一種基于ssi傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，其硬件包括FPGA、上位機(jī)、CAN總線通訊模塊、傳感器、傳感器信號(hào)收發(fā)模塊、伺服電機(jī)和模擬量輸出模塊；FPGA用于整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與控制；上位機(jī)通過RS232接口同F(xiàn)PGA之間雙向連接，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和讀取，通過數(shù)據(jù)通訊接口與CAN總線通訊模塊之間雙向連接，CAN總線通訊模塊通過CAN總線接口與FPGA雙向連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)的高速傳輸；傳感器信號(hào)收發(fā)模塊與FPGA之間通過I/O端口雙向連接，用于傳感器信號(hào)的采集；模擬量輸出模塊通過并行接口與FPGA之間雙向連接通過專用接口與伺服電機(jī)雙向連接，用于信號(hào)的轉(zhuǎn)換和交流伺服電機(jī)的控制；控制器試驗(yàn)平臺(tái)用于系統(tǒng)性能的試驗(yàn)驗(yàn)證。
【專利說明】
一種基于SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域的具體應(yīng)用，尤其涉及一種基于SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]伴隨現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)于精密數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人工廠設(shè)備的“驅(qū)動(dòng)源”一一伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了越來越高的要求。交流伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置、速度控制時(shí)精度高，低速運(yùn)行平穩(wěn)、高速性能精良，能快速實(shí)現(xiàn)加減速，抗過載能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于對(duì)工藝精度、加工效率和工作可靠性要求相對(duì)較高的設(shè)備。交流伺服系統(tǒng)中，位置檢測(cè)環(huán)節(jié)毫無疑問是保證整個(gè)伺服系統(tǒng)控制性能的關(guān)鍵，常用元件包括光電編碼器、光柵、磁柵、旋轉(zhuǎn)變壓器。 光電編碼器由于無摩擦和磨損，驅(qū)動(dòng)力矩小，響應(yīng)速度快，更受工程師的青睞。[〇〇〇3]在控制系統(tǒng)中，傳感器把位置信息反饋到控制器，然后由控制器發(fā)出控制信號(hào)。分辨率高的絕對(duì)式編碼器具有較多的位數(shù)，如果采用并行傳輸，可靠性無法得到保證。SSI接口用簡(jiǎn)單的4條線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多條并行數(shù)據(jù)線，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，并且?jiǎn)化了接線和數(shù)據(jù)傳輸過程。相比“并口”和“異步的串行口”傳輸方式，SSI接口具有較強(qiáng)的抗干擾性，只用4條線，提高了傳輸效率，降低了安裝成本，傳輸速率可調(diào)，最高達(dá)2Mbps，傳輸數(shù)據(jù)不受距離和分辨率的限制，在閉環(huán)控制系統(tǒng)中具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。
[0004]目前，SSI傳感器信號(hào)的采集處理器件在國外有一些成熟產(chǎn)品，德國ERMA-Electronic公司開發(fā)的SSI 9006信號(hào)轉(zhuǎn)換器，適用于所有應(yīng)用SSI接口的傳感器。可將SSI 協(xié)議轉(zhuǎn)換為RS485協(xié)議，同時(shí)將檢測(cè)到的傳感器信息通過數(shù)碼管顯示出來。通過上位機(jī)軟件可以設(shè)置轉(zhuǎn)換器的工作參數(shù)，調(diào)節(jié)檢測(cè)量增益和零偏，并可設(shè)置4個(gè)報(bào)警位置點(diǎn)。德國 Motrona公司開發(fā)的IV251信號(hào)轉(zhuǎn)換器，也適用于所有應(yīng)用SSI接口的傳感器。可利用位于器件頂部的撥碼開關(guān)設(shè)置轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行模式，輸出與傳感器信號(hào)成比例的模擬量，也可通過 RS232、RS485接口將編碼器數(shù)據(jù)讀出，并且可根據(jù)需要通過上位機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)換器的工作參數(shù)。
[0005]國內(nèi)對(duì)于SSI傳感器信號(hào)的采集處理主要通過對(duì)單片機(jī)軟件編程，將同步串行信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行信號(hào)或異步串行信號(hào)。以單片機(jī)為核心，在發(fā)送端采用RS485/RS422發(fā)送器， 在接收端采用高速光隔進(jìn)行隔離，可以實(shí)現(xiàn)一種低成本的SSI接口方案。針對(duì)于Heidenhain 公司的R〇Q425(SSI)絕對(duì)式光電編碼器，有文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了以AT89C52單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、顯示及輸出的接口裝置。另一種基于單片機(jī)AT tiny2313的轉(zhuǎn)換器，可以將多圈絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器SSI協(xié)議轉(zhuǎn)換為車載控制器的異步串行通訊RS485協(xié)議，具備較強(qiáng)的抗干擾能力，可用于復(fù)雜的車載環(huán)境中。
[0006]本發(fā)明通過增加積分階次和微分階次來增加PID控制器設(shè)計(jì)的自由度，進(jìn)而改善控制效果，分?jǐn)?shù)階PID控制突破了傳統(tǒng)PID控制器的概念，使得微分器和積分器的階次可以不是整數(shù)，進(jìn)一步拓寬了 P1D控制器參數(shù)的選擇范圍，采用了分?jǐn)?shù)階PID控制思想，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需模型、易于被工程人員接受，與PID控制相比能獲得更好的動(dòng)態(tài)性能，魯棒性也有所增強(qiáng)。本發(fā)明具有穩(wěn)定性好，操作簡(jiǎn)單、控制精度高的特點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[00〇7]為了進(jìn)一步提尚工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的精度。本發(fā)明的目的在于提供一種基于SSI 傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，該發(fā)明具有結(jié)果準(zhǔn)確，誤差小，穩(wěn)定性好，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:包括FPGA、上位機(jī)、CAN總線通訊模塊、SSI傳感器、傳感器信號(hào)收發(fā)模塊、伺服電機(jī)、模擬量輸出模塊、位置閉環(huán)控制算法和控制器軟件;具體的，所述傳感器信號(hào)收發(fā)模塊將FPGA發(fā)出的單端時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)， 同時(shí)，傳感器信號(hào)收發(fā)模塊接收SSI傳感器發(fā)出的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，并將所述差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)信號(hào);模擬量輸出模塊將FPGA計(jì)算的控制量轉(zhuǎn)換為-1(M0V電壓信號(hào)，輸出到交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器上，完成交流伺服電機(jī)的控制;在該系統(tǒng)中，上位機(jī)通過數(shù)據(jù)通訊接口與CAN總線通訊模塊雙向連接，CAN總線通訊模塊通過CAN總線接口與FPGA雙向連接，上位機(jī)通過RS232接口與FPGA之間雙向連接，傳感器信號(hào)收發(fā)模塊與FPGA之間通過I/O端口雙向連接，所述傳感器信號(hào)收發(fā)模塊與SSI傳感器連接，模擬量輸出模塊通過并行接口與FPGA之間雙向連接，所述模擬量輸出模塊通過伺服接口與伺服電機(jī)雙向連接。
[0009]在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述FPGA選用Cyclone II 系列EP2C8Q208C8N型芯片，該型產(chǎn)品具有8256個(gè)邏輯單元，182個(gè)I/O引腳，36個(gè)嵌入式存儲(chǔ)器塊，總存儲(chǔ)容量達(dá)165Kb，支持多種存儲(chǔ)器模式，支持20余種單端和差分I/O標(biāo)準(zhǔn)，具有8個(gè)全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)，2個(gè)可編程鎖相環(huán)PLL，18個(gè)專用乘法器，支持被動(dòng)串行PS、主動(dòng)串行AS和 JTAG配置方式，支持SignalProbe及SignalTapII邏輯分析器，EP2C8Q208C8N型FPGA用于整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與控制。[〇〇1〇]在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述CAN總線通訊模塊選用Philips公司的SJA1000型芯片作為CAN總線控制器，該型芯片與PCA82C200 CAN控制器引腳和電氣參數(shù)兼容，通信速率可達(dá)1Mbps，可以工作在BasicCAN模式，支持11位和29位標(biāo)識(shí)碼，有擴(kuò)展的接收緩沖器64字節(jié)，先進(jìn)先出，具有不同微處理器的接口，支持CAN 2.0A和 CAN 2.0B協(xié)議，具備可編程的CAN輸出驅(qū)動(dòng)器，具有較大的溫度適應(yīng)范圍(-40?125°C );選用Phi lips公司的82C250型芯片作為CAN總線收發(fā)器，該型芯片兼容IS011898標(biāo)準(zhǔn)，速率最高可達(dá)1Mbps，具有抗瞬間干擾能力，通過斜率控制(Slope Control)能夠有效降低射頻干擾(RFI)具有過熱保護(hù)，具有總線與電源及地之間的短路保護(hù)，具有低電流待機(jī)模式，具有未上電節(jié)點(diǎn)不干擾總線的優(yōu)點(diǎn)，至少可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。[〇〇11]在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述傳感器信號(hào)收發(fā)模塊包括差分驅(qū)動(dòng)接收器SN75179和1/0端口； SN75179是差分驅(qū)動(dòng)接收器對(duì)，用于平衡傳輸線，符合標(biāo)準(zhǔn)TIA/EIA-422-B和TIA/EIA-485-A;差分驅(qū)動(dòng)接收器SN75179可提供有限的正負(fù)電流，接收器有很高的輸入阻抗和輸入磁滯應(yīng)對(duì)噪聲，正常模式下輸入電壓為_7V~12V，靈敏度為± 200mV，具有熱關(guān)閉功能，以保護(hù)傳輸線出錯(cuò)的情況，差分驅(qū)動(dòng)接收器SN75179最大可以驅(qū)動(dòng)60mA電流負(fù)載，使用溫度范圍為0°070°C;SN75179接收FPGA發(fā)出的CLK單端信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，同時(shí)接收傳感器發(fā)出的差分DATA信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為單端DATA信號(hào)發(fā)送給FPGA的1/0端口；此處差分信號(hào)間加入了匹配電阻，以消除差模干擾，保證信號(hào)的穩(wěn)定性，在長距離、高速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，抗干擾能力強(qiáng)，有效抑制電磁干擾。
[0012]在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述模擬量輸出模塊選用TI公司的16位、200KHz、LQFP-48封裝數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7742，DAC7742是16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部提供+10V穩(wěn)定參考電壓，輸出范圍可以配置為±10V，±5V或者+10V，通過管腳控制， DAC7742可以靈活地進(jìn)行單極性或雙極性操作，DAC7742內(nèi)含高速輸出放大器，最大穩(wěn)定時(shí)間5ys，20V滿量程僅有± 0.003%波動(dòng)，功耗100mW，擁有標(biāo)準(zhǔn)16位并行接口，兩個(gè)緩沖器實(shí)現(xiàn)模擬輸出的異步刷新，數(shù)據(jù)讀回功能支持更新前的數(shù)據(jù)完整驗(yàn)證，用戶可編程復(fù)位控制端可以忽略數(shù)模轉(zhuǎn)換器寄存器中的值，將輸出值置為最小量程的FFFFH或者中等量程的 7FFHL
[0013]在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述的位置閉環(huán)控制算法，其特征在于，該算法的流程步驟如下所示:步驟1、開始；步驟2、建立交流伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；步驟3、對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行估計(jì)；步驟4、對(duì)傳遞函數(shù)作近似處理；步驟5、用零極點(diǎn)分布傳遞函數(shù)對(duì)對(duì)傳遞函數(shù)作等價(jià)處理；步驟6、使用離散化方法，得到離散化的傳遞函數(shù)；步驟7、得到傳遞函數(shù)的近似和未經(jīng)近似的1/s的Bode圖；步驟8、采用MATLAB的SMULINK模塊封裝技術(shù)，將Oustaloup方法近似的分?jǐn)?shù)階微積分進(jìn)行封裝；步驟9、結(jié)束。
[0014]在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述傳感器信號(hào)收發(fā)模塊時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送過程的流程如下所示:步驟1、時(shí)鐘信號(hào)輸出為高電平；步驟2、加載傳感器參數(shù)；步驟3、發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)；步驟4、判斷是否發(fā)送了width位，是則轉(zhuǎn)到步驟5，否則轉(zhuǎn)到步驟3;步驟5、保持50ys高電平，轉(zhuǎn)到步驟3;所述傳感器信號(hào)收發(fā)模塊時(shí)鐘數(shù)據(jù)信號(hào)處理流程如下所示:步驟1、判斷是否檢測(cè)到時(shí)鐘信號(hào)下降沿，是則轉(zhuǎn)到步驟2,否則繼續(xù)步驟1;步驟2、接收數(shù)據(jù)；步驟3、判斷是否接收了width位，是則轉(zhuǎn)到步驟4,否則轉(zhuǎn)到步驟2;步驟4、將格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼；步驟5、判斷是否完成轉(zhuǎn)換，是則轉(zhuǎn)到步驟6，否則轉(zhuǎn)到步驟4;步驟6、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
[0015]在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，控制參數(shù)的加載過程的流程步驟如下所示:步驟1、開始；步驟2、請(qǐng)求讀取控制器參數(shù)；步驟3、判斷是否已從EEPR0M讀出，是則轉(zhuǎn)到步驟4，否則轉(zhuǎn)到步驟2;步驟4、存儲(chǔ)參數(shù)；步驟5、判斷是否已讀取全部參，是則轉(zhuǎn)到步驟6,否則轉(zhuǎn)到步驟4;步驟6、求出可供加載的控制參數(shù)；步驟7、請(qǐng)求加載控制器參數(shù)；步驟8、判斷參數(shù)是否可供加載，是則轉(zhuǎn)到步驟9，否則轉(zhuǎn)到步驟7;步驟9、輸出參數(shù)數(shù)值；步驟10、輸出參數(shù)標(biāo)識(shí)碼；步驟11、判斷是否完成參數(shù)加載，是則轉(zhuǎn)到步驟12,否則轉(zhuǎn)到步驟9;步驟12、參數(shù)加載完成。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:一種基于SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，包括FPGA、上位機(jī)、CAN總線通訊模塊、SSI傳感器、傳感器信號(hào)收發(fā)模塊、伺服電機(jī)、模擬量輸出模塊、位置閉環(huán)控制算法和控制器軟件，該控制器通過增加積分階次和微分階次來增加PID控制器設(shè)計(jì)的自由度，進(jìn)而改善控制效果，分?jǐn)?shù)階PID控制突破了傳統(tǒng)PID控制器的概念，使得微分器和積分器的階次可以不是整數(shù)，進(jìn)一步拓寬了 PID控制器參數(shù)的選擇范圍，采用了分?jǐn)?shù)階PID控制思想，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需模型、易于被工程人員接受，與PID控制相比能獲得更好的動(dòng)態(tài)性能，魯棒性也有所增強(qiáng)。本發(fā)明具有穩(wěn)定性好，操作簡(jiǎn)單、控制精度高的特點(diǎn)。【附圖說明】[〇〇17]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明。
[0018]圖1是基于SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器總體框架圖；圖2是位置閉環(huán)控制算法流程圖；圖3是傳感器信號(hào)收發(fā)模塊時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送流程圖；圖4是傳感器信號(hào)收發(fā)模塊時(shí)鐘信號(hào)處理流程圖；圖5是控制參數(shù)加載過程流程圖；圖6是試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】為:一種基于SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器， 所述的上位機(jī)通過RS232接口同F(xiàn)PGA之間雙向連接，通過數(shù)據(jù)通訊接口與CAN總線通訊模塊之間雙向連接，CAN總線通訊模塊通過CAN總線接口與FPGA雙向連接，傳感器信號(hào)收發(fā)模塊與FPGA之間通過I /0端口雙向連接，模擬量輸出模塊通過并行接口與FPGA之間雙向連接通過專用接口與伺服電機(jī)雙向連接。具體的，傳感器信號(hào)收發(fā)模塊將FPGA發(fā)出的單端時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，同時(shí)接收傳感器發(fā)出的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)信號(hào)，并為SSI傳感器提供電源;模擬量輸出模塊將控制器計(jì)算的控制量轉(zhuǎn)換為-10?10V電壓信號(hào)， 輸出到交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器上，完成交流伺服電機(jī)的控制;CAN總線通訊模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)的高速傳輸，RS232接口實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和讀取;基于SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器通過位置閉環(huán)控制算法和控制器軟件實(shí)現(xiàn)功能，最終通過試驗(yàn)平臺(tái)完成系統(tǒng)性能的試驗(yàn)驗(yàn)證。
[0020]圖1是基于SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器結(jié)構(gòu)框圖，圖中硬件由 FPGA、上位機(jī)、CAN總線通訊模塊、傳感器、傳感器信號(hào)收發(fā)模塊、伺服電機(jī)、模擬量輸出模塊組成;FPGA用于整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與控制；上位機(jī)通過RS232接口同F(xiàn)PGA之間雙向連接， 實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和讀取，通過數(shù)據(jù)通訊接口與CAN總線通訊模塊之間雙向連接，CAN總線通訊模塊通過CAN總線接口與FPGA雙向連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)的高速傳輸;傳感器信號(hào)收發(fā)模塊與FPGA之間通過I/O端口雙向連接，用于傳感器信號(hào)的采集;模擬量輸出模塊通過并行接口與FPGA之間雙向連接通過專用接口與伺服電機(jī)雙向連接，用于信號(hào)的轉(zhuǎn)換和交流伺服電機(jī)的控制。
[0021]圖2是位置閉環(huán)控制算法流程圖，在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述的位置閉環(huán)控制算法，其特征在于，該算法的流程步驟如下所示:步驟1、開始；步驟2、建立交流伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；步驟3、對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行估計(jì)；步驟4、對(duì)傳遞函數(shù)作近似處理；步驟5、用零極點(diǎn)分布傳遞函數(shù)對(duì)對(duì)傳遞函數(shù)作等價(jià)處理；步驟6、使用離散化方法，得到離散化的傳遞函數(shù)；步驟7、得到傳遞函數(shù)的近似和未經(jīng)近似的1/s的Bode圖；步驟8、采用MATLAB的SMULINK模塊封裝技術(shù)，將Oustaloup方法近似的分?jǐn)?shù)階微積分進(jìn)行封裝；步驟9、結(jié)束。
[0022]圖3是傳感器信號(hào)收發(fā)模塊時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送流程圖，在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述的傳感器信號(hào)收發(fā)模塊時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送過程的流程如下所示:步驟1、時(shí)鐘信號(hào)輸出為高電平；步驟2、加載傳感器參數(shù)；步驟3、發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)；步驟4、判斷是否發(fā)送了width位，是則轉(zhuǎn)到步驟5，否則轉(zhuǎn)到步驟3;步驟5、保持50ys高電平，轉(zhuǎn)到步驟3。
[0023]圖4是傳感器信號(hào)收發(fā)模塊時(shí)鐘信號(hào)處理流程圖，在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述的傳感器信號(hào)收發(fā)模塊時(shí)鐘數(shù)據(jù)信號(hào)處理流程如下所示:步驟1、判斷是否檢測(cè)到時(shí)鐘信號(hào)下降沿，是則轉(zhuǎn)到步驟2,否則繼續(xù)步驟1;步驟2、接收數(shù)據(jù)；步驟3、判斷是否接收了width位，是則轉(zhuǎn)到步驟4,否則轉(zhuǎn)到步驟2;步驟4、將格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼；步驟5、判斷是否完成轉(zhuǎn)換，是則轉(zhuǎn)到步驟6，否則轉(zhuǎn)到步驟4;步驟6、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
[0024]圖5是控制參數(shù)加載過程流程圖，在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，其控制參數(shù)的加載過程的流程步驟如下所示:步驟1、開始；步驟2、請(qǐng)求讀取控制器參數(shù)；步驟3、判斷是否已從EEPROM讀出，是則轉(zhuǎn)到步驟4，否則轉(zhuǎn)到步驟2;步驟4、存儲(chǔ)參數(shù)；步驟5、判斷是否已讀取全部參，是則轉(zhuǎn)到步驟6,否則轉(zhuǎn)到步驟4;步驟6、求出可供加載的控制參數(shù)；步驟7、請(qǐng)求加載控制器參數(shù)；步驟8、判斷參數(shù)是否可供加載，是則轉(zhuǎn)到步驟9，否則轉(zhuǎn)到步驟7;步驟9、輸出參數(shù)數(shù)值；步驟10、輸出參數(shù)標(biāo)識(shí)碼；步驟11、判斷是否完成參數(shù)加載，是則轉(zhuǎn)到步驟12,否則轉(zhuǎn)到步驟9;步驟12、參數(shù)加載完成。
[0025]圖6是試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖，在該SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器系統(tǒng)中，所述的試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，其結(jié)構(gòu)組成包括:上位機(jī)、控制器、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、 交流伺服電機(jī)、SSI接口傳感器；交流伺服電機(jī)型號(hào)為Sgmjv-04aaa61，額定輸出功率為 400W，額定轉(zhuǎn)矩為1.27N ? m，額定電流為2.7A，額定轉(zhuǎn)速為SOOOmirT1，轉(zhuǎn)矩參數(shù)為0.512N ? 111/八1'1118，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.442\10-41^.1112，自帶驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為88(1￥-2183013002000，設(shè)置為速度工作模式，SSI傳感器為SICK公司的AFM60A-S4PC26144，單圈最高精度可達(dá)18位， 多圈最高精度可達(dá)30位，實(shí)驗(yàn)中通過PC機(jī)軟件將其精度設(shè)置為18位。
[0026]除了上述以外本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也都能理解到，在此說明和圖示的具體實(shí)施例都可以進(jìn)一步變動(dòng)結(jié)合。雖然本發(fā)明是就其較佳實(shí)施例予以示圖說明的， 但是熟悉本技術(shù)的人都可理解到，在所述權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)， 還可對(duì)本發(fā)明做出多種改動(dòng)和變動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于SSI傳感器的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，其特征在于，包括FPGA、上位 機(jī)、CAN總線通訊模塊、SSI傳感器、傳感器信號(hào)收發(fā)模塊、伺服電機(jī)、模擬量輸出模塊、位置 閉環(huán)控制算法和控制器軟件;具體的，所述傳感器信號(hào)收發(fā)模塊將FPGA發(fā)出的單端時(shí)鐘信 號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，同時(shí)，傳感器信號(hào)收發(fā)模塊接收SSI傳感器發(fā)出的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)，并將 所述差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端數(shù)據(jù)信號(hào);模擬量輸出模塊將FPGA計(jì)算的控制量轉(zhuǎn)換為-10? 10V電壓信號(hào)，輸出到交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器上，完成交流伺服電機(jī)的控制;在該系統(tǒng)中，上 位機(jī)通過數(shù)據(jù)通訊接口與CAN總線通訊模塊雙向連接，CAN總線通訊模塊通過CAN總線接口 與FPGA雙向連接，上位機(jī)通過RS232接口與FPGA之間雙向連接，傳感器信號(hào)收發(fā)模塊與FPGA 之間通過I/O端口雙向連接，所述傳感器信號(hào)收發(fā)模塊與SSI傳感器連接，模擬量輸出模塊 通過并行接口與FPGA之間雙向連接，所述模擬量輸出模塊通過伺服接口與伺服電機(jī)雙向連 接。2.如權(quán)利要求1所述的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，其特征在于，所述FPGA選用 Cyclone II系列EP2C8Q208C8N型芯片，所述FPGA用于整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與控制。3.如權(quán)利要求1所述的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，其特征在于，所述CAN總線通訊 模塊選用SJA1000型芯片作為CAN總線控制器；CAN總線收發(fā)器選用82C250型芯片，所述 82C250型芯片通過斜率控制能夠有效降低射頻干擾。4.如權(quán)利要求1所述的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，其特征在于，所述傳感器信號(hào)收 發(fā)模塊包括差分驅(qū)動(dòng)接收器SN75179和I/O端口；所述差分驅(qū)動(dòng)接收器SN75179接收FPGA發(fā) 出的CLK單端信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，同時(shí)接收SSI傳感器發(fā)出的差分DATA信號(hào)，并將 其轉(zhuǎn)換為單端DATA信號(hào)發(fā)送給I/O端口。5.如權(quán)利要求1所述的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，其特征在于，所述模擬量輸出模 塊選用LQFP-48封裝數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7742。6.如權(quán)利要求1所述的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，其特征在于，位置閉環(huán)控制算法 的流程步驟如下所示:步驟1、開始；步驟2、建立交流伺服系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；步驟3、對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行估計(jì)；步驟4、對(duì)傳遞函數(shù)作近似處理；步驟5、用零極點(diǎn)分布傳遞函數(shù)對(duì)對(duì)傳遞函數(shù)作等價(jià)處理；步驟6、使用離散化方法，得到離散化的傳遞函數(shù)；步驟7、得到傳遞函數(shù)的近似和未經(jīng)近似的1/s的Bode圖；步驟8、采用MATLAB的SMULINK模塊封裝技術(shù)，將Oustaloup方法近似的分?jǐn)?shù)階微積分 進(jìn)行封裝；步驟9、結(jié)束。7.如權(quán)利要求1所述的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，其特征在于，傳感器信號(hào)收發(fā)模 塊時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送過程的流程如下所示:步驟1、時(shí)鐘信號(hào)輸出為高電平；步驟2、加載傳感器參數(shù)；步驟3、發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)；步驟4、判斷是否發(fā)送了width位，是則轉(zhuǎn)到步驟5，否則轉(zhuǎn)到步驟3;步驟5、保持50ys高電平，轉(zhuǎn)到步驟3;傳感器信號(hào)收發(fā)模塊的時(shí)鐘數(shù)據(jù)信號(hào)處理流程如下所示:步驟1、判斷是否檢測(cè)到時(shí)鐘信號(hào)下降沿，是則轉(zhuǎn)到步驟2,否則繼續(xù)步驟1;步驟2、接收數(shù)據(jù)；步驟3、判斷是否接收了width位，是則轉(zhuǎn)到步驟4,否則轉(zhuǎn)到步驟2;步驟4、將格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼；步驟5、判斷是否完成轉(zhuǎn)換，是則轉(zhuǎn)到步驟6，否則轉(zhuǎn)到步驟4;步驟6、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。8.如權(quán)利要求1所述的交流伺服系統(tǒng)位置閉環(huán)控制器，其特征在于，控制器軟件中控制 參數(shù)加載過程的流程步驟如下所示:步驟1、開始；步驟2、請(qǐng)求讀取控制器參數(shù)；步驟3、判斷是否已從EEPROM讀出，是則轉(zhuǎn)到步驟4，否則轉(zhuǎn)到步驟2;步驟4、存儲(chǔ)參數(shù)；步驟5、判斷是否已讀取全部參，是則轉(zhuǎn)到步驟6，否則轉(zhuǎn)到步驟4;步驟6、求出可供加載的控制參數(shù)；步驟7、請(qǐng)求加載控制器參數(shù)；步驟8、判斷參數(shù)是否可供加載，是則轉(zhuǎn)到步驟9，否則轉(zhuǎn)到步驟7;步驟9、輸出參數(shù)數(shù)值；步驟10、輸出參數(shù)標(biāo)識(shí)碼；步驟11、判斷是否完成參數(shù)加載，是則轉(zhuǎn)到步驟12,否則轉(zhuǎn)到步驟9;步驟12、參數(shù)加載完成。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK106094634SQ201610530863
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月7日
【發(fā)明人】石進(jìn)水
【申請(qǐng)人】山東交通職業(yè)學(xué)院