AGV用具有综合诊断功能伺服控制器的制作方法

本发明涉及数字伺服控制器，更具体的说是agv用具有综合诊断功能伺服控制器。

背景技术：

在agv控制系统中，伺服扮演着越来越重要的角色，接口越来越丰富，给应用提供了很大的灵活性，同时出现故障的概率也相应增加，给故障的排查造成了一定难度。同时有的故障未及时采取措施会引起agv的异常动作，例如飞车。

目前很多伺服不具有综合诊断功能，或者诊断功能较少，出现问题主要靠维护人员的经验判断，再通过仪器测量进一步分析。这种方法对维护人员的技术水平要求较高，有时需要花费时间较长，影响生产。

技术实现要素：

为了克服上述不足，本发明的目的是通过采集关键点位的数据进行分析判断，给出告警。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种agv用具有综合诊断功能伺服控制器，包括：核心处理器、cpld电路、电机断线检测电路、编码器整形电路、编码器断线检测电路、驱动器短路保护检测电路、电机电流采集电路、输出电压采集电路；

电机断线检测电路采集电机电流信号经过滤波后输出pwm信号，经过窗口比较器后进入cpld电路进行电机断线判断，再输出给核心处理器；

编码器信号分成2路：一路经过编码器整形电路进行差分转单端后进入cpld进行缺相判断，并提供给dsp的qep接口；一路将编码器的a\b\z差分信号经过编码器断线检测电路进行处理，输出给cpld电路进一步滤波后进行编码器断线判定，再输出给核心处理器；

驱动器短路保护检测电路采集电源母线的压降信号依次经过内部的采样放大电路、比较器电路、隔离电路处理后，再输出给核心处理器；

电机电流采集电路采集电机电流信号输出给核心处理器；

输出电压采集电路，采集电压信号输出给核心处理器；

核心处理器，接收上述各模块输出的信号，当电机是否断线、编码器是否断线、驱动器是否短路，以及电机电流和输出电压是否超过预设阈值时进行报警及断开相应电路。

所述电机断线检测电路包括比例积分电路输出端连接窗口比较电路；比例积分电路内部的放大器u14a对信号进行滤波输出pwm信号，窗口比较器电路由2个比较器构成对滤波后的pwm信号进行整形输出。

所述编码器整形电路采用一个差分转单端的线路放大器。

所述编码器断线检测电路包括三路支路，支路中编码器每相信号经过限流电阻进入异或门，异或门输出信号进入cpld进行滤波后输出断线信号。

所述驱动器短路保护检测电路包括由电阻r802及放大器u8组成的采样放大电路、由比较器u9a组成的比较器电路、由光耦oc1组成的隔离电路。

所述核心处理器采用dsp处理器。

所述电机电流采集电路包括：霍尔电流传感器采集电机电流信号，经过由放大器u14b组成的比例积分放大电路后输出给dsp进行a/d采集。

所述输出电压采集电路包括：采集电机输出电压信号，经过滤波电路至由放大器u16b组成的比例积分放大器电路连接至dsp进行a/d采集。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.检测全面：包括驱动器输出短路、断路，功率电源电压过高、过低，伺服温度过高、编码器任何一根断线(包括电源和地线)、编码器缺相；模拟给定零点异常，测速机零点异常，电流传感器零点异常，伺服驱动器输出过流，伺服位置超差，伺服速度失速，伺服心跳异常等等。

2.告警指示全面：当出现告警时，指示灯闪烁表明当前最高级别的告警，低级告警只有当高级告警消失后才给予显示。但通过查看告警码可以显示所有当前告警。

3.安全性高：当出现告警时，立即进入保护模式，将给定及pid能量清除。即使随后告警消失也保持告警状态，直到收到告警复位信号，防止出现不可控现象。

4.设置灵活：每种告警都设置屏蔽码，适应不同的应用环境需求。

5.成本低：本发明采用硬件和软件相结合的方式，信号的采集往往使用了系统固有的传感器，只需要增加小量的运放及比较器或门电路。信号进入cpld后统一进行处理。例如：电机断线检测就是利用了固有的电流传感器输出的信号进行处理，通过滤波后再放大，提取pwm信号进入cpld进行判断。

附图说明

图1为本发明控制器结构示意图。

图2为本发明的电机断线检测示意图。

图3为本发明的驱动器输出短路保护检测示意图。

图4为本发明的编码器断线检测电路图。

图5为本发明的电机电流采集电路图。

图6为本发明的输出电压检测电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明的伺服控制器结构示意图。包括：核心处理器采用dsp2407、cpld、电机断线检测电路、编码器断线检测电路、驱动器短路保护电路、电机电流采集电路、输出电压采集电路等组成。其中：电机断线检测电流传感器的副端电压，经过滤波后提取pwm信号，经过整形电路后进入cpld进行判断。编码器信号进入伺服后分成2路：一路经过编码器整形电路的差分转单端后进入cpld进行缺相判断，并提供给dsp的qep接口；一路将a\b\z差分信号输入到异或门电路进行处理，输出信号进入cpld滤波后进行断线判定。驱动器输出短路保护电路利用功率总线采样电阻上的压降经过一个放大器进行放大，同阈值比较后输出触发脉冲，经光耦隔离后连接到dsp2407的pdpinta脚；当出现短路时pdpinta脚被拉低，这将导致pwm驱动信号消失，从而断开功率输出，控制pwm的输出以达到保护的目的。功率电源电压检测电路将检测结果送入dsp2407，并与设置的高低门限进行比较，超出阈值进行保护。伺服温度检测电路检测底板的温度，超出阈值进行保护。

伺服驱动器很重要的一点是安全，当出现不安全的因素时能够迅速进行保护；伺服驱动器上电时首先对各变量进行初始化，然后对can、spi、a/d、qep、pwm、定时器等初始化；完成后a/d转换器采集电流传感器的零点、输出电压零点、模拟给定零点、测速机反馈零点。检测各个工作点状态，偏离正常范围给出告警，当采用模拟方式给定时，如果给定值或反馈值处于非零点状态，伺服将进行安全保护，防止出现突然启动，只有给定降低到零点后才解除保护。

电机断线检测电路如图2所示，由比例积分放大器、窗口比较电路、cpld判定模块三部分组成。cur信号来自于电流传感器的副端，电阻r509、r510、r511、电容c517和放大器u14a组成比例积分放大器，将微弱的电流信号进行放大；电阻r512-r515、电容c515-c516和u12(a、b)共同组成窗口比较器。

比例积分放大器具体电路的连接关系是：放大器u14a的同相输入端经过电阻r509连接至cur信号、反相输入端经过电阻r510接地、反相输入端与输出端之间并联有电阻r511和电容c517，输出端连接窗口比较电路。

窗口比较电路具体电路的连接关系是：该比较电路由两片lm393比较器组成，u12a的脚2和u12b的脚5连接后接在u14a的输出，u12b的脚6连接正向阈值va点，va点经电阻r513连接至电源vcc正端、经电阻r512和电容c515并联后连接电源vcc负端，u12a的脚3连接负向阈值vb点，vb点经电阻r514连接至电源vcc正端、经电阻r515和电容c516并联后连接电源vcc负端，u12a的脚1和u12b的脚7连接后作为窗口比较器的输出。

其中r512-r513设置正向比较点va，r514-r515设置反向比较点vb，当放大后电流信号在va和vb之间时u12输出为高电平。当信号电压超过va或低于vb时，u12输出为低电平，该信号连接到u2cpld的16脚进行判定。当电机正常连接时，驱动器的输出pwm电流存在回路，这样电流传感器的副端会有同样的pwm脉动，经过检测电路后产生同频的脉冲进入cpld进行判定。当电机断线后在电流传感器的副端将不会出现pwm脉动，这样断线检测电路的输出始终保持高电平。

输出短路检测电路如图3所示：由采样放大、比较、隔离三部分组成。

其中采样放大由电阻r802及放大器u8(ad623)组成，r802为电源母线采样电阻。r805-r806及比较器u9a(lm393ad)组成比较电路，r805-r806设置比较阈值。r808-r809及oc1(6n137)光耦组成隔离电路。

采样放大、比较、隔离三部分具体连接关系包括：电阻r802并联在放大器u8输入端之间，放大器u8输出端连接比较器u9a的反相输入端，比较器u9a的同相输入端经电阻r806连接电源vdd，经电阻r805连接驱动器；u9a的输出端连接光耦oc1，光耦oc1输出端连接dsp。当驱动器输出电流增大时，r802两端压降就会增加，u8的输出电压升高。正常情况下比较器u9a的2脚电压低于3脚阈值电压，u9a的1脚输出高电平，oc1光耦的输入二极管不导通，oc1的6脚为高电平，dsp的7脚pdpinta为高电平，pwm正常输出。当电源母线电流增大到一定值时，u9a的2脚电压超过3脚阈值，u9a的1脚输出低电平，oc1的发光二极管导通，oc1的6脚输出低电平，引起dsp的pdpinta脚为低电平，这将造成dsp的pwm输出脚处于高阻抗状态，切断了mosfet输出，避免功率管损坏。由于短路状态流过的极大电流会造成mosfet管瞬间损坏，必须在10us内进行关断，这在软件层面难以满足。本检测电路完全是硬件方式，加上dsp内部的逻辑处理，总时间不超过7us。为了使该功能可靠动作，阈值的设置需要考虑驱动器的最大输出电流，一般设置为最大值的3-4倍。注意该功能需要dsp开启pdpinta中断。

如图4所示，编码器整形电路采用一个4路差分转单端的线路放大器am26lv32，输出ao、bo、zo整形信号给cpld进行缺相检测，再输出给dsp。编码器断线检测电路：由异或门电路及cpld组成。其中电阻r700-r714及异或门u6a、u6b、u6c(型号均为sn74hc86d)组成断线检测，编码器每相信号经过限流电阻进入异或门，为了滤掉毛刺，输出信号进入cpld进行滤波，最后给出是哪一相存在断线。编码器断线检测电路如下：r700-r714电阻网路、异或门u6(a、b、c)及cpld(epm570t100)。第一支路：a端经过电阻r702连接异或门u6a的1脚，/a端经过电阻r701连接u6a的2脚，a端与/a端之间串联r700，异或门u6a的1脚经电阻r704接地、2脚经电阻r703接地，异或门u6a的输出3端连接dsp。第二支路：b端经过电阻r706连接异或门u6b的4脚，/b端经过电阻r707连接u6b的5脚，b端与/b端之间串联r705，异或门u6b的4脚经电阻r709接地、5脚经电阻r708接地，异或门u6b的输出6端连接dsp。第三支路：c端经过电阻r711连接异或门u6c的9脚，/c端经过电阻r712连接u6c的10脚，c端与/c端之间串联r710，异或门u6c的9脚经电阻r714接地、10脚经电阻r713接地，异或门u6c的输出8端连接dsp。由于正常情况下编码器每相差分对电平是互补的，经过异或门后输出高电平，当有一根线断开后，断开端的电平趋向未断开端的电平，经过异或门后输出低电平；当两根全部断开后，异或门的输入电压通过r703和r704接地，异或门的输出电压也是低电平。三相检测电平送入cpld进行断线判定。由于编码器信号会不同程度受到干扰，异或门输出的信号往往带有毛刺，所以cpld内部增加了滤波处理。通过实际测试发现当任一根线断线时都能检测成功。

如图5所示，所述电机电流采集电路包括：霍尔电流传感器csk7-25输入的是电机回路电流，输出端cur经过r501和电容c518并联后接地，输出端cur还经过电阻r502连接放大器u14b的反相输入端，放大器u14b(型号为lm2262)的反相输入端与输出端之间并联有电阻r505和电容c519，放大器u14b的同相输入端经过电阻r503接2.5v、经过电阻r503接地，放大器u14b输出端接dsp。霍尔电流传感器csk7-25输入的是电机回路电流，输出端cur经过r501转换成电压信号，又通过r502-r505、c519及u14b组成的比例积分放大器后进入dsp的adcin06脚进行a/d采集。

如图6所示，所述输出电压采集电路包括滤波电路、比例积分放大电路。滤波电路包括：电机输出负端经过电阻r560、r562输出，电机输出正端经过电阻r561、r563输出，电阻r560、r562之间引出导线依次经过电容c560、c561连接至电阻r561、r563之间，滤波电路输出端之间串联有电容c562和c563，以及电阻r564和r565，电阻r564和r565之间接地。比例积分放大电路包括：电阻r566连接至放大器u16b反相输入端，放大器u16b反相输入端与输出端之间并联有电阻r569和电容c568，电阻r567连接放大器u16b同相输入端，同相输入端还经过电阻r568连接2.5v，放大器u16b(型号为lm2262)输出端接dsp。电机两端电压通过r560-r565、c560-c563进行滤波后，又经过r566-r569、c568及u16b组成的比例积分放大器后进入dsp的adcin05脚进行a/d采集。

此外，本发明的伺服控制器还能判断：模拟给定零点异常，测速机零点异常，电流传感器零点异常，伺服驱动器输出过流，伺服位置超差，伺服速度失速，伺服心跳异常等功能。当采用模拟方式给定时，开机初始化检测模拟给定零点、测速机反馈零点，当不在零位时进行告警保护，只有调整到零后告警消失才可继续给定，防止异常启动。上述这些故障检测主要是采集工作点状态后进行软件分析判断，出现异常停车保护。