一种单轴伺服旋转机构控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及伺服旋转设备技术领域，更具体的，是一种单轴伺服旋转机构控制装置。


背景技术：

2.在国内一些科研单位或者高校需要执行某种空间探测任务，通过探测任务可以获得空间物理参数用于科研试验或者是理论研究。空间探测任务关键设备包括天线，伺服旋转设备，馈源网络，信道链路以及基带等部分。其中承载天线以及馈源网络的伺服旋转设备在探测任务中担当着重要的角色，伺服旋转设备的可靠性，稳定性以及环境适应性关系着整个探测任务的成功与否。
3.我公司设计的一种单轴伺服旋转机构控制装置是一套专门开发用于空间探测任务的设备。它具有可靠性高，稳定性佳以及环境适用性广的优点。在某项目中顺利完成了空间探测任务，装置的可靠性，稳定性以及环境适用性得到了充分的验证。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种可适合单轴旋转机构和位移机构控制需求，消除了三相异步电机在启动时接触器打电火花的现象避免人员触电的风险的单轴伺服旋转机构控制装置。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种单轴伺服旋转机构控制装置，包括嵌入式微控器、电机控制板、三相固态继电器、第一交流接触器dn、第二交流接触器up、热过载继电器、主控计算机，
7.嵌入式微控器和电机控制板均设置有控制总线接口，嵌入式微控器经由控制总线接口通过控制总线与电机控制板连接；主控计算机可以与嵌入式微控器连接，以进行数据交互；
8.电机控制板设置有电机和限位控制接口，电机控制板经由电机和限位控制接口与三相固态继电器、交流接触器、行程开关连接；
9.三相固态继电器与第一交流接触器dn和第二交流接触器up连接；第一交流接触器dn和第二交流接触器up另一端与热过载继电器连接，热过载继电器与三相异步电机连接；
10.电机控制板还设置有电源供电接口，电机控制板经由电源供电接口与供电电源连接。
11.进一步的，嵌入式微控器采用arm芯片作为核心控制芯片，设置外围通信芯片以扩展出上位机通信接口，嵌入式微控器经由上位机通信接口与主控计算机连接。
12.更进一步的，所述上位机通信接口包括标准的rs485通信接口和can通信接口；嵌入式微控器经由rs485通信接口通过rs485总线与主控计算机连接，或嵌入式微控器经由can通信接口通过can总线与主控计算机连接。
13.进一步的，嵌入式微控器设置差分芯片扩展出编码采样通信接口，用于对单轴伺
服旋转结构编码器解码以及数据处理；嵌入式微控器经由编码采样通信接口与编码器连接。
14.更进一步的，编码采样通信接口采用同步串行接口，嵌入式微控器经由编码采样通信接口通过编码总线与编码器连接。
15.进一步的，控制总线接口由arm主控芯i/o引脚经光耦隔离输入输出，用于输出电机控制命令以及采集旋转机构的限位状态。
16.本技术的有益效果：可在复杂恶劣的环境下稳定工作；可适合单轴旋转机构和位移机构控制需求；消除了三相异步电机在启动时接触器打电火花的现象；电机停止时实现电机完全断电，避免人员触电的风险；具有很高的可靠。
17.旋转机构控制装置对于三相异步电机控制电路部分进行了优化和改进，避免了三相异步电机在启动和停止出现电火花现象，实现电机停止时输入端子强电完全切断的功能。提高了设备安全性以及人员人身安全。
附图说明
18.图1为本技术的电路结构示意图。
19.图2为本技术的嵌入式微控器部分电路结构示意图。
20.图3为本技术的电机控制板部分电路结构示意图。
21.图4为本技术的三相固态继电器、交流接触器及热过载继电器部分电路结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
23.结合附图，本技术公开了一种单轴伺服旋转机构控制装置，包括嵌入式微控器、电机控制板、三相固态继电器、第一交流接触器dn、第二交流接触器up、热过载继电器、主控计算机。
24.嵌入式微控器和电机控制板均设置有控制总线接口，嵌入式微控器经由控制总线接口通过控制总线与电机控制板连接；主控计算机与嵌入式微控器连接，以进行数据交互。
25.电机控制板设置有电机和限位控制接口，电机控制板经由电机和限位控制接口分别与三相固态继电器、第一交流接触器dn、第二交流接触器up、行程开关连接；三相固态继电器与第一交流接触器dn和第二交流接触器up连接；第一交流接触器dn和第二交流接触器up另一端与热过载继电器连接，热过载继电器与三相异步电机连接；电机控制板还设置有电源供电接口，电机控制板经由电源供电接口与供电电源连接。
26.嵌入式微控器采用arm芯片作为核心控制芯片，设置外围通信芯片以扩展出上位机通信接口，上位机通信接口包括标准的rs485通信接口和can通信接口；嵌入式微控器经由rs485通信接口通过rs485总线与主控计算机连接，或嵌入式微控器经由can通信接口通过can总线与主控计算机连接。
27.嵌入式微控器设置差分芯片扩展出编码采样通信接口，用于对单轴伺服旋转结构编码器解码以及数据处理；编码采样通信接口采用同步串行接口，嵌入式微控器经由编码采样通信接口通过编码总线与编码器连接。
28.控制总线接口由arm主控芯i/o引脚经光耦隔离输入输出，用于输出电机控制命令以及采集旋转机构的限位状态。
29.具体的实施例如图。
30.控制装置主要由嵌入式微控器，电机控制板，三相固态继电器，交流接触器，热过载继电器等部分组成；装置接口包括伺服旋转机构电机接口、编码接口以及限位接口，电源供电接口以及主控计算机接口等详见图1。
31.嵌入式微控器采用arm芯片作为核心控制芯片，通过外围芯片扩展出标准的rs485以及can通信接口，主控计算机可以通过通信接口与嵌入式微控器进行数据交互；编码器采样接口通过外围差分芯片扩展构成，接口符合同步串行接口(ssi)标准，用于对单轴伺服旋转结构编码器解码以及数据处理；控制总线接口由arm主控芯i/o引脚经光耦隔离输入输出，用于输出电机控制命令以及采集旋转机构的限位状态；详见图2。
32.电机控制板主要接收微控器控制命令并输出继电器控制信号，同时接入旋转机构限位信号实现电气限位功能并将限位状态返回微控器，详见图3。
33.三相固态继电器、交流接触器以及热继电器：主要控制电机顺转，逆转，停止以及过载缺相保护等功能，详见图4。
34.本技术中，三相异步电机的控制时序,详细如下：
35.机构上转：电机控制板首先给定第二交流接触器up吸合信号，接触器up吸合导通，因为此时三相固态继电器没有导通，没有电流所以交流接触器吸合瞬间不会出现电火花的现象；使能三相固态继电器后电流接通电机转动带动机构向上转动；
36.机构停止：首先关掉三相固态继电器，电机驱动通道电流关断，虽然电流关断但是电机控制端还存在强电压，然后关断交流接触器控制信号，交流接触器断开此时电机端强电压就会消失。这样就保证了人员人身安全。
37.机构下转：原理同机构上转。
38.传统三相异步电机控制，一种通过交流接触器来实现电机的驱动控制，由于三相异步电机启动电流大，所以吸合瞬间会产生电火花，使设备安全存在着一定的隐患；另外一种是通过三相固态继电器实现电机的驱动控制，三相固态继电器本质是双向可控硅输出，只是电流关断，所以电机停止是电流关断，但是电机端还存在强电压，对人员人身安全存在一定的隐患。
39.本技术的单轴伺服旋转机构控制装置主要完成电机旋转控制，旋转角度采样，限位处理，数据处理以及与主控计算机交互等功能；装置主要包括嵌入式微控器，电机控制板，三相固态继电器，交流接触器以及热过载继电器等；控制装置接口有电源接口，电机接口，编码接口以及限位接口等。其中由于具体的数据处理、采样、交互等均为现有技术可以实现，故不做详细阐述。
40.本装置电机驱动电路中三相固态继电器和交流接触器结合使用，通过特定的控制时序发挥了两种器件的优点，避免了交流接触器打电火花以及电机停止时电机端带强电的现象。对于三相异步电机控制电路部分进行了优化和改进，避免了三相异步电机在启动和
停止出现电火花现象，实现电机停止时输入端子强电完全切断的功能。提高了设备安全性以及人员人身安全。可在复杂恶劣的环境下稳定工作；可适合单轴旋转机构和位移机构控制需求；消除了三相异步电机在启动时接触器打电火花的现象；电机停止时实现电机完全断电，避免人员触电的风险；具有很高的可靠。因此在一些特定的设备中值得推广。
41.对于本领域的普通技术人员而言，上述已经展示和描述了本实用新型的实施例，就实现上述所述的功能技术特点，在程序编程和技术运算实现层面都不存在难度，对于可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。