[发明专利]一种直流伺服电机位置控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，更具体地，涉及一种直流伺服电机位置控制系统。

背景技术

随着科学技术和工业生产的发展，对机械产品不时提出新要求，除了优质、高效、低能耗、低廉价格之外，突出的需求是实现性能优越的、适应高精度要求的机械功能，而高精度的机械系统离不开自动化的位置控制机构。

位置控制系统是自动控制系统中的一类，随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，它几乎应用到了社会生活中的各个领域，极大地促进了生产力的发展。整个控制系统功能的实现不仅包括控制算法的实现，而且包括执行机构的设计。执行机构的选用和设计，就是为了实现特定的机械功能，它是实现整个控制系统功能的最基本环节，对整个控制系统功能的实现起着至关重要的作用。执行机构设计的好坏，直接影响整个系统的性能、效率和成本。

伺服电机分为直流伺服电机和交流伺服电机两种，在位置控制系统中，由于直流伺服电机具有优良的调速性能，能在大范围内平滑调速、起动、制动和正反转，并且易于各种控制规律的实现。因而直流伺服电机位置控制系统应用较为广泛。

但是，现有的直流伺服电机位置控制系统主要集中于对电机本身的位置控制；但在实际应用当中，位置控制还应该包括对在直流伺服电机驱动下的执行机构的位置精确控制。另一方面，现有的位置控制系统往往只能实现线位移的位置检测和控制，不能实现角位移条件下的检测和控制，使现有位置控制系统的功能和应用存在较大的局限性。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种直流伺服电机的位置控制系统。该系统实现了对直流伺服电机执行机构的位置和转速的双闭环控制，构成了一个具有双重功能的闭环控制系统，能够实现精确的位置控制和限位功能，适用于多种实际应用。

本发明所述直流伺服电机的位置控制系统，其特征在于，包括控制装置、驱动装置、检测装置及执行装置；所述控制装置包括PC机，用于根据预定控制算法向驱动装置输出控制信号；所述驱动装置包括直流伺服电机驱动器，用于根据所述控制信号改变执行装置中的直流伺服电机的输入电压，从而控制直流伺服电机的转速；所述执行装置包括直流伺服电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母，直流伺服电机通过减速器及联轴器连接滚珠丝杠，滚珠丝杠与滚珠丝杠螺母相匹配，并且滚珠丝杠螺母与运动部件联接；其中直流伺服电机在所述直流伺服电机驱动器提供的所述输入电压下转动，使所述滚珠丝杠转动，从而带动滚珠丝杠螺母及运动部件移动；所述检测装置包括位移传感器及信号转换接口电路，所述位移传感器实时检测执行装置的滚珠丝杠螺母的位移量，并通过信号转换接口电路将所述位移量转换为数字信号输入所述PC机；其中，所述PC机根据所述位移量与预定位移量之差值按照所述预定控制算法输出所述控制信号，直至所述滚珠丝杠螺母达到预定位移量。

优选的是，所述检测装置还包括分别设置在运动部件行程的起点和终点位置上的第一限位开关和第二限位开关，当所述运动部件达到其行程起点和终点的极限位置时，所述第一限位开关和第二限位开关由常开状态转为闭合；所述直流伺服电机驱动器检测所述第一限位开关和第二限位开关的状态，并且在当第一限位开关和第二限位开关闭合后向直流伺服电机输出0V电压，从而使所述直流伺服电机停止转动。

优选的是，所述位置控制系统还包括转速闭环控制装置，所述转速闭环控制装置包括转速传感器，用于实时检测直流伺服电机的转速，并将转速值反馈至所述PC机；所述PC机通过所述直流伺服电机驱动器控制直流伺服电机的转速，直至其达到预定转速。

进一步优选的是，所述转速传感器采用磁电式转速传感器、霍尔式转速传感器或光电式转速传感器中的任意一种。

优选的是，所述执行装置还包括圆柱形附加导轨，用于约束所述滚珠丝杠螺母的旋转运动从而使其保持直线移动；并且圆柱形附加导轨上设置与其相配合并联接所述滚珠丝杠螺母的直线滚动轴承。

优选的是，所述滚珠丝杠的两端各以一个角接触球轴承双向固定支撑。

进一步优选的是，所述滚珠丝杠的两端分别固定在丝杠支撑架上，并且丝杠支撑架的外侧设置端盖，在所述丝杠支撑架和端盖之间设置弹性调整垫片，所述弹性调整垫片用于改变端盖与丝杠支撑架之间的距离来调整所述角接触球轴承的游隙。

优选的是，所述执行装置的联轴器包括齿盘和套筒两部分；所述齿盘与直流伺服电机的电机轴固定联接在一起，所述套筒联接齿盘与滚珠丝杠的丝杠轴，同时套筒可以在丝杠轴上轴向移动，以便在构成转速闭环控制时使滚珠丝杠与齿盘脱离。