[发明专利]多轴同步伺服驱动系统及其同步控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种伺服驱动系统，并涉及控制该伺服驱动系统同步的方法，属于控制系统技术领域。

背景技术

伺服驱动系统是一个数字化离散闭环控制驱动系统，其基本组成是上位控制器、伺服驱动器和伺服电机。现有伺服驱动器的基本构成如图1所示，包括FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)单元，DSP(数字信号处理器Digital Signal Processing，简称DSP))单元，电流环、速度环和位置环控制环路单元和辅助电路，DSP内含PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)定时器，PWM定时器内含三个基本单元—周期寄存器、比较寄存器、计数寄存器，其中周期寄存器、比较寄存器是带影子寄存器的。具体使用中，伺服驱动器需要间隔一段时间采集上位控制指令，同时采集伺服电机的传感器反馈的即时电流、即时速度、即时位置等状态信息，采用既定的控制算法，对伺服驱动器的电流环、速度环、位置环进行闭环调节控制，这个调节控制的间隔时间就是控制周期。电流环控制周期一般根据功率模块的开关频率和DSP主频等参数确定；而速度环、位置环的控制周期相同，一般是电流环控制周期的整数倍，即执行整数倍的电流环控制周期(执行的电流环控制周期个数也叫电流环执行次数值)后执行一次速度环、位置环控制周期。

现有多轴伺服驱动系统含有多个轴伺服驱动器，一般认为多轴伺服驱动系统共同接收上位控制器的指令就可以实现多轴伺服驱动器之间的同步，但实际执行时每个轴伺服驱动器却存在不同步。造成不同步的因素有：一、每个轴伺服驱动器上电并使能起始时间点是随机的，因此各轴伺服驱动器控制环的控制周期存在起始误差；二、每个轴伺服驱动器的时钟基础易受晶振精度、环境温度等影响，即使采用很高精度的时钟晶体，各轴伺服驱动器控制环的控制周期的实际长度并不完全一致，即各轴伺服驱动器控制环的控制周期长度的存在误差。经示波器观测(如图2所示)，各轴伺服驱动器控制环的控制周期因误差形成的相对滑动，控制周期起始点呈现从低到高再从高到低的重复过程；从图2中可以分析出，各轴伺服驱动器控制环的控制周期之间的最大误差达到半个控制周期。

上述多轴伺服驱动系统存在的误差将一定程度地影响到多轴伺服驱动系统进行加工时的精度。

经检索发现公开号CN101038491A的中国专利公开了一种《与高速串行通讯配合的自我同步的交流伺服系统》，该系统存在的问题是：1)该系统基于高速串行通讯，脱离集中控制方式，因此无法提升现有主流的集中多轴系统性能；2)由于将并行多路脉冲指令变成了高速串行数据，对上级主机操作系统提出很高的要求，必须使用实时操作系统，否则不能保证发送串行数据的实时性；同时对下层各轴伺服驱动器也提出了很高的要求，每个轴伺服驱动器需要增加高速、高性能和高成本的器件，并且最终的执行效果仍低于传统的集中控制方式；3)该系统的主轴伺服驱动器发送的同步信号必须是高速持续的，其它从轴伺服驱动器每时每刻都依靠同步信号来执行每一步，一步错步步错，增加了该系统的使用风险。综合成本、可靠性、运行效果等多方面来分析，目前CN101038491A的中国专利系统相比集中控制方式而言性价比较低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出一种能够有效减少各轴伺服驱动器控制环控制周期之间的误差，从而实现各轴伺服驱动器同步的多轴伺服驱动系统；同时给出一种该多轴伺服驱动系统的同步控制方法。