直流伺服电机驱动器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种直流伺服电机驱动器，包括控制器、电流实时反馈电路、光电编码器处理电路、CAN通信接口电路、RS232通信接口电路、电源稳压电路、H桥控制电路和MOS管H桥电路。CAN与RS232双通信实现了多轴协调控制，同时提供了前期开发的ISP程序下载、上位机调试、后期的固件IAP升级的功能。光电编码器处理电路实现了对速度、位置的反馈，电流实时反馈电路实现了电流反馈，实现三闭环控制，提高了驱动器的响应速度。使用MOS管H桥电路控制电机输出，提高了可靠性和稳定性。电路结构分为主控板、电源板和驱动板，电源板、控制板以侧板形式立于驱动板，分开了数字电路与模拟电路避免了电磁干扰，便于装置散热。
【专利说明】
直流伺服电机驱动器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种直流伺服电机驱动器。
【背景技术】
[0002]目前现有的伺服电机驱动器多为双闭环驱动(即速度环和位置环)，大多没有电流采集或采集精度较低，很难满足电流环的控制需求，响应速度慢，响应带宽低，可靠性和稳定性能差。且仅为RS232控制接口或数字输入接口，受通信协议本身、共模干扰及距离的约束，该种驱动器只适合短距离(20m以内)点对点的控制场合，而CAN总线作为差分信号的串行通信方式，不仅可以有效避免共模干扰，且在不考虑速度损失的情况下，最远的通信距离可以达到10km，同时作为现场总线，可以组建控制器局域网，实现多点控制。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种直流伺服电机驱动器。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种直流伺服电机驱动器，包括控制器、电流实时反馈电路、光电编码器处理电路、CAN通信接口电路、RS232通信接口电路、电源稳压电路、H桥控制电路和MOS管H桥电路，电源稳压电路的输入端连接供电电源，电源稳压电路包括3.3V电源稳压电路、5V电源稳压电路和15V电源稳压电路，其中3.3V电源稳压电路的输出端与控制器的输入端、CAN通信接口电路的输入端、RS232通信接口电路的输入端连接，5V电源稳压电路的输出端与电流实时反馈电路的输入端、光电编码器处理电路的输入端连接，15V电源稳压电路的输出端与H桥控制电路的输入端连接，光电编码器处理电路的输入端与直流伺服电机光电编码器的接口连接，光电编码器处理电路的输出端与控制器的输入端连接，CAN通信接口电路、RS232通信接口电路分别与控制器连接，电流实时反馈电路的输入端与直流伺服电机的输出端连接，电流实时反馈电路通过SPI接口与控制器连接，控制器的输出端与H桥控制电路的输入端连接，H桥控制电路的输出端与MOS管H桥电路的输入端连接，MOS管H桥电路的输出端连接直流伺服电机。
[0005]所述电流实时反馈电路包括高边双向电流监视器和高精度A/D转换器，高边双向电流监视器的输入端与直流伺服电机输出电路中采样电阻连接，高边双向电流监视器的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端通过SPI接口与控制器连接。
[0006]所述该驱动器的组成结构分为主控板、电源板、驱动板，控制器、CAN通信接口电路、RS232通信接口电路、光电编码器处理电路、电源稳压电路中3.3V电源稳压电路位于主控板，电源稳压电路中5V电源稳压电路和15V电源稳压电路、电流实时反馈电路、H桥控制电路位于电源板，MOS管H桥电路位于驱动板，主控板和电源板竖直平行放置，且位于驱动板上方。
[0007]本实用新型的有益效果在于:实现电流反馈控制，提高了驱动的响应速度，CAN接口电路与RS232接口电路双通信，实现了点对点控制，同时可组建控制器局域网，实现多点控制，达到多轴的协调控制。电路板的结构分开了数字电路与模拟电路避免了电磁干扰，便于装置散热。使用MOS管H桥电路控制电机输出，提高了可靠性和稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型【具体实施方式】的直流伺服电机驱动器的结构框图；
[0009]图2为本实用新型【具体实施方式】的直流伺服电机驱动器的RS232通信接口电路原理图；
[0010]图3为本实用新型【具体实施方式】的直流伺服电机驱动器的CAN通信接口电路原理图；
[0011]图4为本实用新型【具体实施方式】的直流伺服电机驱动器的电流实时反馈电路原理图；
[0012]图5为本实用新型【具体实施方式】的直流伺服电机驱动器的光电编码器处理电路原理图；
[0013]图6为本实用新型【具体实施方式】的直流伺服电机驱动器的MOS管H桥电路及H桥控制电路连接原理图；
[0014]图7为本实用新型【具体实施方式】的直流伺服电机驱动器的电流环、速度环、位置环控制框图，其中，(a)为电流环控制框图，(b)为速度环控制框图，(c)为位置环控制框图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型【具体实施方式】进行详细说明。
[0016]如图1所示，直流伺服电机驱动器包括控制器、电流实时反馈电路、光电编码器处理电路、CAN通信接口电路、RS232通信接口电路、电源稳压电路、H桥控制电路和MOS管H桥电路，电源稳压电路的输入端连接供电电源，电源稳压电路包括3.3V电源稳压电路、5V电源稳压电路和15V电源稳压电路，其中3.3V电源稳压电路的输出端与控制器、CAN通信接口电路、RS232通信接口电路的输入端连接，5V电源稳压电路的输出端与Flash、电流实时反馈电路、光电编码器处理电路输入端连接，15V电源稳压电路的输出端与H桥控制电路的输入端连接，光电编码器处理电路的输入端与直流伺服电机光电编码器的接口连接，光电编码器处理电路的输出端与控制器的输入端连接，CAN通信接口电路、RS232通信接口电路分别与控制器连接，电流实时反馈电路通过SPI接口与控制器连接，控制器的输出端与H桥控制电路的输入端连接，H桥控制电路的输出端与MOS管H桥电路的输入端连接，MOS管H桥电路的输出端连接直流伺服电机。该直流伺服电机驱动器采用CorteX-M3内核的LPC1768单片机作为控制器。
[0017]RS232通信接口电路，如图2所示，控制器通过MAX3232EUE驱动芯片引出RS232接口，实现控制器的RS232通信，涵盖三种复用功能，其一是便于前期开发的ISP程序下载，其二是用于用户的上位机调试，其三是便于后期的固件IAP升级。
[0018]CAN通信接口电路，如图3所示，控制器通过VP230驱动芯片引出CAN总线系列CAN2.0通信接口，实现控制器的CAN2.0通信，工作在500kbps通信速度下，用于用户软件的命令输入，实现点对点控制，同时可组建控制器局域网，实现多点控制，达到多轴的协调控制。
[0019]电流实时反馈电路，如图4所示，电流实时反馈电路由电流监视器和A/D转换器组成，其中高边双向电流监视器AD8210与高精度A/D转换器LTC1864连接，A/D转换器LTC1864通过SPI接口与控制器连接，基准电源ADR421为高边双向电流监视器AD8210提供平稳的2.5V基准电压，基准电源AD586为A/D转换器LTC1864提供平稳的5V基准电压。高边双向电流监视器AD8210对与直流伺服电机连接的采样电阻R15进行20倍的电压放大，然后通过高精度A/D转换器LTC1864采集放大电压，并通过SPI接口与控制器通信将电压采集值返回，从而求得电流值。
[0020]光电编码器处理电路，如图5所示，光电编码器用于速度和位置反馈，直流伺服电机的光电编码器的接口通过光电编码器处理电路的四差分线性接收器AM26C32处理A/A, B/B, X/X输出信号，直流伺服电机驱动器通过控制器的QEI模块对脉冲进行速度、位置的检测，实现速度、位置的反馈。该处理有效降低了信号在传输过程中可能出现的共模干扰，提高了系统的抗干扰性。
[0021]直流伺服电机驱动器使用脉宽调制方式实现对电机的输出调节，MOS管H桥电路及H桥控制电路的连接，如图6所示，H桥控制电路采用L6384D驱动芯片，L6384D驱动芯片控制由FS3207Z MOS管搭建成的H桥电路，H桥控制电路的输入端口分别为GP102.0和GP102.1，实现脉宽调制。
[0022]直流伺服电机驱动器的供电电源为直流24V，通过LM2576稳压芯片得到5V和15V电压，分别为Flash、A/D转换器LTC1864、高边双向电流监视器AD8210及其基准电源ADR421、四差分线性接收器AM26C32和H桥控制电路的L6384D、A/D转换器的基准电源AD586供电，再通过LMl117-3.3线性稳压器得到3.3V的控制电压，用于控制器LPC1768单片机、CAN2.0驱动芯片和RS232驱动芯片的供电.直流伺服电机驱动器支持额定24VDC系列电机。
[0023]为了便于参数的管理和维护，直流伺服电机驱动器特别搭载一枚2M容量的SPI接口的FLASH，存储管理电机参数及控制参数，FLASH的具体型号为SST25VF016B。
[0024]整个直流伺服电机驱动器的电路结构包括主控板、电源板和驱动板，控制器、Flash、CAN通信接口电路、RS232通信接口电路、光电编码器处理电路、电源稳压电路中
3.3V稳压电路位于主控板，电源稳压电路中5V电源稳压电路和15V电源稳压电路部分、电流实时反馈电路、H桥控制电路位于电源板，MOS管H桥电路位于驱动板。其中主控板用作前面板，电源板用作后面板，驱动板用作底面板，该结构分开了数字电路和模拟电路，避免了可能的电磁干扰，MOS管H桥电路位于底面板远离了控制芯片，促进了整个装置的散热。
[0025]直流伺服电机驱动器控制包括电流环、速度环、位置环。电流环的控制，如图7Ca)所示，为典型的PI控制，电流的采样周期为200us，动态响应时间为3ms，响应带宽为1000Hz。速度环的控制，如图7 (b)所示，也采用PI控制，并对输入速度和输出速度进行滤波，保证速度的平滑性，速度的采样周期为200us。位置环的控制，如图7 (c)所示，采用前馈控制和P控制，位置环的采样周期为200us。
[0026]直流伺服电机驱动器的工作过程是，供电电源提供24V直流电源，通过电源稳压电路对电源电压进行处理得到3.3V、5V、15V电压，为直流伺服电机驱动器各部分电路进行供电。CAN2.0、RS232通过通信接口电路与控制器进行通信，为直流伺服电机驱动器提供前期开发的ISP程序下载、上位机调试、后期的固件IAP升级，同时实现多点控制，达到多轴协调控制。搭载SPI接口的FLASH，用于存储管理电机参数及控制参数。直流伺服电机的光电编码器的接口通过光电编码器处理电路的四差分线性接收器处理A/A，B/B, X/X输出信号，直流伺服电机驱动器通过控制器的QEI模块对脉冲进行速度、位置的检测，实现速度、位置的反馈。电流实时反馈电路由电流监视器和A/D转换器组成，高边双向电流监视器对与直流伺服电机连接的采样电阻进行电压放大，然后通过高精度A/D转换器采集放大电压，并通过SPI接口与控制器通信将电压采集值返回，从而求得电流反馈。控制器对采集的电流和速度采用PI控制，对采集的位置采用前馈控制和P控制，控制器将得到的脉冲宽度调制信号输入到H桥控制电路的L6384D控制芯片，控制芯片根据输入脉冲宽度调制信号周期性地开启与关闭MOS管，实现电机的正转与反转控制，电机的速度则是通过电压的脉宽调制，从而实现输出电压的脉宽调制达到电机调速的目的。
【权利要求】
1.一种直流伺服电机驱动器，其特征在于，包括控制器、电流实时反馈电路、光电编码器处理电路、CAN通信接口电路、RS232通信接口电路、电源稳压电路、H桥控制电路和MOS管H桥电路，电源稳压电路的输入端连接供电电源，电源稳压电路包括3.3V电源稳压电路、5V电源稳压电路和15V电源稳压电路，其中3.3V电源稳压电路的输出端与控制器的输入端、CAN通信接口电路的输入端、RS232通信接口电路的输入端连接，5V电源稳压电路的输出端与电流实时反馈电路的输入端、光电编码器处理电路的输入端连接，15V电源稳压电路的输出端与H桥控制电路的输入端连接，光电编码器处理电路的输入端与直流伺服电机光电编码器的接口连接，光电编码器处理电路的输出端与控制器的输入端连接，CAN通信接口电路、RS232通信接口电路分别与控制器连接，电流实时反馈电路的输入端与直流伺服电机的输出端连接，电流实时反馈电路通过SPI接口与控制器连接，控制器的输出端与H桥控制电路的输入端连接，H桥控制电路的输出端与MOS管H桥电路的输入端连接，MOS管H桥电路的输出端连接直流伺服电机。
2.根据权利要求1所述的直流伺服电机驱动器，其特征在于，所述电流实时反馈电路包括高边双向电流监视器和高精度A/D转换器，高边双向电流监视器的输入端与直流伺服电机输出电路中米样电阻连接，高边双向电流监视器的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端通过SPI接口与控制器连接。
3.根据权利要求1所述的直流伺服电机驱动器，其特征在于，该驱动器的组成结构分为主控板、电源板、驱动板，控制器、CAN通信接口电路、RS232通信接口电路、光电编码器处理电路、电源稳压电路中3.3V电源稳压电路位于主控板，电源稳压电路中5V电源稳压电路和15V电源稳压电路、电流实时反馈电路、H桥控制电路位于电源板，MOS管H桥电路位于驱动板，主控板和电源板竖直平行放置，且位于驱动板上方。
【文档编号】H02P7/29GK203933479SQ201420192652
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】丛德宏, 韩莹, 李相根, 雷晨曦 申请人:东北大学