交流伺服驱动器的制作方法

1.本技术涉及伺服驱动器技术领域，特别是涉及一种交流伺服驱动器。


背景技术：

2.交流伺服驱动器在工业控制中应用广泛，其性能指标主要包括调速范围、定位精度、稳速精度和频率响应等。交流伺服驱动器的控制部分包括软件功能单元和逻辑功能单元，用于完成位置环、速度环、通讯、键盘检测、显示等处理要求，由于交流伺服驱动器的控制需要大量复杂的运算，不同模块之间需要大量的数据交互，因此，需要提升系统的性能。


技术实现要素：

3.基于此，本技术提供一种交流伺服驱动器，包括：
4.控制板、电源底板和操作面板；
5.所述控制板与所述电源底板和操作面板连接，用于完成键盘扫描、操作面板显示、与外部电机通讯、电机编码器解码、电流速度位置控制、pwm波输出；
6.所述电源底板为控制板提供稳定的控制电源；
7.所述操作面板为所述控制板提供人机界面，使用户通过按键设置修改控制板的工作参数，实时查看控制板的工作状态；
8.所述控制板包括电机控制芯片dsp和cpld；
9.所述电机控制芯片dsp用于接收电机信号，并对电机信号进行处理；
10.所述cpld用于对编码器信号进行处理，并输出控制信号。
11.在一个实施例中，所述控制板还包括：控制电源电路、dsp配置电路、cpld配置电路、io接口电路、电压输入电路、编码器反馈电路、电压采样电路、通信电路、操作面板电路和参数保存电路；
12.所述控制电源电路用于接收电源底板的电源信号，并为控制板的用电模块供电；
13.所述dsp配置电路与所述电机控制芯片dsp连接，用于为电机控制芯片dsp提供外围的电源及信号；
14.所述cpld配置电路与所述cpld连接，用于为cpld提供外围的电源及信号；
15.所述io接口电路与所述电机控制芯片dsp、cpld连接，用于向所述电机控制芯片dsp输入信号，并接收cpld的输出信号；
16.所述电压输入电路用于为所述电机控制芯片dsp、cpld提供电压输入；
17.所述编码器反馈电路用于接收所述电机控制芯片dsp、cpld的反馈编码信息；
18.所述电压采样电路用于对电机的电压采样，并将采样信息发送至所述电机控制芯片dsp；
19.所述通信电路用于实现所述电机控制芯片dsp与cpld之间的通讯；
20.所述操作面板电路用于接收所述cpld向所述操作面板发送的控制信号，并将控制信号发送至所述操作面板；
21.所述参数保存电路用于保存所述电机控制芯片dsp、cpld的工作参数信息。
22.在一个实施例中，所述io接口电路包括：输入端口和输出端口；
23.所述输入端口用于接收输入信号，并将输入信号发送至电机控制芯片dsp；
24.所述输出端口用于接收所述cpld发送的输出信号；
25.所述输入信号与所述输出信号之间通过光耦隔离。
26.在一个实施例中，所述输入端口和输出端口通过设置光电隔离放大器实现输入信号与输出信号的光耦隔离。
27.在一个实施例中，所述光电隔离放大器为hcpl
‑
7860光电隔离放大器。
28.在一个实施例中，所述电压采样电路包括采样电阻、低通滤波电路；
29.所述采样电阻的正端连接输入电压的正极，采样电阻的负端连接输入电压的负极，所述采样电阻用于采集输入电压信号，并经过低通滤波电路滤除采集的电压信号的高频噪声后，输出到所述电机控制芯片dsp。
30.在一个实施例中，所述通信电路包括两路spi通讯，分别为第一spi通讯和第二spi通讯；
31.所述第一spi通讯的主站为电机控制芯片dsp，从站为cpld，所述电机控制芯片dsp通过所述第一spi通讯定时向所述cpld发送读数据指令、中断接收数据；
32.所述第二spi通讯的主站为cpld，从站为电机控制芯片dsp，所述cpld通过所述第一spi通讯定时向所述电机控制芯片dsp发送读数据指令、中断接收数据。
33.在一个实施例中，所述操作面板包括数码管显示部分和按键部分，所述按键部分与所述cpld连接。
34.本技术实施例所提供的交流伺服驱动器，通过dsp和cpld的控制方案，实现交流伺服电机的位置、速度和电流闭环控制，电压采样精度高，提升了交流伺服驱动的性能。
附图说明
35.图1为一个实施例中交流伺服驱动器的结构示意图；
36.图2为另一个实施例中交流伺服驱动器的结构示意图。
具体实施方式
37.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
38.图1为一个实施例中交流伺服驱动器的结构示意图，如图1所示，所述交流伺服控制器包括：控制板10、电源底板20和操作面板30；
39.所述控制板10与所述电源底板20和操作面板30连接，用于完成键盘扫描、操作面板30显示、与外部电机通讯、电机编码器解码、电流速度位置控制、pwm波输出；
40.所述电源底板20为控制板10提供稳定的控制电源；
41.所述操作面板30为所述控制板10提供人机界面，使用户通过按键设置修改控制板10的工作参数，实时查看控制板10的工作状态；
42.所述控制板10包括电机控制芯片dsp101和cpld 102；
43.所述电机控制芯片dsp101用于接收电机信号，并对电机信号进行处理；
44.所述cpld 102用于对编码器信号进行处理，并输出控制信号。
45.主控板10用于完成系统监控、与外界通讯、端口扫描、指令接收、电机控制算法执行等工作。
46.所述电源底板20能够为所述主控板10提供 5v、gnd、 15v、agnd、
‑
15v的电源。
47.所述电机控制芯片dsp101用于完成如下工作：控制软件算法实现；pwm信号输出；编码器信号接收和位置、速度计算；脉冲指令/模拟电压指令接收；电流采样，采用精密采样电阻加数字光藕隔离；外部can、485、usb通信管理；io输出管理；与cpld 102交互数据方式采用spi，波特率：5mbps；抱闸输出；电源底板20报警及控制信号处理；i
2 c参数保存；键盘、显示管理。
48.所述cpld 102用于完成如下工作：编码器信号处理；编码器反馈分频输出；编码器断线报警检测；脉冲接收，脉冲方式选择通过spi与电机控制芯片dsp101交互；io输入、通过spi通信与电机控制芯片dsp101交互；键盘扫描、显示处理；m测速法，速度信息通过spi与电机控制芯片dsp101交互；电机控制芯片dsp101与cpld 102数据交互方式：spi通信，波特率：5mbps。
49.电源底板20不仅能为控制板提供精密、可靠的电源，还起功率放大的作用，通过控制板10发出的pwm波来对ipm进行控制，从而实现电机控制矢量的合成，达到控制电机的目的，完成交流
‑
直流
‑
交流的逆变过程。
50.所述控制板10还包括：控制电源电路103、dsp配置电路104、cpld配置电路105、io接口电路106、电压输入电路107、编码器反馈电路108、电压采样电路109、通信电路110、操作面板电路111和参数保存电路112；
51.所述控制电源电路103用于接收电源底板20的电源信号，并为控制板10的用电模块供电；
52.所述dsp配置电路104与所述电机控制芯片dsp101连接，用于为电机控制芯片dsp101提供外围的电源及信号；
53.所述cpld配置电路105与所述cpld 102连接，用于为cpld 102提供外围的电源及信号；
54.所述io接口电路106与所述电机控制芯片dsp101、cpld 102连接，用于向所述电机控制芯片dsp101输入信号，并接收cpld 102的输出信号；
55.所述电压输入电路107用于为所述电机控制芯片dsp101、cpld 102提供电压输入；
56.所述编码器反馈电路108用于接收所述电机控制芯片dsp101、cpld 102的反馈编码信息；
57.所述电压采样电路109用于对电机的电压采样，并将采样信息发送至所述电机控制芯片dsp101；
58.所述通信电路110用于实现所述电机控制芯片dsp101与cpld 102之间的通讯；
59.所述操作面板电路111用于接收所述cpld 102向所述操作面板30发送的控制信号，并将控制信号发送至所述操作面板30；
60.所述参数保存电路112用于保存所述电机控制芯片dsp101、cpld 102的工作参数信息。
61.在一个实施例中，所述io接口电路106包括：输入端口和输出端口；
62.所述输入端口用于接收输入信号，并将输入信号发送至电机控制芯片dsp101；
63.所述输出端口用于接收所述cpld 102发送的输出信号；
64.所述输入信号与所述输出信号之间通过光耦隔离。对于输入端口的脉冲与方向信号采取差分方式输入，经过10mhz高速光藕隔离输入到所述cpld 102处理
65.在一个实施例中，所述输入端口和输出端口通过设置光电隔离放大器实现输入信号与输出信号的光耦隔离。
66.在一个实施例中，所述光电隔离放大器为hcpl
‑
7860光电隔离放大器。
67.所述hcpl
‑
7860光电隔离放大器是agilent公司专门为检测电机电流设计的光电隔离放大器。hcpl
‑
7860光电隔离放大器的管脚信号分别为原级电源输入、原级采样信号输入、次级电源输入、次级时钟与数据信号输出，实时的电机电流通过一个外部采样电阻得到模拟电压w和u，通过原级采样信号输入端进入芯片。hcpl
‑
7860光电隔离放大器的推荐原级、次级电源电压为4.5～5.5v，电流为10ma，要求隔离供电；输入信号电压为
‑
200～ 200mv，0.01％非线性，
‑
0.12mv输入偏移电压，能抵抗至少15kv/μs的共模干扰，绝缘耐压3750vac﹡1min；hcpl
‑
7860光电隔离放大器的原级工作电源在4.5～5.5v之间，通常采用开关电源供电、dc
‑
dc供电等模式；但为达到最好的工作效果，最好从功率开关器件的门极驱动电路的电源中获取，然后通过一个三端稳压器输出5v电压。为使电源稳定，要求在靠近芯片管脚处安放滤波电容。
68.所述电压采样电路109包括采样电阻、低通滤波电路；
69.所述采样电阻的正端连接输入电压的正极，采样电阻的负端连接输入电压的负极，所述采样电阻用于采集输入电压信号，并经过低通滤波电路滤除采集的电压信号的高频噪声后，输出到所述电机控制芯片dsp101。
70.所述采样电阻把实时的电机电流转化为模拟电压输入芯片；同时输入电压的负极和接地端连接，把供电电源的返回路径又作为采样线连接到采样电阻的负端，因为电机在工作时有很大的电流流过采样线路，电路中的寄生电感会产生很大的电流尖峰，而此种连接能把这些暂态噪声视为共模信号，不会对采样电流信号形成干扰。
71.采样电阻的选取是根据伺服驱动器的功率范围，选择合适的阻值。采样电阻较大，可使用hcpl
‑
7860光电隔离放大器的整个输入范围，从而提高采样电路的准确性，但是过大的阻值也会带来问题：一方面可采集的电流范围太小，不能发挥出功率器件的最大输出能力；另一方面较大的阻值会使采样电阻上功率损耗比较大，带来严重的发热问题，从而影响电阻的精度和温升系数的非线性，甚至烧毁采样电阻；反之，采样电阻较小，虽然可以提高采样电路的采样能力，采集到较大的电机电流，但过小的采样电阻会使得采样电阻上输出电压减小，从而使得误差偏移量和干扰噪声在信号幅度中所占比重过大，降低采样精度。因此，采样电阻的计算一般是用推荐的输入电压除以正常工作情况下流经采样电阻的峰值电流，然后再乘以一个0.8～0.9的裕量系数。
72.所述通信电路110包括两路spi通讯，分别为第一spi通讯和第二spi通讯；
73.所述第一spi通讯的主站为电机控制芯片dsp101，从站为cpld 102，所述电机控制芯片dsp101通过所述第一spi通讯定时向所述cpld 102发送读数据指令、中断接收数据；
74.所述第二spi通讯的主站为cpld 102，从站为电机控制芯片dsp101，所述cpld 102
通过所述第一spi通讯定时向所述电机控制芯片dsp101发送读数据指令、中断接收数据。
75.spi通讯的波特率为5mbps，数据位为16bit，即设置成数据位为16位，高位先发，上升沿发送，下降沿接收。cpha＝1，cpol＝0.设置成全双工工作模式，无crc校验。
76.所述操作面板30包括数码管显示部分和按键部分，所述按键部分与所述cpld 102连接。
77.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
78.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。