一种网络化的多轴电机同步控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种网络化的多轴电机同步控制装置及方法，其装置包括脉冲采集模块、控制器模块、同步串行差分总线、多轴模块、伺服电机驱动模块和人机交互模块；通过包括脉冲采集模块采集主令电机输出的脉冲信号经过光电隔离处理后发送到控制器模块，控制器模块对接收到的脉冲信号进行周期性的采样计数，将脉冲数通过同步串行差分总线发送给多轴模块，多轴模块根据当前的数据帧以及从动电机的反馈脉冲信号生成PWM控制信号；本发明专利技术提供的网络化的多轴电机同步控制装置结构简单，实现了通过网络对多轴电机的高精度同步控制，以及现场数据的远程监控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机同步
，更具体地，涉及一种网络化的多轴电机同步控制装置及方法。
技术介绍
工业控制系统逐渐由连续控制系统过渡到离散的控制系统；离散控制系统能够进行精确快速的计算，而且通用性较连续控制系统好，使用简单，便于修改。现有的电机同步控制技术为了保证电机的同步性多采用本地控制，在现场进行控制系统的相关信息处理和显示，不能满足通过网络实现管理层远程对现场信息进行监视和控制的需求；并且在电机的同步控制中只考虑了主令电机与从动电机之间的高精度同步而未涉及从动电机组内部各从动电机之间的同步。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种网络化的多轴电机同步控制装置及方法，其目的在于实现网络化的多轴电机同步控制，由此解决无法远程同步监控的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种网络化的多轴电机同步控制装置，包括脉冲采集模块、控制器模块、多轴模块和伺服电机驱动模块；所述控制器模块与多轴模块之间通过同步串行差分总线连接；脉冲采集模块的输入端用于连接外部主令电机；控制器模块的第一端与脉冲采集模块的输出端相连，第二端用作该网络化的多轴电机同步控制装置与工业以太网相连的接口，第三端与同步串行差分总线相连；多轴模块的一端通过同步串行差分总线接口与同步串行差分总线相连，另一端通过I/O接口与伺服电机驱动模块相连；其中，脉冲采集模块用于采集主令电机运转过程中的主令电机转子角度信息，并对该角度信号进行数字滤波、光电隔离，生成角度编码信号；控制器模块用于根据系统状态配置对角度编码信号进行采样、运算，获多轴控制信号；其中，运算是指将当前控制周期采样获得的脉冲数减去前一控制周期采样获得的脉冲数，将的到的差值乘上比例因子后加上系统的修正量，获得多轴控制信号；多轴模块用于根据多轴控制信号生成方向信号和脉冲数信号；伺服驱动模块用于对方向信号和脉冲数信号进行转换，生成子方向信号和子脉冲数信号；通过该子方向信号和子脉冲数信号，驱动控制外部从动电机组，实现主令电机与从动电机组的同步，以及从动电机组内各从动电机间的同步；外部从动电机组在子方向信号和子脉冲数信号的作用下控制其各从动电机转子的运动；多轴模块根据各从动电机转子的角度信息获取从动电机的位置反馈信息并发送到控制器模块，在控制器模块编码形成以太网数据包；用户可根据该以太网数据包解析获取系统的状态和参数。优选的，上述网络化的多轴电机同步控制装置，还包括人机交互模块，人机交互模块与控制器模块通过标准工业以太网进行通信；外部远程PC机监视模块、外部PLC控制器均可通过标准工业以太网与该网络化的多轴电机同步控制装置进行通信；人机交互模块用于周期性的查询外部PLC控制器，获取系统的状态信息和参数信息并显示；用户通过人机交互模块监控系统状态和参数，并在输入的脉冲数和多轴模块的产生脉冲数不相等时调整主令电机的减速比参数和前馈参数，以提高系统对交流伺服电机组的同步控制精度。优选的，上述网络化的多轴电机同步控制装置，其控制器模块与多轴模块之间采用主从式通讯，每次通讯由控制器模块发起，由多轴模块响应结束；控制器模块与多轴模块间通信的数据帧包括8比特的地址位、8比特的命令位、16比特的数据位，16比特的帧校验位；其中，地址位用于指示多轴模块的地址，它定义了一个广播地址用于对所有的多轴模块进行广播；广播地址中所有的位为二进制的全1；当地址位不为全1时表示一个多轴模块的地址；命令位用于区分帧的类型，控制系统的数据帧包括两类：参数设置帧和控制命令帧；当命令位表示数据位为参数设置帧，则表示数据位内容为初始化多轴模块的参数，当命令位表示数据位为控制命令帧，则表示数据位内容为控制从动电机的控制信号；数据位填充的内容是与命令位相对应的控制数据，表示从动电机的控制信号或者拟设置参数的初始值；帧校验位是对整个数据帧的校验码，该校验码在控制器模块中生成，通过同步串行差分总线传输后在多轴模块中校验，以消除网络传输错误的干扰。优选的，上述网络化的多轴电机同步控制装置，其控制器模块与多轴模块之间的通信协议具体为：控制器模块发送参数设置帧到多轴模块，多轴模块根据所述参数设置帧进行参数设置并向控制器模块反馈响应参数设置帧，实现对多轴模块的参数初始化；所述参数设置帧的命令位填充的是参数的类型，数据位填充的是参数的值，地址位和数据帧校验位分别填入地址和帧校验值；所述响应参数设置帧中，命令位填充的是参数类型，数据位填充的是参数是否设置成功的标识，地址位和数据帧校验位分别填写地址和数据帧校验值；初始化之后，控制器模块发送控制命令帧到多轴模块；多轴模块根据所述控制命令帧控制伺服电机运转并向控制器模块反馈响应控制命令帧；所述控制命令帧的命令位填充的是系统状态，数据位填充的是控制量，地址位和校验位填充的是地址和校验值；所述响应控制命令帧中，命令位填充的是系统状态，数据帧中数据位填充的是标志位，所述标志位指示控制量设置是否成功。按照本专利技术的另一方面，基于上述网络化的多轴电机同步控制装置，提供了一种网络化的多轴电机同步控制方法，包括如下步骤：(1)采集主令电机的转子角度信息，并对该角度信息进行数字滤波、光电隔离处理，生成角度编码信号；(2)对上述角度编码信号进行周期性的计数，并在每个计数周期内进行差值修正运算获得多轴控制信号；(3)通过多轴模块根据多轴控制信号生成PWM信号控制伺服电机的运转，通过伺服电机驱动从动电机组。优选地，上述网络化的多轴电机同步控制方法，其差值修正运算是指将当前控制周期的脉冲数减去前一控制周期的脉冲数，将得到的差值乘上比例因子后加上修正值，获得多轴控制信号。优选地，上述网络化的多轴电机同步控制方法，根据从动电机组内各从动电机转子的角度信息获取各交流伺服电机的位置信息，将该位置信息与多轴控制信号相减获得修正值。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的网络化的多轴电机同步控制装置及方法，采用控制器模块加多轴模块的硬件架构，控制器模块根据主令电机角度信号以及当前的系统的状态，计算获取多轴控制信号；由多轴模块根据多轴控制信号生成相应的脉冲；控制器模块与多轴模块分离、两者之间通过同步串行差分总线通信实现了对主令电机与从动电机组、以及从动电机组内部电机之间的同步控制；(2)本专利技术提供的网络化的多轴电机同步控制装置及方法，通过对控制器模块与多轴模块间通信的信息进行编码获得以太网数据帧、设置通信协议，并通过工业以太网总线实现该同步控制装置与外部PLC控制器、远端PC机监控模块的通信；可对系统状态以及系统参数进行远程获取和设置，实现了网络化的同步控制；(3)本专利技术提供的网络化的多轴电机同步控制装置及方法，其控制器模块采用前馈算法获取修正值，根据该修正值对来自主令电机的脉冲数进行修正，生成多轴控制信号，实现了电机同步控制、系统状态信息监视和从动电机组内部电机间的高精度同步。附图说明图1是本专利技术实施例提供的网络化的多轴电机同步控制装置的总体结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的网络化的多轴电机同步控制装置的控制器模块的功能与接口结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的网络化的多轴电机同步控制装置的多轴模块的接口结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的网络化的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网络化的多轴电机同步控制装置，其特征在于，包括脉冲采集模块、控制器模块、多轴模块和伺服电机驱动模块；所述控制器模块与多轴模块之间通过同步串行差分总线相连；所述脉冲采集模块的输入端用于连接外部主令电机；控制器模块的第一端与脉冲采集模块的输出端相连，第二端用作所述多轴电机同步控制装置与工业以太网相连的接口，第三端与同步串行差分总线相连；多轴模块的一端通过同步串行差分总线接口与同步串行差分总线相连，另一端与伺服电机驱动模块相连；所述脉冲采集模块用于采集主令电机转子角度信息，并对所述角度信号进行数字滤波、光电隔离处理，生成角度编码信号；所述控制器模块用于根据系统状态配置对所述角度编码信号进行采样和差值修正运算获多轴控制信号；多轴模块用于根据多轴控制信号生成方向信号和脉冲数信号，并根据从动电机组各从动电机转子的角度信息获取从动电机的位置信息；所述伺服驱动模块用于对所述方向信号和脉冲数信号进行转换，生成子方向信号和子脉冲数信号；通过所述子方向信号和子脉冲数信号驱动控制外部从动电机组。

【技术特征摘要】
1.一种网络化的多轴电机同步控制装置，其特征在于，包括脉冲采集模块、控制器模块、多轴模块和伺服电机驱动模块；所述控制器模块与多轴模块之间通过同步串行差分总线相连；所述脉冲采集模块的输入端用于连接外部主令电机；控制器模块的第一端与脉冲采集模块的输出端相连，第二端用作所述多轴电机同步控制装置与工业以太网相连的接口，第三端与同步串行差分总线相连；多轴模块的一端通过同步串行差分总线接口与同步串行差分总线相连，另一端与伺服电机驱动模块相连；所述脉冲采集模块用于采集主令电机转子角度信息，并对所述角度信号进行数字滤波、光电隔离处理，生成角度编码信号；所述控制器模块用于根据系统状态配置对所述角度编码信号进行采样和差值修正运算获多轴控制信号；多轴模块用于根据多轴控制信号生成方向信号和脉冲数信号，并根据从动电机组各从动电机转子的角度信息获取从动电机的位置信息；所述伺服驱动模块用于对所述方向信号和脉冲数信号进行转换，生成子方向信号和子脉冲数信号；通过所述子方向信号和子脉冲数信号驱动控制外部从动电机组。2.如权利要求1所述的多轴电机同步控制装置，其特征在于，还包括人机交互模块；所述人机交互模块与控制器模块通过标准工业以太网进行通信；所述人机交互模块用于周期性的查询外部PLC控制器以获取系统的状态信息和参数信息并显示，并用作参数设置界面。3.如权利要求1或2所述的多轴电机同步控制装置，其特征在于，所述控制器模块与多轴模块之间采用主从式通讯，每次通讯由控制器模块发起，由多轴模块响应结束。4.如权利要求3所述的多轴电机同步控制装置，其特征在于，所述控制器模块与多轴模块之间通信的数据帧包括8比特的地址位、8比特的命令位、16比特的数据位，16比特的帧校验位；所述地址位用于指示多轴模块的地址；命令位用于区分帧的类型，包括参数设置帧和控制命令帧；数据位是与命令位相对应的控制信息；帧校验位是整个数据帧的校验码，所述校验码在控制器模块中生成，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖力，张端阳，孙志刚，王卓，岳东，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42