[发明专利]一种数模混合架构振镜电机系统及驱动控制方法

说明书

本发明公开了一种数模混合架构振镜电机系统及驱动控制方法，所述系统包括数字控制模块、模拟驱动模块、电源模块、采样检测模块、通信模块以及电机本体，所述驱动控制方法由上位机给出目标指令，通过通信电路传输至DSP处理器，同时，DSP处理器接收由采样检测模块采集的位置信息及电流信息，采用高性能控制算法解算后，将控制信号通过D/A转换电路传输至模拟驱动模块，并将放大后的电流信号输出至振镜电机的电枢绕组，实现对振镜电机系统的控制。采用以电流环为内环，位置环为外环的双闭环控制策略，获得更高的控制性能；在位置控制上达到更高的动态性能及控制精度；能够有效地提高系统的稳态性能、动态性能及鲁棒性，满足激光打标技术要求。

技术领域

本申请属于高精度振镜电机控制领域，具体涉及一种数模混合架构振镜电机系统及驱动控制方法。

背景技术

激光打标是目前标刻加工领域中的一项关键技术，由于该技术相对于传统的标刻方法有着材料消耗低、打标速度快、标刻内容易于调整、无污染等优点，因此激光打标逐渐取代了传统的打标方法并广泛应用于工业生产和生活中。激光打标机利用光的反射原理，通过控制平面镜的偏转角度来控制激光光路的方向，这里的平面镜被称为振镜。一般将振镜安装在电机上，通过电机的转动来改变振镜的偏转角度，从而控制激光的偏转方向，这类系统也常被称为振镜电机系统。

振镜电机系统作为一种优良的矢量扫描器件，是控制振镜偏转、实现激光打标技术的基础设备，其线性度、快速性、抗干扰能力等性能均会成为影响激光打标成像质量的关键因素。随着激光产业的不断发展，对高性能振镜电机系统的需求也不断提升，振镜电机系统也从曾经主要应用于激光打标、激光焊接等工业领域到现在能够应用到基于激光的生物医学应用中。由于每种应用对于响应速度、定位精度、尺寸和成本的设计要求均不同，因此随着振镜电机系统的发展，对于系统中的主要元件，均有数种不同的拓扑与技术，可以满足不同领域要求的性能指标。

目前，国外各大公司及研究机构对振镜电机系统的研究处于国际领先水平，最先进的振镜系统带宽能够达到数千赫兹，其单位阶跃响应时间能够达到100us，重复定位精度能够达到2urad。而国内的振镜电机系统发展时间较晚，目前大多数国内振镜公司所设计的系统所能达到的单位阶跃响应时间均大于300us，重复定位精度约为8urad，这些关键性能均与国外有一定差距。

因此，针对振镜电机系统设计数字式控制器和模拟式驱动器的拓扑架构，并研究高性能控制方法，能够弥补纯模拟式控制系统无法采用高性能控制算法以及纯数字式控制系统转矩波动较大的不足，能够提高其响应速度及定位精度等性能，对于国内振镜电机控制系统的发展有较大价值。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种数模混合架构振镜电机系统及驱动控制方法，动态响应快、定位精度高，提高系统的控制性能。

为了实现上述目的，提出一种数模混合架构振镜电机系统，所述系统包括数字控制模块、模拟驱动模块、电源模块、采样检测模块、通信模块以及电机本体，电机本体的输出端与采样检测模块的输入端连接，采样检测模块的输出端与数字控制模块的输入端连接，通信模块的输出端与数字控制模块的输入端连接，数字控制模块的输出端与模拟驱动模块的输入端连接，模拟驱动模块的输出端与电机本体输入端连接，电源模块分别与数字控制模块、模拟驱动模块电连接供电；

所述通信模块包括上位机及通信电路，上位机的输出端连接通信电路的输入端，通信电路的输出端连接数字控制模块的输入端；

所述采样检测模块包括电流采样电路及位置采样电路；所述电流采样电路的输入端连接电机本体，电流采样电路的输出端连接第一A/D转换电路的输入端，第一A/D转换电路的输出端连接数字控制模块的输入端；所述位置采样电路的输入端连接电机本体，位置采样电路的输出端连接第二A/D转换电路的输入端，第二A/D转换电路的输出端连接数字控制模块的输入端；

所述数字控制模块包括DSP处理器，所述数字控制模块通过D/A转换电路连接模拟驱动模块的输入端；