[發(fā)明專利]伺服驅(qū)動(dòng)裝置及伺服控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310042883.8
• 申請(qǐng)日: 2013-02-01
• 公開（公告）號(hào): CN103176450A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周瑜;楊書生;陳利鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京配天大富精密機(jī)械有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 深圳市威世博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44280
• 代理人: 何青瓦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種伺服驅(qū)動(dòng)裝置及伺服控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化和自動(dòng)化技術(shù)的深入發(fā)展，作為基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的電機(jī)控制，特別是高端伺服電機(jī)控制已經(jīng)成為全自動(dòng)化生產(chǎn)線、工業(yè)機(jī)器人以及數(shù)控系統(tǒng)中影響工作效率和性能的不可或缺的部分。

比如，在伺服電機(jī)的三環(huán)控制理論中，除了電流環(huán)外，速度環(huán)和位置環(huán)的反饋都需要獲取電機(jī)轉(zhuǎn)軸的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來進(jìn)行處理和控制。而如何高效、快速、準(zhǔn)確地獲取電機(jī)轉(zhuǎn)軸數(shù)據(jù)成為電機(jī)控制中影響控制精度和響應(yīng)速度的最重要指標(biāo)。

通過附加連接在電機(jī)轉(zhuǎn)軸端的編碼器來獲取電機(jī)轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，是目前比較成熟、高效和精準(zhǔn)的反饋方式。由于工藝和使用上的便利性，目前市場(chǎng)上光電式旋轉(zhuǎn)編碼器占據(jù)著統(tǒng)治地位。然而，品牌眾多的編碼器產(chǎn)品，不同編碼器相應(yīng)不同的工作原理、不同的通信協(xié)議以及不同的工作電壓，不僅讓終端使用者難于抉擇，也讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)相關(guān)的設(shè)計(jì)人員和工程師徘徊于多種方案選擇之間。

如圖1所示，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中常見的一種伺服控制系統(tǒng)。該伺服控制系統(tǒng)包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)10、光柵尺11、伺服電機(jī)12、光電式旋轉(zhuǎn)編碼器13以及伺服驅(qū)動(dòng)器14。其中，伺服驅(qū)動(dòng)器14包括FPGA單元141，F(xiàn)PGA單元141對(duì)光電式旋轉(zhuǎn)編碼器13反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位置值進(jìn)行計(jì)數(shù)、采樣和細(xì)分，并將處理后的結(jié)果傳遞給伺服驅(qū)動(dòng)器14內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)控制模塊（如圖1中的DSP單元142）進(jìn)行分析計(jì)算，使得伺服驅(qū)動(dòng)器14能夠準(zhǔn)確、高精度的控制伺服電機(jī)12運(yùn)行。

所以，伺服驅(qū)動(dòng)器上的編碼器接口直接影響到整個(gè)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。

目前市場(chǎng)上伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器接口設(shè)計(jì)方案大致分為以下兩類：

（1）采用單一的編碼器接口，僅支持指定的電機(jī)及編碼器。這類伺服驅(qū)動(dòng)器一般與電機(jī)及編碼器捆綁整套銷售，同一款伺服驅(qū)動(dòng)器僅支持指定的一款或幾款電機(jī)編碼器。如僅支持增量式TTL增量式編碼器或絕對(duì)值SSI編碼器，其支持的編碼器類型在購(gòu)買電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)就已指定，不能更換編碼器種類。并且，其一般僅支持一種工作電壓，如5V或15V。

（2）采用混合式編碼器接口，同時(shí)支持絕對(duì)值編碼器和增量式編碼器。這類伺服驅(qū)動(dòng)器一般選用一種總線式通信協(xié)議，可以與支持相同總線協(xié)議的編碼器配套使用。如EnDat通信協(xié)議就可以兼容增量式編碼器或絕對(duì)值編碼器或混合式編碼器。這類伺服驅(qū)動(dòng)器支持的編碼器型號(hào)較多，可以在購(gòu)買后根據(jù)實(shí)際需求更換編碼器種類。但是，其一般也僅支持一種工作電壓，如5V或15V。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種伺服驅(qū)動(dòng)裝置及伺服控制系統(tǒng)，能夠兼容多種類型，包括相同或不同工作電壓的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種伺服驅(qū)動(dòng)裝置，包括：電源模塊、處理模塊以及編碼接口模塊，電源模塊的輸出端分別連接處理模塊和編碼接口模塊的電源輸入端，進(jìn)而為處理模塊和編碼接口模塊提供電源；編碼接口模塊至少包括第一位置反饋接口單元、第二位置反饋接口單元以及電源接口單元；第一位置反饋接口單元的輸出端連接處理模塊，用于獲取增量式編碼器的編碼數(shù)據(jù)并將編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理后傳遞給處理模塊；第二位置反饋接口單元的輸出端連接處理模塊，用于獲取絕對(duì)值編碼器的編碼數(shù)據(jù)并將編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理后傳遞給處理模塊；電源接口單元的輸入端連接電源模塊的輸出端，并根據(jù)配置參數(shù)選擇性地為第一位置反饋接口單元或者第二位置反饋接口單元所連接的外部編碼器提供工作電壓。

其中，處理模塊包括FPGA單元，F(xiàn)PGA單元的電源輸入端連接電源模塊的輸出端；第一位置反饋接口單元和第二位置反饋接口單元的輸出端分別連接FPGA單元的輸入輸出端。

其中，第一位置反饋接口單元包括正弦波增量式編碼器接口電路；正弦波增量式編碼器接口電路包括第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器以及ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器；第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的輸出端分別連接ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接FPGA單元的輸入輸出端；其中，外部正弦波增量式編碼器的SIN差分信號(hào)通過第一運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換后成為SIN單端信號(hào)傳送至ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理并得到相應(yīng)的SIN信號(hào)，外部正弦波增量式編碼器的COS差分信號(hào)通過第二運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換后成為COS單端信號(hào)傳送至ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理并得到相應(yīng)的COS信號(hào)，并且，SIN信號(hào)和COS信號(hào)最終傳遞至FPGA單元進(jìn)行相應(yīng)處理。