交流伺服控制装置.pdf

本发明涉及一种交流伺服控制装置，它包括控制板、功率板和按键板；所述控制板包含DSP芯片及接口电路；所述功率板包含主电路、开关电源及接口电路；所述接键板包含按键、LED数码管和接口电路。所述的DSP芯片内部由输入输出模块、控制模块、参数管理及报警处理模块、显示模块和键盘处理模块构成。本发明除了具备标准通用交流伺服控制装置的位置控制、速度控制等基本功能之外，还集成了单轴控制功能。本发明所述的交流伺服控制装置具有以下特点：(1)指令系统简捷、灵活、功能强大，彻底避免了编程语法错误；(2)编程操作简便、易学，只用几个按键就可完成程序编辑；(3)成本与标准交流伺服控制装置相同，性价比高。

权利要求书
1、  一种交流伺服控制装置，包括控制板、功率板和按键板，
所述控制板包含中央处理芯片、接口电路、CN1接口、CN2接口、显示接口和功率板接口；CN1接口为控制信号接口，用于接收来自上位机或外接输入/输出点的指令信号；CN2接口为码盘反馈接口，用于接收伺服电机的光电编码器反馈的位置信号；DSP芯片通过接口电路接收到外部的指令信号和光电编码器反馈的位置信号后，对它们进行计算处理，再输出控制信号到接口电路；接口电路再将控制信号进行适当的转换后，经功率板接口送到功率板；所述功率板包含主电路、开关电源及接口电路；所述接键板包含按键、LED数码管和接口电路；其特征在于：
所述的DSP芯片由输入输出模块、控制模块、参数管理及报警处理模块、显示模块和键盘处理模块构成；
输入输出模块是DSP芯片与外部电路的接口；
控制模块是整个控制软件的核心，该模块内部包含单轴软件控制模块和电机控制模块；单轴软件控制模块用于完成电机单轴控制功能，该模块只有在单轴控制方式下才工作，工作时不断周期地向电机控制模块发出位置指令；电机控制模块用于实现电机的位置和速度控制；当装置工作在位置控制方式或速度控制方式时，电机控制模块接收输入输出模块送来的位置指令和速度指令，并进行相关的数据处理后输出电机控制信号，完成对电机的转子位置和转速的控制；当装置工作在单轴控制方式时，电机控制模块接收单轴软件控制模块发送的控制指令，完成对电机的转子位置和转速控制；
参数管理及报警处理模块用于实现对装置内部设定的参数管理和装置或电机发生故障时进行报警处理；
显示模块用于根据参数管理中设定的值将结果送显示模块输出；
键盘处理模块用于对按键板上的按键进行扫描，并将扫描结果送参数管理及报警处理模块。

说明书交流伺服控制装置
技术领域
本发明涉及工业控制领域，具体涉及一种工业控制装置。
背景技术
在工业控制的很多领域，对于精密定位控制的要求越来越高。而作为执行机构的伺服电机因为其具有响应速度快，定位精度高而得到广泛应用。而同步交流伺服驱动装置即是控制系统与伺服电机中间不可缺少的环节。
在自动化领域很多场合需要实现单轴的重复、高速、高精度定位，通常情况下为了实现这样的功能需要有一个上位机和一套伺服系统(包括伺服控制装置和伺服电机)组成。普通交流伺服控制装置只具备在上位机控制下完成对交流伺服电机的位置控制、速度控制等基本功能，在没有上位机情况下，无法实现对伺服电机的运动控制。如增加上位机，会相应增大成本和系统复杂度。
因而目前市场上还没有一种集成了单轴控制功能的交流伺服控制装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成了单轴控制功能的交流伺服控制装置。
本发明所述的交流伺服控制装置，包括控制板、功率板和按键板。
所述控制板包含中央处理芯片、接口电路、CN1接口、CN2接口、显示接口和功率板接口；CN1接口为控制信号接口，用于接收来自上位机或外接输入/输出点的指令信号；CN2接口为码盘反馈接口，用于接收伺服电机的光电编码器反馈的位置信号；DSP芯片通过接口电路接收到外部的指令信号和光电编码器反馈的位置信号后，对它们进行计算处理，再输出控制信号到接口电路；接口电路再将控制信号进行适当的转换后，经功率板接口送到功率板；所述功率板包含主电路、开关电源及接口电路；所述接键板包含按键、LED数码管和接口电路；
所述的DSP芯片由输入输出模块、控制模块、参数管理及报警处理模块、显示模块和键盘处理模块构成；
输入输出模块是DSP芯片与外部电路的接口：
控制模块是整个控制软件的核心，该模块内部包含单轴软件控制模块和电机控制模块；单轴软件控制模块用于完成电机单轴控制功能，该模块只有在单轴控制方式下才工作，工作时不断周期地向电机控制模块发出位置指令；电机控制模块用于实现电机的位置和速度控制；当装置工作在位置控制方式或速度控制方式时，电机控制模块接收输入输出模块送来的位置指令和速度指令，并进行相关的数据处理后输出电机控制信号，完成对电机的转子位置和转速的控制；当装置工作在单轴控制方式时，电机控制模块接收单轴软件控制模块发送的控制指令，完成对电机的转子位置和转速控制；
参数管理及报警处理模块用于实现对装置内部设定的参数管理和装置或电机发生故障时进行报警处理；
显示模块用于根据参数管理中设定的值将结果送显示模块输出；
键盘处理模块用于对按键板上的按键进行扫描，并将扫描结果送参数管理及报警处理模块。
本发明所述的的交流伺服控制装置采用数字信号处理器(DSP)和大规模可编程门阵(CPLD)实现全数字式控制。功率部分采用大功率的智能功率模块，具备完善的保护功能。单轴驱动装置的输入/输出输出口为可编程口，可灵活配置，能满足多种不同应用场合的需要。为了满足用户对单轴控制的需要，设置有用户可编程的程序段，用户通过在程序的编辑运动控制指令来实现对单轴运动和输入输出的控制。
本发明所述的交流伺服控制装置，除了具备标准通用交流伺服控制装置的位置控制、速度控制等基本功能之外，还集成了单轴控制功能。当作为标准伺服驱动器工作时，它接受上位机的运动控制指令，驱动电机运行，其运动控制系统结构框图如图1(a)所示；当作为单轴控制装置工作时，它无需上位机就能按用户程序驱动电机做单轴循环运行及输入、输出信号处理，其运动控制系统结构框图如图1(b)所示。
本发明所述的交流伺服控制装置具有以下特点：(1)指令系统简捷、灵活、功能强大，彻底避免了编程语法错误；(2)编程操作简便、易学，只用几个按键就可完成程序编辑；(3)成本与标准交流伺服控制装置相同，性价比高。
附图说明
图1为本发明的运动控制系统结构框图；
图2为本发明的内部硬件电路结构图；
图3为本发明所述的DSP芯片的内部模块结构框图；
图4为本发明在位置控制方式和速度控制方式的控制流程框图；
图5为本发明在单轴手动模式的控制流程框图；
图6为本发明在单轴自动循环运行模式的控制流程框图。
图7为发明单轴自动运行模式的单个运动段流程图
具体实施方式
本发明所述的交流伺服控制装置，如图2所示，包括控制板、功率板和按键板，所述控制板包含DSP芯片、接口电路、CN1接口、CN2接口、显示接口和功率板接口，也可用CPU芯片、ARM芯片或单片机代替DSP芯片；CN1接口为控制信号接口，用于接收来自上位机或外接输入/输出点的指令信号；CN2接口为码盘反馈接口，用于接收伺服电机的光电编码器反馈的位置信号；DSP芯片通过接口电路接收到外部的指令信号和光电编码器反馈的位置信号后，对它们进行计算处理，再输出控制信号到接口电路；接口电路再将控制信号进行适当的转换后，经功率板接口送到功率板；所述功率板包含主电路、开关电源、TB端子、控制板接口；TB端子为电源、电机绕组接线端子排；主电路接受来自控制板接口的控制信号，根据控制信号输出电流到伺服电机，完成电机的转速或位置控制；开关电源通过控制板接口为控制板上的电路供电；所述接键板包含按键、LED数码管和接口电路；DSP芯片在对电机进行控制过程中同时通过接口电路完成对按键板的按键扫描和显示输出。
所述的DSP芯片内部如图3所示，由输入输出模块、控制模块、参数管理及报警处理模块、显示模块和键盘处理模块构成；输入输出模块是DSP芯片与外部电路的接口；控制模块是整个控制软件的核心，该模块内部包含单轴软件控制模块和电机控制模块；单轴软件控制模块用于完成电机单轴控制功能，该模块只有在单轴控制方式下才工作，工作时不断周期地向电机控制模块发出位置指令；电机控制模块用于实现电机的位置和速度控制；当装置工作在位置控制方式或速度控制方式时，电机控制模块接收输入输出模块送来的位置指令和速度指令，并进行相关的数据处理后输出电机控制信号，完成对电机的转子位置和转速的控制；当装置工作在单轴控制方式时，电机控制模块接收单轴软件控制模块发送地控制指令，完成对电机的转子位置和转速控制；参数管理及报警处理模块用于实现对装置内部设定的参数管理和装置或电机发生故障时进行报警处理；显示模块用于根据参数管理中设定的值将结果送显示模块输出：键盘处理模块用于对按键板上的按键进行扫描，并将扫描结果送参数管理及报警处理模块。
实施例一：位置控制方式和速度控制方式
当本发明所述的交流伺服控制装置工作在位置控制方式时，如图4所示，电机控制模块同时接收通过输入输出模块送来的位置指令和伺服电机光电编码器反馈回来的位置信号，对指令和信号进行一系列运算处理后，输出给伺服电机，完成位置控制。当装置工作在速度控制方式时，电机控制模块接收通过输入输出模块送来的模拟速度指令和伺服电机光电编码器反馈的速度信号，对指令和信号进行一系列的运算处理后输出给伺服电机，完成速度控制。
实施例二：单轴控制方式
交流伺服控制装置通过采用数字信号处理器(DSP)和大规模可编程门阵(CPLD)实现全数字式控制。输入/输出口即CN1接口为可编程口，可灵活配置，能满足多种不同应用场合的需要。为了满足用户对单轴控制的需要，设置有用户可编程的程序段，用户通过在程序的编辑运动控制指令来实现单轴运动和输入输出的控制。
当本发明所述的交流伺服控制装置工作在单轴控制方式，电机控制模块接受单轴软件控制模块发来的控制指令，完成对电机转子位置和转速的控制。交流伺服控制装置的单轴控制方式又包括有单轴编辑和单轴运行。用户可以在单轴编辑方式下完成对运动控制程序的编辑、修改和存储。单轴运行可分为两种模式：单轴手动模式和单轴自动循环运行模式。
单轴控制模块的内部组成结构如下：
1.选择单轴运行控制模式(单轴编辑方式/单轴运行方式)：通过设置控制方式的不同的参数值，选择单轴编辑方式或单轴运行方式。如通过设置参数PA04值为9，选择单轴编辑方式；通过设置参数PA04值为8，选择单轴运行方式。
2单轴编辑方式
2.1在单轴编辑方式下，选择参数第一层菜单中“SIG-”菜单项的用户程序段层编辑程序段，按进入到用户程序段层。
2.2进入用户程序段层后数码管显示为“STEP 1”(用户程序的第一段)，在该层按循环选择“STET 1”到“STEP 25”，共25个程序段(在内存允许的情况下也可更多)。(在选择好要编辑和修改的程序段后按进入到该程序段对应的指令层，对指令进行编辑、修改。
2.3单轴编辑方式下只使用位置方式次数参数POS、速度方式参数SPD和循环次数参数END共3条指令进行编辑，通过在指令层按循环选择；选择好该程序段要用的指令后按进入到指令的指令值层，对指令值进行修改。POS指令的指令值输入顺序是：运行距离整数、运行距离小数、运行速度、控制输出端口状态(即具体的CN1端口号及其端口状态)和指令结束条件；SPD指令的指令值输入顺序是：运行速度、运行时间、控制输出端口状态(即具体的CN1端口号及其状态)和指令结束条件。要对运行距离、运行速度和运行时间指令值进行修改时，按分别是加减，按切换到该指令的下一条指令值。在设定输出和结束条件指令值时，由小数点指示要修改的位，按切换位，按修改对应位的值。在编辑修改完最后一条指令值后按编辑完成并退到指令段层。在编辑过程中按取消修改，退到上一层。用户程序中可以有多条END指令，但是只有第1条END指令前的程序段才会被循环执行。
相邻的运动段存放在连续的程序存储空间中，分别以指令、各种指令值的顺序依次存储。
用户编写好的单轴运动程序，可存储在EEPROM中，选择参数第一层菜单中“EE-”菜单项，按进入到参数存储管理层；选择“SIG”进行单轴程序存储项，按1秒后，显示“START”表示程序正在存储进行中，3秒后，显示“FINISH”表示单轴程序段已存储到EEPROM存储空间中。存储在EEPROM中的单轴运动程序段，在上电时会自动从EEPROM中读取复制到DSP的DRAM中供用户修改程序段或单轴运行方式时运行使用。
3单轴自动运行运行方式
单轴自动循环运行模式如图6和图7所示。首先，单轴软件控制模块读取用户编写的程序，读取指令并解释，按指令解释结果输出位置指令到电机控制模块，然后执行输出处理。在完成输出处理后对输入进行采样，并等待输入状态与指令的结束条件一致后完成该条指令，接着按顺序执行下一条指令。当执行到程序结束指令时，再判断是否结束程序循环，如果程序循环还未结束则执行下一次循环，如果程序循环结束则退出循环。具体如下：
3.1在单轴自动运行方式下，内部程序对会自动对编写好的单轴程序进行解析、执行。当程序识别到伺服控制装置是运行到单轴运行模式时，自动对用户程序的第一段进行解析，通过读入该段程序的指令存放地址的内容，判断是位置方式POS，还是速度方式SPD：
3.2在位置方式下，读入运行距离整数、运行距离小数存储空间的内容，经内部运算后转化为总脉冲数；读入运行速度存储空间的内容，计算当前输出的位置脉冲指令值，输出到电机控制模块的位置环作为位置指令给定值控制电机运行，并依据码盘反馈器反馈回来的当前电机的位置计算下一次输出的速度指令值；读入控制输出存储空间的内容及外接输入输出端口状态输出时间控制参数的设置值，经内部解析后，控制相应输出端口的输出状态；在驱动器完成该运动段程序设定的距离后，读入指令结束条件存储空间的内容进行解析后，与输入端口状态进行比较，状态符合的进入下一段运动段的运行。
3.3在速度方式下，读入运行速度、运行时间存储空间的内容，经内部解析后，计算当前输出的速度指令值，输出到电机控制模块的速度环作为速度指令给定值控制电机的运行，并依据码盘反馈器反馈回来的电机当前速度计算下一次输出的速度指令值；读入控制输出存储空间的内容及外接输入输出端口状态输出时间控制参数的设置值，经内部解析后，控制相应输出端口的输出状态；在驱动器完成该运动段程序设定的时间后，读入指令结束条件存储空间的内容进行解析后，与输入端口状态进行比较，状态符合的进入下一段运动段的运行。
3.4每一运动段执行完毕，自动进入下一运动段的解析与运行。
3.5当读取到指令存放地址的内容是循环指令END时，读入循环次数存储空间的内容进行解析，读取“单次/循环”按键的状态，确定是否需要进行下一循环的运行。
3.6在每个运动段运行期间，随时读取外接输入输出点上暂停按键的状态，当“暂停”按键有效时，控制电机停止运行，并记录下电机当前的运行位置、当前段已完成的运行距离/时间、当前段未完成的运行距离/时间等运行情况。
4.单轴手动模式如图5所示。在单轴手动模式下，单轴软件控制模块周期性地检测输入口，并根据输入口的状态计算出要发送的位置指令，并将位置指令送到电机控制模块，电机控制模块根据指令的要求完成对电机的运动控制。