻辑控制单元。
进一步的，还包括：
与所述控制处理单元连接的伺服显示模块。
进一步的，所述运动控制模块包括：指令及反馈单元和FPGA单元；
所述指令及反馈单元，与所述FPGA单元和所述伺服控制模块连接，用于将所述第一逻辑信号发送至所述FPGA单元；
所述FPGA单元，与所述微处理器连接，用于将所述第一逻辑信号发送到所述微处理器，以供所述微处理器生成所述控制信号，并通过所述FPGA对所述控制信号进行精插补后，通过所述指令及反馈单元，将所述控制信号反馈给所述伺服驱动模块。
进一步的，所述功率模块还包括：故障检测单元；
所述故障检测单元与所述逻辑控制单元连接。
进一步的，还包括：与所述微处理器连接的控制器显示模块；
所述控制器显示模块包括显示单元和数据存储FLASH单元。
进一步的，所述微处理器为ARM处理器。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的一种运动控制***运动控制***，包括：功率模块、多个伺服电机、伺服控制模块、运动控制模块和微处理器。功率模块与伺服电机连接；伺服控制模块与伺服控制模块连接，用于接收伺服电机的编码器输出信号；运动控制模块与伺服控制模块连接，用于将编码器输出信号发送到微处理器；微处理器接收编码器输出信号，反馈相应的控制信号，通过运动控制模块，控制伺服控制模块驱动多个伺服电机。相比于现有技术，本发明将控制器与伺服驱动器结合，使数据的传输和反馈速度更快，具备了更高的实用性。
附图说明
图1是本发明的一个实施例提供的运动控制***的结构示意图；
图2是本发明的另一个实施例提供的运动控制***的结构示意图；
图3是本发明的又一个实施例提供的运动控制***的结构示意图；
图4是本发明的一个实施例提供的功率模块的结构示意图；
图5是本发明的一个实施例提供的伺服控制模块的结构示意图；
图6是本发明的一个实施例提供的运动控制模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1到3。
参见图1，是本发明的一个实施例提供的运动控制***的结构示意图，如图1所示，该***外接交流电源，包括：功率模块101、多个伺服电机102、伺服控制模块103、运动控制模块104和微处理器105。
功率模块101与多个伺服电机102连接，多个伺服电机102与伺服控制模块103连接，伺服控制模块103与功率模块101连接，运动控制模块104与伺服控制模块103和微处理器105连接。
功率模块101用于控制交流电交流电源输出的工作电源。多个伺服电机102用于接收流经功率模块101的输出电流，并输出电流的电流信号进行调理整形，转换为编码器输出信号，发送到伺服控制模块103。伺服控制模块103用于接收多个伺服电机102分别发送的编码器输出信号，进行计数和辨向处理后，转换成第一逻辑控制信号。运动控制模块104用于将第一逻辑控制信号发送到微处理器105。微处理器105用于接收第一逻辑控制信号，对逻辑控制信号进行插补后，转换成控制信号，并反馈控制信号给运动控制模块104，以供运动控制模块104，控制伺服控制模块103对功率模块101进行调整，以使功率模块101改变交流电源输出的工作电源，从而驱动多个伺服电机102。其中，编码器输出信号包括表示伺服电机102的位置信号。其中，计数和辨向处理通过Verilog HDL语言实现。
在本实施例中，采用一种同时驱动两台伺服电机并支持两种位置反馈的交流运动控制***，其中伺服电机102为两个，微处理器105采用ARM处理器。ARM处理器完成显示、参数管理、PLC管理、代码管理、仿真管理、刀具管理、通讯管理，完成译码、刀补、速度控制和插补。
参见图2，是本发明的另一个实施例提供的运动控制***的结构示意图。除图1所示结构外，还包括：控制器显示模块106和伺服显示模块107。
控制器显示模块106与微处理器105连接，用于对微处理器105的相关控制参数进行显示。其中，控制器显示模块106还包括显示单元601和数据存储FLASH单元602。
伺服显示模块107与伺服控制模块103连接。
在本实施例中，显示单元601采用LED显示屏幕进行微处理器105的相关控制参数显示。伺服显示模块107采用带电可擦可编程只读存储器连接发光二极管显示屏幕的方式，进行伺服控制参数显示。
请参阅图4。
参见图4，是本发明的一个实施例提供的功率模块的结构示意图。功率模块包括电源控制单元201、多个交-直-交功率单元202、多个空间矢量脉宽调制集成单元203和电流检测单元204。
电源控制单元201的输出端与多个交-直-交功率单元202的输入端连接，多个交-直-交功率单元202的输出端与两台伺服电机102连接，多个空间矢量脉宽调制集成单元203分别与多个交-直-交功率单元202的输出端一一对应连接，电流检测单元204与各个交-直-交功率单元202的输出端连接。
在本实施例中，电源控制单元201由DC/DC转换子单元与电源连接实现控制交流电源的输出。空间矢量脉宽调制集成单元203包括PWM脉冲调制子单元和接口电路子单元。PWM脉冲调制子单元用于接收伺服控制模块103产生的第二逻辑控制信号，进行调制后等到两组PWM电压信号，并将两组PWM电压信号通过接口电路子单元发送至两个交-直-交功率单元202，从而调整两个交-直-交功率单元202的输出电流，控制两台伺服电机进行工作。连接于两个交-直-交功率单元202的输出端的两路电流检测单元204，通过实时检测两个交-直-交功率单元202的输出电流，保证两台伺服电机各自的正常工作。
请参阅图5。
参见图5，是本发明的一个实施例提供的伺服控制模块的结构示意图。包括逻辑控制单元301、控制处理单元302和位置反馈单元303。
逻辑控制单元301与运动控制模块104连接，控制处理单元302与逻辑控制单元301、电源控制单元201和多个空间矢量脉宽调制集成单元203连接。位置反馈单元303与逻辑控制单元301连接。
在本实施例中，位置反馈单元303的硬件接口设置有第一位置反馈接口和第二位置反馈接口，两个位置反馈接口分别用于与两个伺服电机的编码器或光栅尺等位置反馈元件连接。两个位置反馈接口的接口形式相同，都适用于编码器或者光栅尺。
在本实施例中，逻辑控制单元301采用CPLD。两个伺服电机的编码器包括增量式编码器或者绝对式编码器。CPLD通过设置参数配置，以使两个位置反馈接口选择采用增量式编码器或者绝对式编码器。当位置反馈单元303外接增量式编码器时，经过增量式编码器滤除差分信号中的高频干扰信号，然后对电流信号进行调理整形，转换为编码器输出信号输入到CPLD中，进行技术和辨向处理。当位置反馈接口外接绝对式编码器时，电流信号经过绝对式编码器输入到CPLD进行计数和辨向处理，生成第一逻辑信号，发送到运动控制模块104。
在本实施例中，CPLD还用于，接收经过运动控制模块104进行精插补后的控制信号，生成第二逻辑信号，发送到控制处理单元302。
在本实施例中，控制处理单元302采用DSP。其中，DSP完成键盘扫描、显示、参数管理、完成电流环/速度环/位置环的控制，以及根据接收到的第二逻辑信号，输出两组PWM信号给相应的空间矢量脉宽调制集成单元203。
请参阅图6。
参见图6，是本发明的一个实施例提供的运动控制模块的结构示意图。包括指令及反馈单元401和FPGA单元402。
指令及反馈单元401和FPGA单元402连接。FPGA单元402和微处理器105连接。
在本实施例中，指令及反馈单元401用于接收CPLD产生的第一逻辑信号，发送至FPGA单元402，以及用于将经过FPGA进行精插补后的控制信号发送回CPLD。FPGA单元402用于将指令及反馈单元401接收的第一逻辑信号发送到微处理器105。FPGA单元402还用于完成键盘扫描和IO控制。
由上可见，本发明实施例提供一种运动控制***，包括：功率模块、多个伺服电机、伺服控制模块、运动控制模块和微处理器。功率模块用于控制交流电源输出的工作电源；多个私服电机用于接收功率模块的输出电流，并将输出电路的电流信号转换为编码器输出信号发送给伺服控制模块；伺服控制模块将编码器输出信号转换为第一逻辑控制信号，经过运动控制模块传输至微处理器；微处理器根据第一逻辑信号生成控制信号，并经过运动控制模块对控制信号进行再调整后，发送到伺服控制模块，控制伺服控制模块对功率模块进行调整，以使功率模块改变交流电源输出的工作功率，从而驱动多个伺服电机进行工作。与传统技术相比，本发明提供一种集成运动控制器和支持多轴交流伺服驱动器的运动控制***，实现伺服驱动器的自动控制，提高伺服驱动器控制精度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种运动控制***，外接交流电源，其特征在于，包括：功率模块、多个伺服电机、伺服控制模块、运动控制模块和微处理器；
所述功率模块与所述多个伺服电机连接，用于控制所述交流电源输出的工作电源；
所述多个伺服电机与所述伺服控制模块连接，用于接收流经所述功率模块的输出电流，并对所述输出电流的电流信号进行调理整形，转换为编码器输出信号，发送到所述伺服控制模块；
所述伺服控制模块与所述功率控制模块连接，用于接收所述多个伺服电机分别发送的编码器输出信号，进行计数和辨向处理后，转换成第一逻辑控制信号；
所述运动控制模块，与所述伺服控制模块和所述微处理器连接，用于将所述第一逻辑控制信号，发送到所述微处理器；
所述微处理器，用于接收所述第一逻辑控制信号，对所述第一逻辑控制信号进行插补后，转换成控制信号，并反馈所述控制信号给所述运动控制模块，以供所述运动控制模块，控制所述伺服控制模块对所述功率模块进行调整，以使所述功率模块改变所述交流电源输出的工作电源，从而驱动所述多个伺服电机；
所述伺服电机包括编码器，用于输出所述编码器输出信号；
所述编码器包括增量式编码器和/或绝对式编码器；其中，所述增量式编码器用于滤除差分信号中的高频干扰信号后，对电流信号进行调理整形，转换为所述编码器输出信号。
2.根据权利要求1所述的运动控制***，其特征在于，所述功率模块包括：电源控制单元、多个交－直－交功率单元、多个空间矢量脉宽调制集成单元和电流检测单元；
所述电源控制单元，用于控制所述交流电源的输出；
所述多个交－直－交功率单元的输入端与所述电源控制单元的输出端连接，所述多个交－直－交功率单元的输出端与所述多个伺服电机连接；
所述多个交－直－交功率单元用于对所述交流电源输出的工作电源进行变频变压转换；
所述多个空间矢量脉宽调制集成单元，分别与所述多个交－直－交功率单元的输出端一一对应连接，用于对所述多个交－直－交功率单元中的工作电压进行调制；
所述电流检测单元，与各个所述交－直－交功率单元的输出端连接，用于检测各所述交－直－交功率单元的工作电流。
3.根据权利要求2所述的运动控制***，其特征在于，所述伺服控制模块包括：逻辑控制单元、控制处理单元和位置反馈单元；
所述逻辑控制单元，与所述运动控制模块连接，用于将各所述伺服电机的编码器输出信号，转换成所述第一逻辑控制信号，并通过所述运动控制模块发送至所述微处理器，并根据所述微处理器反馈的所述控制信号，向所述控制处理单元输出相应的第二逻辑控制信号；
所述控制处理单元，与所述逻辑控制单元、所述电源控制单元、所述多个空间矢量脉宽调制集成单元连接，用于接收所述第二逻辑控制信号，输出多组调制信号给相应的空间矢量脉宽调制集成单元，以控制所述多个交－直－交功率单元；
位置反馈单元，与所述逻辑控制单元连接；所述位置反馈单元包括多个位置反馈接口；
所述多个位置反馈接口，分别与所述多个伺服电机一一对应连接，用于将所述编码器输出信号发送到所述逻辑控制单元。
4.根据权利要求3所述的运动控制***，其特征在于，还包括：
与所述控制处理单元连接的伺服显示模块。
5.根据权利要求1所述的运动控制***，其特征在于，所述运动控制模块包括：指令及反馈单元和FPGA单元；
所述指令及反馈单元，与所述FPGA单元和所述伺服控制模块连接，用于将所述第一逻辑信号发送至所述FPGA单元；
所述FPGA单元，与所述微处理器连接，用于将所述第一逻辑信号发送到所述微处理器，以供所述微处理器生成所述控制信号，并通过所述FPGA对所述控制信号进行精插补后，通过所述指令及反馈单元，将所述控制信号反馈给所述伺服驱动模块。
6.根据权利要求3所述的运动控制***，其特征在于，所述功率模块还包括：故障检测单元；
所述故障检测单元与所述逻辑控制单元连接。
7.根据权利要求1所述的运动控制***，其特征在于，还包括：与所述微处理器连接的控制器显示模块；
所述控制器显示模块包括显示单元和数据存储FLASH单元。
8.根据权利要求1所述的运动控制***，其特征在于，所述微处理器为ARM处理器。
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