用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光跟踪仪技术领域，尤其涉及一种用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路。
【背景技术】
[0002]激光跟踪仪具有测量范围大、精度高、动态性能好、实时现场测量等特点，在航空航天、轨道交通、船舶制造等高端智能制造业得到了广泛应用。它不仅可对空间静态目标进行高精度三维测量，而且还可对运动目标进行跟踪测量。
[0003]搭建高性能的精密伺服系统是激光跟踪仪实现跟踪和精密测量的基础。驱动控制电路作为精密伺服系统的核心组成部分，其设计的好坏直接影响伺服系统的控制精度和跟踪性能，其一般由信号采集及运算装置、驱动及控制电路组成。
[0004]永磁同步电机具有力矩系数大、过载能力强、可靠性高、控制灵活等优点，满足激光跟踪仪的工作性能要求，但其控制策略及算法较复杂，目前基于DSP或ARM的驱动控制电路无法实现较高的控制频率，其直接影响了永磁同步电机的跟踪性能。同时驱动控制电路需要满足较高的稳定性和灵活性，满足激光跟踪仪稳定灵活的工作方式。
[0005]目前，国内自主研发的激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路具有以下不足:
[0006](I)受硬件和控制算法影响，控制频率较低，低速控制性能较差；
[0007](2)采集数据可靠性较低；
[0008](3)电路结构较简单，功能较单一，灵活性差。
[0009]因此，业内亟需一种能够克服上述不足的用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路。
【发明内容】
[0010](一)要解决的技术问题
[0011]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路。
[0012](二)技术方案
[0013]本发明用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路包括:数据采集板，用于采集永磁同步电机的数据；主控板，与上位机和数据采集板连接，用于从上位机获取目标状态指令和参考输入信号，从数据采集板获取永磁同步电机的数据，对该目标状态指令、参考输入信号和永磁同步电机的数据进行处理，产生控制信号；以及功率驱动板，与主控板连接，用于将主控板输出的控制信号进行功率放大后，输出控制电压信号驱动永磁同步电机工作。
[0014](三)有益效果
[0015]从上述技术方案可以看出，本发明用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路具有以下有益效果:
[0016](I)在硬件上，驱动控制电路由主控板、数据采集板和功率驱动板三个电路板组合而成，可根据具体应用要求灵活配置。当对跟踪性能要求不高时，可仅由主控板和功率驱动板两个电路板组合进行永磁同步电机的驱动控制；当对跟踪性能要求较高时，可由主控板、数据采集板和功率驱动板三板组合搭建驱动控制电路；此外，可通过增加功率驱动板，由主控板、数据采集板和两个功率驱动板构成四板驱动控制电路，实现双电机驱动控制；
[0017](2)在主控板中，采用DSP28335替换原有的ARM芯片，通过提高算法效率，同时利用DSP的数据处理能力和运行效率比ARM芯片要高，从而使三环-电流环、速度环和位置环的控制频率均有大幅度提升；
[0018](3)在主控板中，利用外扩SDRAM，将控制算法中占用运算时间较长的CLARK&PARK变换所需的函数表存储在外扩的SDRAM中，采用查表法取值，降低了 DSP芯片的运算量，提高伺服系统控制频率；
[0019](4)在主控板中，进行了冗余设计，增设了一组PWM输出接口，使驱动控制电路具备双电机驱动控制能力；预设了光栅信号采集接口、电流信号采集接口和霍尔位置信号采集接口，使主控板在跟踪性能要求不高的场合，可以单独与功率驱动板组合进行永磁同步电机的驱动控制；
[0020](5)将驱动控制电路中DSP的一部分运算转移到FPGA中，FPGA对数据进行采集并进行初步运算后再传输至DSP，通过这种方式减小DSP的运算量，进而提高整个驱动控制电路的效率；
[0021](6)主控板和数据采集板采用PC104结构的背板方式连接，传输路径更短，具备较尚的稳定性；
[0022](7)驱动控制电路具有多个通讯接口 -模数转换器(AD)，串口，网口，CAN 口，可与各类驱动器及上位机通讯，提高驱动控制电路的通讯灵活性。
[0023](8)驱动控制电路可作为一个驱动单元模块与上位机共同构成精密伺服系统，亦可独立构成一个精密伺服系统，简化了精密伺服系统结构。
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路的结构示意图；
[0025]图2为图1所示驱动控制电路中主控板的结构示意图；
[0026]图3为图1所示驱动控制电路中数据采集板的结构示意图；
[0027]图4为图1所示驱动控制电路的功率驱动板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]本发明与以往的控制系统硬件电路相比，增加性价比较高的FPGA芯片和大容量SRAM芯片，大大提高了控制算法的运行效率，及采集数据的实时性，同时通过增加多组通讯、采集接口，并采用多板组合的形式，大大增加了驱动控制电路的功能性和灵活性。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0029]在本发明的一个实施例中，提供了一种用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路，用于驱动和控制高性能永磁同步电机。
[0030]图1为本发明实施例用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路的结构示意图。如图1所示，本实施例用于激光跟踪仪精密伺服系统的驱动控制电路包括:基于DSP芯片的主控板、基于FPGA芯片的数据采集板、基于IPM模块的功率驱动板和电源板。其中，主控板和数据采集板采用PC104结构的背板方式连接进行数据传输，传输路径更短，具备较高的稳定性。主控板和功率驱动板通过排线连接进行信号传输，板与板之间通过螺柱固定。[0031 ] 请参照图1，主控板通过模数转换器(AD)和CAN 口与上位机(通讯控制板)进行通讯，获取目标状态指令和参考输入信号，同时对数据采集板输入的数据进行运算处理产生6路PWM控制信号，送到功率驱动板的输入端，控制信号经过功率驱动板的IPM模块进行功率放大转换后，输出UVW三路控制电压信号驱动永磁同步电机工作。同时数据采集板同步采集电流传感器测得的永磁同步电机的电流信号，增量式圆光栅传感器测得的永磁同步电机的位置信号，以及霍尔位置传感器测得的永磁同步电机的位置信号经过初步转换传给主控板进行运算处理产生电流、速度、位置的反馈信号，结合上位机提供的目标状态指令和参考输入信号构成三闭环精密伺服系统。此外功率驱动板实时监测驱动电路是否发生故障，当发生故障时立即进行电路保护同时将故障信号传给主控板进行故障处理。
[0032]图2为图1所示驱动控制电路中主控板的结构示意图。请参照图2，主控板负责接发上位机的控制指令，对数据采集板采集的数据进行处理运算，输出控制信号到功率放大板，其主要基于一 DSP芯片-DSP28335设计，包括:DSP芯片、SDRAM，模数转换器(AD)，EQEP接口、扩展I/O 口、网口，串口和CAN 口。
[0033]其中，控制算法存储并运行于DSP芯片中。现有技术