專利名稱：交流伺服控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)控制領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)控制裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)控制的很多領(lǐng)域，對于精密定位控制的要求越來越高。而作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)因?yàn)槠渚哂许憫?yīng)速度快，定位精度高而得到廣泛應(yīng)用。而同步交流伺服驅(qū)動裝置即是控制系統(tǒng)與伺服電機(jī)中間不可缺少的環(huán)節(jié)。
在自動化領(lǐng)域很多場合需要實(shí)現(xiàn)單軸的重復(fù)、高速、高精度定位，通常情況下為了實(shí)現(xiàn)這樣的功能需要有一個(gè)上位機(jī)和一套伺服系統(tǒng)(包括伺服控制裝置和伺服電機(jī))組成。普通交流伺服控制裝置只具備在上位機(jī)控制下完成對交流伺服電機(jī)的位置控制、速度控制等基本功能，在沒有上位機(jī)情況下，無法實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)的運(yùn)動控制。如增加上位機(jī)，會相應(yīng)增大成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。
因而目前市場上還沒有一種集成了單軸控制功能的交流伺服控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種集成了單軸控制功能的交流伺服控制裝置。
本發(fā)明所述的交流伺服控制裝置，包括控制板、功率板和按鍵板。
所述控制板包含中央處理芯片、接口電路、CN1接口、CN2接口、顯示接口和功率板接口；CN1接口為控制信號接口，用于接收來自上位機(jī)或外接輸入/輸出點(diǎn)的指令信號；CN2接口為碼盤反饋接口，用于接收伺服電機(jī)的光電編碼器反饋的位置信號；DSP芯片通過接口電路接收到外部的指令信號和光電編碼器反饋的位置信號后，對它們進(jìn)行計(jì)算處理，再輸出控制信號到接口電路；接口電路再將控制信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換后，經(jīng)功率板接口送到功率板；所述功率板包含主電路、開關(guān)電源及接口電路；所述接鍵板包含按鍵、LED數(shù)碼管和接口電路；所述的DSP芯片由輸入輸出模塊、控制模塊、參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊、顯示模塊和鍵盤處理模塊構(gòu)成；輸入輸出模塊是DSP芯片與外部電路的接口控制模塊是整個(gè)控制軟件的核心，該模塊內(nèi)部包含單軸軟件控制模塊和電機(jī)控制模塊；單軸軟件控制模塊用于完成電機(jī)單軸控制功能，該模塊只有在單軸控制方式下才工作，工作時(shí)不斷周期地向電機(jī)控制模塊發(fā)出位置指令；電機(jī)控制模塊用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置和速度控制；當(dāng)裝置工作在位置控制方式或速度控制方式時(shí)，電機(jī)控制模塊接收輸入輸出模塊送來的位置指令和速度指令，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理后輸出電機(jī)控制信號，完成對電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的控制；當(dāng)裝置工作在單軸控制方式時(shí)，電機(jī)控制模塊接收單軸軟件控制模塊發(fā)送的控制指令，完成對電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速控制；參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊用于實(shí)現(xiàn)對裝置內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)管理和裝置或電機(jī)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理；顯示模塊用于根據(jù)參數(shù)管理中設(shè)定的值將結(jié)果送顯示模塊輸出；鍵盤處理模塊用于對按鍵板上的按鍵進(jìn)行掃描，并將掃描結(jié)果送參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊。
本發(fā)明所述的的交流伺服控制裝置采用數(shù)字信號處理器(DSP)和大規(guī)?？删幊涕T陣(CPLD)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字式控制。功率部分采用大功率的智能功率模塊，具備完善的保護(hù)功能。單軸驅(qū)動裝置的輸入/輸出輸出口為可編程口，可靈活配置，能滿足多種不同應(yīng)用場合的需要。為了滿足用戶對單軸控制的需要，設(shè)置有用戶可編程的程序段，用戶通過在程序的編輯運(yùn)動控制指令來實(shí)現(xiàn)對單軸運(yùn)動和輸入輸出的控制。
本發(fā)明所述的交流伺服控制裝置，除了具備標(biāo)準(zhǔn)通用交流伺服控制裝置的位置控制、速度控制等基本功能之外，還集成了單軸控制功能。當(dāng)作為標(biāo)準(zhǔn)伺服驅(qū)動器工作時(shí)，它接受上位機(jī)的運(yùn)動控制指令，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行，其運(yùn)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1(a)所示；當(dāng)作為單軸控制裝置工作時(shí)，它無需上位機(jī)就能按用戶程序驅(qū)動電機(jī)做單軸循環(huán)運(yùn)行及輸入、輸出信號處理，其運(yùn)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1(b)所示。
本發(fā)明所述的交流伺服控制裝置具有以下特點(diǎn)(1)指令系統(tǒng)簡捷、靈活、功能強(qiáng)大，徹底避免了編程語法錯(cuò)誤；(2)編程操作簡便、易學(xué)，只用幾個(gè)按鍵就可完成程序編輯；(3)成本與標(biāo)準(zhǔn)交流伺服控制裝置相同，性價(jià)比高。


圖1為本發(fā)明的運(yùn)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本發(fā)明的內(nèi)部硬件電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明所述的DSP芯片的內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本發(fā)明在位置控制方式和速度控制方式的控制流程框圖；圖5為本發(fā)明在單軸手動模式的控制流程框圖；圖6為本發(fā)明在單軸自動循環(huán)運(yùn)行模式的控制流程框圖。
圖7為發(fā)明單軸自動運(yùn)行模式的單個(gè)運(yùn)動段流程圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明所述的交流伺服控制裝置，如圖2所示，包括控制板、功率板和按鍵板，所述控制板包含DSP芯片、接口電路、CN1接口、CN2接口、顯示接口和功率板接口，也可用CPU芯片、ARM芯片或單片機(jī)代替DSP芯片；CN1接口為控制信號接口，用于接收來自上位機(jī)或外接輸入/輸出點(diǎn)的指令信號；CN2接口為碼盤反饋接口，用于接收伺服電機(jī)的光電編碼器反饋的位置信號；DSP芯片通過接口電路接收到外部的指令信號和光電編碼器反饋的位置信號后，對它們進(jìn)行計(jì)算處理，再輸出控制信號到接口電路；接口電路再將控制信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換后，經(jīng)功率板接口送到功率板；所述功率板包含主電路、開關(guān)電源、TB端子、控制板接口；TB端子為電源、電機(jī)繞組接線端子排；主電路接受來自控制板接口的控制信號，根據(jù)控制信號輸出電流到伺服電機(jī)，完成電機(jī)的轉(zhuǎn)速或位置控制；開關(guān)電源通過控制板接口為控制板上的電路供電；所述接鍵板包含按鍵、LED數(shù)碼管和接口電路；DSP芯片在對電機(jī)進(jìn)行控制過程中同時(shí)通過接口電路完成對按鍵板的按鍵掃描和顯示輸出。
所述的DSP芯片內(nèi)部如圖3所示，由輸入輸出模塊、控制模塊、參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊、顯示模塊和鍵盤處理模塊構(gòu)成；輸入輸出模塊是DSP芯片與外部電路的接口；控制模塊是整個(gè)控制軟件的核心，該模塊內(nèi)部包含單軸軟件控制模塊和電機(jī)控制模塊；單軸軟件控制模塊用于完成電機(jī)單軸控制功能，該模塊只有在單軸控制方式下才工作，工作時(shí)不斷周期地向電機(jī)控制模塊發(fā)出位置指令；電機(jī)控制模塊用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置和速度控制；當(dāng)裝置工作在位置控制方式或速度控制方式時(shí)，電機(jī)控制模塊接收輸入輸出模塊送來的位置指令和速度指令，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理后輸出電機(jī)控制信號，完成對電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的控制；當(dāng)裝置工作在單軸控制方式時(shí)，電機(jī)控制模塊接收單軸軟件控制模塊發(fā)送的控制指令，完成對電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速控制；參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊用于實(shí)現(xiàn)對裝置內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)管理和裝置或電機(jī)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理；顯示模塊用于根據(jù)參數(shù)管理中設(shè)定的值將結(jié)果送顯示模塊輸出鍵盤處理模塊用于對按鍵板上的按鍵進(jìn)行掃描，并將掃描結(jié)果送參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊。
實(shí)施例一位置控制方式和速度控制方式當(dāng)本發(fā)明所述的交流伺服控制裝置工作在位置控制方式時(shí)，如圖4所示，電機(jī)控制模塊同時(shí)接收通過輸入輸出模塊送來的位置指令和伺服電機(jī)光電編碼器反饋回來的位置信號，對指令和信號進(jìn)行一系列運(yùn)算處理后，輸出給伺服電機(jī)，完成位置控制。當(dāng)裝置工作在速度控制方式時(shí)，電機(jī)控制模塊接收通過輸入輸出模塊送來的模擬速度指令和伺服電機(jī)光電編碼器反饋的速度信號，對指令和信號進(jìn)行一系列的運(yùn)算處理后輸出給伺服電機(jī)，完成速度控制。
實(shí)施例二單軸控制方式交流伺服控制裝置通過采用數(shù)字信號處理器(DSP)和大規(guī)模可編程門陣(CPLD)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字式控制。輸入/輸出口即CN1接口為可編程口，可靈活配置，能滿足多種不同應(yīng)用場合的需要。為了滿足用戶對單軸控制的需要，設(shè)置有用戶可編程的程序段，用戶通過在程序的編輯運(yùn)動控制指令來實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)動和輸入輸出的控制。
當(dāng)本發(fā)明所述的交流伺服控制裝置工作在單軸控制方式，電機(jī)控制模塊接受單軸軟件控制模塊發(fā)來的控制指令，完成對電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的控制。交流伺服控制裝置的單軸控制方式又包括有單軸編輯和單軸運(yùn)行。用戶可以在單軸編輯方式下完成對運(yùn)動控制程序的編輯、修改和存儲。單軸運(yùn)行可分為兩種模式單軸手動模式和單軸自動循環(huán)運(yùn)行模式。
單軸控制模塊的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)如下1.選擇單軸運(yùn)行控制模式(單軸編輯方式/單軸運(yùn)行方式)通過設(shè)置控制方式的不同的參數(shù)值，選擇單軸編輯方式或單軸運(yùn)行方式。如通過設(shè)置參數(shù)PA04值為9，選擇單軸編輯方式；通過設(shè)置參數(shù)PA04值為8，選擇單軸運(yùn)行方式。
2單軸編輯方式2.1在單軸編輯方式下，選擇參數(shù)第一層菜單中“SIG-”菜單項(xiàng)的用戶程序段層編輯程序段，按 進(jìn)入到用戶程序段層。
2.2進(jìn)入用戶程序段層后數(shù)碼管顯示為“STEP 1”(用戶程序的第一段)，在該層按 循環(huán)選擇“STET 1”到“STEP 25”，共25個(gè)程序段(在內(nèi)存允許的情況下也可更多)。(在選擇好要編輯和修改的程序段后按 進(jìn)入到該程序段對應(yīng)的指令層，對指令進(jìn)行編輯、修改。
2.3單軸編輯方式下只使用位置方式次數(shù)參數(shù)POS、速度方式參數(shù)SPD和循環(huán)次數(shù)參數(shù)END共3條指令進(jìn)行編輯，通過在指令層按 循環(huán)選擇；選擇好該程序段要用的指令后按 進(jìn)入到指令的指令值層，對指令值進(jìn)行修改。POS指令的指令值輸入順序是運(yùn)行距離整數(shù)、運(yùn)行距離小數(shù)、運(yùn)行速度、控制輸出端口狀態(tài)(即具體的CN1端口號及其端口狀態(tài))和指令結(jié)束條件；SPD指令的指令值輸入順序是運(yùn)行速度、運(yùn)行時(shí)間、控制輸出端口狀態(tài)(即具體的CN1端口號及其狀態(tài))和指令結(jié)束條件。要對運(yùn)行距離、運(yùn)行速度和運(yùn)行時(shí)間指令值進(jìn)行修改時(shí)，按 分別是加減，按 切換到該指令的下一條指令值。在設(shè)定輸出和結(jié)束條件指令值時(shí)，由小數(shù)點(diǎn)指示要修改的位，按 切換位，按 修改對應(yīng)位的值。在編輯修改完最后一條指令值后按 編輯完成并退到指令段層。在編輯過程中按 取消修改，退到上一層。用戶程序中可以有多條END指令，但是只有第1條END指令前的程序段才會被循環(huán)執(zhí)行。
相鄰的運(yùn)動段存放在連續(xù)的程序存儲空間中，分別以指令、各種指令值的順序依次存儲。
用戶編寫好的單軸運(yùn)動程序，可存儲在EEPROM中，選擇參數(shù)第一層菜單中“EE-”菜單項(xiàng)，按 進(jìn)入到參數(shù)存儲管理層；選擇“SIG”進(jìn)行單軸程序存儲項(xiàng)，按 1秒后，顯示“START”表示程序正在存儲進(jìn)行中，3秒后，顯示“FINISH”表示單軸程序段已存儲到EEPROM存儲空間中。存儲在EEPROM中的單軸運(yùn)動程序段，在上電時(shí)會自動從EEPROM中讀取復(fù)制到DSP的DRAM中供用戶修改程序段或單軸運(yùn)行方式時(shí)運(yùn)行使用。
3單軸自動運(yùn)行運(yùn)行方式單軸自動循環(huán)運(yùn)行模式如圖6和圖7所示。首先，單軸軟件控制模塊讀取用戶編寫的程序，讀取指令并解釋，按指令解釋結(jié)果輸出位置指令到電機(jī)控制模塊，然后執(zhí)行輸出處理。在完成輸出處理后對輸入進(jìn)行采樣，并等待輸入狀態(tài)與指令的結(jié)束條件一致后完成該條指令，接著按順序執(zhí)行下一條指令。當(dāng)執(zhí)行到程序結(jié)束指令時(shí)，再判斷是否結(jié)束程序循環(huán)，如果程序循環(huán)還未結(jié)束則執(zhí)行下一次循環(huán)，如果程序循環(huán)結(jié)束則退出循環(huán)。具體如下3.1在單軸自動運(yùn)行方式下，內(nèi)部程序?qū)詣訉帉懞玫膯屋S程序進(jìn)行解析、執(zhí)行。當(dāng)程序識別到伺服控制裝置是運(yùn)行到單軸運(yùn)行模式時(shí)，自動對用戶程序的第一段進(jìn)行解析，通過讀入該段程序的指令存放地址的內(nèi)容，判斷是位置方式POS，還是速度方式SPD3.2在位置方式下，讀入運(yùn)行距離整數(shù)、運(yùn)行距離小數(shù)存儲空間的內(nèi)容，經(jīng)內(nèi)部運(yùn)算后轉(zhuǎn)化為總脈沖數(shù)；讀入運(yùn)行速度存儲空間的內(nèi)容，計(jì)算當(dāng)前輸出的位置脈沖指令值，輸出到電機(jī)控制模塊的位置環(huán)作為位置指令給定值控制電機(jī)運(yùn)行，并依據(jù)碼盤反饋器反饋回來的當(dāng)前電機(jī)的位置計(jì)算下一次輸出的速度指令值；讀入控制輸出存儲空間的內(nèi)容及外接輸入輸出端口狀態(tài)輸出時(shí)間控制參數(shù)的設(shè)置值，經(jīng)內(nèi)部解析后，控制相應(yīng)輸出端口的輸出狀態(tài)；在驅(qū)動器完成該運(yùn)動段程序設(shè)定的距離后，讀入指令結(jié)束條件存儲空間的內(nèi)容進(jìn)行解析后，與輸入端口狀態(tài)進(jìn)行比較，狀態(tài)符合的進(jìn)入下一段運(yùn)動段的運(yùn)行。
3.3在速度方式下，讀入運(yùn)行速度、運(yùn)行時(shí)間存儲空間的內(nèi)容，經(jīng)內(nèi)部解析后，計(jì)算當(dāng)前輸出的速度指令值，輸出到電機(jī)控制模塊的速度環(huán)作為速度指令給定值控制電機(jī)的運(yùn)行，并依據(jù)碼盤反饋器反饋回來的電機(jī)當(dāng)前速度計(jì)算下一次輸出的速度指令值；讀入控制輸出存儲空間的內(nèi)容及外接輸入輸出端口狀態(tài)輸出時(shí)間控制參數(shù)的設(shè)置值，經(jīng)內(nèi)部解析后，控制相應(yīng)輸出端口的輸出狀態(tài)；在驅(qū)動器完成該運(yùn)動段程序設(shè)定的時(shí)間后，讀入指令結(jié)束條件存儲空間的內(nèi)容進(jìn)行解析后，與輸入端口狀態(tài)進(jìn)行比較，狀態(tài)符合的進(jìn)入下一段運(yùn)動段的運(yùn)行。
3.4每一運(yùn)動段執(zhí)行完畢，自動進(jìn)入下一運(yùn)動段的解析與運(yùn)行。
3.5當(dāng)讀取到指令存放地址的內(nèi)容是循環(huán)指令END時(shí)，讀入循環(huán)次數(shù)存儲空間的內(nèi)容進(jìn)行解析，讀取“單次/循環(huán)”按鍵的狀態(tài)，確定是否需要進(jìn)行下一循環(huán)的運(yùn)行。
3.6在每個(gè)運(yùn)動段運(yùn)行期間，隨時(shí)讀取外接輸入輸出點(diǎn)上暫停按鍵的狀態(tài)，當(dāng)“暫停”按鍵有效時(shí)，控制電機(jī)停止運(yùn)行，并記錄下電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行位置、當(dāng)前段已完成的運(yùn)行距離/時(shí)間、當(dāng)前段未完成的運(yùn)行距離/時(shí)間等運(yùn)行情況。
4.單軸手動模式如圖5所示。在單軸手動模式下，單軸軟件控制模塊周期性地檢測輸入口，并根據(jù)輸入口的狀態(tài)計(jì)算出要發(fā)送的位置指令，并將位置指令送到電機(jī)控制模塊，電機(jī)控制模塊根據(jù)指令的要求完成對電機(jī)的運(yùn)動控制。
權(quán)利要求
1.一種交流伺服控制裝置，包括控制板、功率板和按鍵板，所述控制板包含中央處理芯片、接口電路、CN1接口、CN2接口、顯示接口和功率板接口；CN1接口為控制信號接口，用于接收來自上位機(jī)或外接輸入/輸出點(diǎn)的指令信號；CN2接口為碼盤反饋接口，用于接收伺服電機(jī)的光電編碼器反饋的位置信號；DSP芯片通過接口電路接收到外部的指令信號和光電編碼器反饋的位置信號后，對它們進(jìn)行計(jì)算處理，再輸出控制信號到接口電路；接口電路再將控制信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換后，經(jīng)功率板接口送到功率板；所述功率板包含主電路、開關(guān)電源及接口電路；所述接鍵板包含按鍵、LED數(shù)碼管和接口電路；其特征在于所述的DSP芯片由輸入輸出模塊、控制模塊、參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊、顯示模塊和鍵盤處理模塊構(gòu)成；輸入輸出模塊是DSP芯片與外部電路的接口；控制模塊是整個(gè)控制軟件的核心，該模塊內(nèi)部包含單軸軟件控制模塊和電機(jī)控制模塊；單軸軟件控制模塊用于完成電機(jī)單軸控制功能，該模塊只有在單軸控制方式下才工作，工作時(shí)不斷周期地向電機(jī)控制模塊發(fā)出位置指令；電機(jī)控制模塊用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置和速度控制；當(dāng)裝置工作在位置控制方式或速度控制方式時(shí)，電機(jī)控制模塊接收輸入輸出模塊送來的位置指令和速度指令，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理后輸出電機(jī)控制信號，完成對電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的控制；當(dāng)裝置工作在單軸控制方式時(shí)，電機(jī)控制模塊接收單軸軟件控制模塊發(fā)送的控制指令，完成對電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速控制；參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊用于實(shí)現(xiàn)對裝置內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)管理和裝置或電機(jī)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理；顯示模塊用于根據(jù)參數(shù)管理中設(shè)定的值將結(jié)果送顯示模塊輸出；鍵盤處理模塊用于對按鍵板上的按鍵進(jìn)行掃描，并將掃描結(jié)果送參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交流伺服控制裝置，它包括控制板、功率板和按鍵板；所述控制板包含DSP芯片及接口電路；所述功率板包含主電路、開關(guān)電源及接口電路；所述接鍵板包含按鍵、LED數(shù)碼管和接口電路。所述的DSP芯片內(nèi)部由輸入輸出模塊、控制模塊、參數(shù)管理及報(bào)警處理模塊、顯示模塊和鍵盤處理模塊構(gòu)成。本發(fā)明除了具備標(biāo)準(zhǔn)通用交流伺服控制裝置的位置控制、速度控制等基本功能之外，還集成了單軸控制功能。本發(fā)明所述的交流伺服控制裝置具有以下特點(diǎn)(1)指令系統(tǒng)簡捷、靈活、功能強(qiáng)大，徹底避免了編程語法錯(cuò)誤；(2)編程操作簡便、易學(xué)，只用幾個(gè)按鍵就可完成程序編輯；(3)成本與標(biāo)準(zhǔn)交流伺服控制裝置相同，性價(jià)比高。
文檔編號G05B19/04GK1854949SQ200610074250
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者劉永江, 傅華, 馮俞熾, 曾慶明, 陳曉濤 申請人:廣州數(shù)控設(shè)備有限公司