[发明专利]通用全数字直流电机伺服驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种通用全数字直流电机伺服驱动器，特别涉及一种适用于有刷直流电机和无刷直流电机控制的通用全数字直流电机伺服驱动器。

背景技术

随着现代伺服控制技术的发展，电机伺服控制系统对直流电机伺服驱动器的设计要求越来越高，在设计伺服驱动器时不仅要求高集成度、高控制精度、高可靠性、小体积，同时兼顾系统设计的数字化和经济成本。传统的全数字直流电机驱动器设计具有单一性，需要根据被控对象分别设计有刷直流电机驱动器和无刷直流电机驱动器，这就使得伺服驱动器的通用性降低，限制了伺服驱动器的应用场合。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够同时满足有刷直流电机和无刷直流电机应用场合控制需要的通用全数字直流电机伺服驱动器。

为了解决上述技术问题，本发明的通用全数字直流电机伺服驱动器包括控制器模块和功率驱动模块；所述控制器模块包括微型控制器单元、可编程逻辑处理单元、人机接口单元和第一反馈信号接收单元；第一反馈信号接收单元包括差分信号转换电路和霍尔信号接口电路；功率驱动模块包括磁耦隔离放大单元和智能IPM功率驱动单元；可编程逻辑处理单元通过差分信号转换电路与有刷直流电机或无刷直流电机的编码器信号接口连接，通过霍尔信号接口电路与无刷直流电机的霍尔传感器连接；差分信号转换电路将电机编码器的A+、A-、B+、B-、Z+、Z-6路差分信号转换为A、B、Z三路脉冲信号；可编程逻辑处理单元接收A、B、Z三路脉冲信号并进行计数，通过霍尔信号接口电路捕捉来自无刷直流电机霍尔传感器接口的信号并进行换向处理；微型控制器单元通过人机接口单元接收来自上位机的控制指令，并根据控制指令和来自可编程逻辑处理单元的编码器计数值计算数字控制量，可编程逻辑处理单元读取微型控制器单元的数字控制量并比较产生PWM控制信号；智能IPM功率驱动单元具有U、V、W三个接线端子；可编程逻辑处理单元产生的PWM控制信号经过磁耦隔离放大单元输出，驱动智能IPM功率驱动单元上、下桥臂的开关信号，从而调节加在电机两端的电压大小，实现直流电机的闭环控制。

本发明中可编程逻辑处理单元可通过霍尔信号接口电路与无刷直流电机的霍尔传感器连接，进行换向处理；智能IPM功率驱动单元具有U、V、W三个接线端子，可以通过U、V两个接线端子与有刷直流电机连接，也可以通过U、V、W三个接线端子与无刷直流电机连接，因而能够适用于有刷直流电机和无刷直流电机的控制场合，实现了伺服控制的全数字化，具有集成度高、通用性强、控制灵活的特点。

所述人机接口单元包括串口扩展芯片、RS232接口电路和RS422接口电路；微型控制器单元与串口扩展芯片连接，串口扩展芯片通过RS232接口电路、RS422接口电路与上位机连接，为微型控制器单元与上位机的全双工通信提供通道。

所述控制器模块还包括液晶显示屏；液晶显示屏与微型控制器单元连接，用于实时显示伺服控制系统当前的角位置、角速度以及系统运行状态等控制信息；

所述控制器模块还包括编码器接口，微型控制器单元通过编码器接口与电机编码器计数电路连接，微型控制器单元根据接收的来自编码器计数电路的码值反馈信号和来自上位机的控制指令计算数字控制量。因此本发明不仅适用于带有编码器计数电路的电机控制，也适用于自身不带有编码器计数电路的电机控制。

所述控制器模块还包括电流传感器单元和电流检测单元；电流传感器单元由两个电流转电压检测传感器LEM组成，两个电流转电压检测传感器LEM检测智能IPM功率驱动单元输出的两相电流信号并转换为电压信号，电流检测单元将两个电流转电压检测传感器LEM输出的电压信号转换为微型控制器单元AD模块可以采集的0~5V电压；微型控制器单元利用电流检测单元检测到的电流采样值、读取的编码器计数值和来自上位机的控制指令执行控制器算法并输出数字控制量到可编程逻辑处理单元。

所述控制器模块还包括故障检测电路；智能IPM功率驱动单元通过故障检测电路将检测故障信号反馈到可编程逻辑处理单元，由可编程逻辑处理单元进行故障处理。

微型控制器单元通过数据总线、地址总线和控制总线读取可编程逻辑处理单元的编码器计数值，利用电流检测单元检测到的电流采样值、读取的编码器计数值和来自上位机的控制指令执行控制器算法并通过上述总线输出数字控制量到可编程逻辑处理单元，可编程逻辑处理单元根据读取的数字控制量比较产生PWM控制信号。