基于双DSP的3自由度平面电机伺服控制器制造技术

基于双ＤＳＰ的３自由度平面电机伺服控制器包括主控和从控单元，主控和从控单元包括各自的ＤＳＰ芯片、光耦驱动隔离模块、全桥功率驱动模块、电流传感器模块、位置传感器模块。主控单元的ＤＳＰ芯片给出ＰＷＭ信号，经光耦隔离后，控制全桥功率驱动模块输出六相平面电机驱动电流，通过激光位置传感器采集两路平面电机Ｘ轴位置；从控单元的ＤＳＰ芯片给出ＰＷＭ信号，经光耦隔离后，控制全桥功率驱动模块输出六相平面电机驱动电流，通过激光位置传感器采集一路平面电机Ｙ轴位置；主从ＤＳＰ通过ＣＡＮ总线实时交换同步控制信号，使用３自由度同步控制策略控制平面电机实现Ｘ轴、Ｙ轴、θ↓［Ｚ］自由度的快速准确定位。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

基于双DSP的3自由度平面电机伺服控制器一、
本技术是一种3自由度平面电机的伺服控制器。二、
技术介绍
随着先进制造业的快速发展，高精度定位平台技术得到了深入的研究和发展，在半导体产业、微立体光刻、纳米工作台、高精度绘图仪等领域具有广阔的应用前景。高精度定位平台除需实现水平X、 Y轴的大行程运动外，往往还需实现绕坐标轴的微小转动，例如绕Z轴的转动9z，本技术的控制对象3自由度平面电机就是一种能够进行X、 Y、 9z三自由度快速精确定位的工作平 台。平面电机的电磁执行器为4组3相直线电机，平面电机控制器需实现4组 直线电机执行器和3个运动自由度的同步控制，需采集12路电流信号、3路位 置信号，输出24路PWM信号，还需实现轨迹规划、数字滤波、位置伺服、电 流控制等算法，单DSP控制器结构不但无法满足AD采样和PWM输出所需通 道数目，且无法在规定的控制周期内完成所需的控制算法，所以提出了双DSP 的平面电机控制器结构和3自由度运动的双DSP同步控制策略；双DSP间的 信息交换通过CAN网络实现，和传统的RS232和RS485等通讯方式比较，CAN 通讯速度快，抗干扰能力强，便于实现网络联结，为平面电机进入复杂系统提 供了条件。三自由度平面电机控制需实现X轴大行程位移、Y轴大行程位移、绕Z轴 微小转动ez的非接触测量，国外的定位平台常采用激光干涉测距系统，分辨率 达纳米级别，价格约6万美金，对一般定位平台应用来说，价格过于昂贵，平 面电机控制器使用3组激光位置传感器和对应传感器方程实现3个运动自由度 位置的非接触测量，分辨率达到lpm，价格约0.3万美元；平面电机控制器需 对12路绕组电流进行精密控制，国外定位平台控制系统常采用功率运放电路实 现的电流PI (比例积分)控制电路，缺点是模拟电路参数难以确定，且易受环 境干扰，平面电机控制器中电流采样由霍尔电流传感器完成，功率放大由PWM 斩波实现，电流PI控制算法由DSP实现。 三、
技术实现思路
-本技术提供一种基于双DSP的3自由度平面电机伺服控制器，控制平 面电机进行X轴、Y轴、6z三个运动自由度的快速精确定位。为达上述目的， 本技术采用的技术方案是一种基于双DSP的3自由度平面电机伺服控制器，其特征在于包括主控单 元和从控单元。所述的主控单元包括主DSP、主缓冲驱动模块、十二路主光耦隔离驱动模块、六相主全桥功率驱动模块、用于采样主控单元输出的六相平面电机驱动电流的主霍尔电流传感器模块及用于采样第一路、第二路平面电机x轴位置的1号X轴激光位置传感器、2号X轴激光位置传感器，主DSP包括主 DSP片上ADC模块、主DSP片上PWM模块及主DSP片上CAN模块；主DSP 片上PWM模块的PWM信号输出端与主缓冲驱动模块的输入端连接，主缓冲 驱动模块的输出端与主光耦隔离驱动模块的输入端连接，主光耦隔离驱动模块 的输出端与主全桥功率驱动模块的输入端连接，主全桥功率驱动模块的六相输 出电流为主控单元输出的六相平面电机驱动电流，主霍尔电流传感器模块的六 路电流采样信号输出端分别与主DSP片上ADC模块的第一到第六输入端连接， 1号X轴激光位置传感器的位置采样信号输出端与主DSP片上ADC模块的第 七输入端连接，2号X轴激光位置传感器的位置采样信号输出端与主DSP片上 ADC模块的第八输入端连接。所述的从控单元包括从DSP、从缓冲驱动模块、 十二路从光耦隔离驱动模块、六相从全桥功率驱动模块、用于采样从控单元输 出的六相平面电机驱动电流的从霍尔电流传感器模块及用于采样第一路平面电 机Y轴位置的1号Y轴激光位置传感器，从DSP包括从DSP片上ADC模块、 从DSP片上PWM模块及从DSP片上CAN模块；从DSP片上PWM模块的 PWM信号输出端与从缓冲驱动模块的输入端连接，从缓冲驱动模块的输出端 与从光耦隔离驱动模块的输入端连接，从光耦隔离驱动模块的输出端与从全桥 功率驱动模块的输入端连接，从全桥功率驱动模块的六相输出电流为从控单元 输出的六相平面电机驱动电流，从霍尔电流传感器模块的六路电流采样信号输 出端分别与从DSP片上ADC模块的第一到第六输入端连接，1号Y轴激光位 置传感器的位置采样信号输出端与从DSP片上ADC模块的第七输入端连接。 主控单元的主DSP片上CAN模块通过CAN总线与从控单元的从DSP片上CAN 模块连接。所述的主DSP定时等待控制周期开始后，根据轨迹规划算法计算平面电机 动子平台质心X轴位置参考值Xp。平面电机动子平台质心Y轴位置参考值ypr、 平面电机动子平台绕Z轴旋转的角度位置参考值0Zpr，通过CAN总线发送同步标志F^给从DSP，并等待从DSP发送的同步确认标志Asyn;从DSP等待并收 到同步标志Fsyn后，通过CAN总线发送同步确认标志A，给主DSP，读取2 号、4号直线电机执行器的电流采样值，读取1号Y轴激光位置传感器的采样 值Sw，对采样值进行数字滤波、校正，接着等待主DSP发送的平面电机动子 平台质心Y轴位置参考值！^和平面电机动子平台质心Y轴位置当前值校正项Fpcah;主DSP等待并收到同步确认标志Asyn后，读取1号、3号直线电机执行 器的电流采样值，读取1号、2号X轴激光位置传感器的采样值Sx" Sx2，对 采样值进行数字滤波、校正，根据1号、2号X轴激光位置传感器的采样值SXI、 Sx2和传感器方程计算平面电机动子平台质心X轴位置当前值Xp、平面电机动 子平台绕Z轴旋转的角度位置当前值&p、平面电机动子平台质心Y轴位置当 前值校正项rpcaIi，再通过CAN总线发送平面电机动子平台质心Y轴位置参考值IV和平面电机动子平台质心Y轴位置当前值校正项7pcali给从DSP，接着等待从DSP发送的平面电机动子平台质心Y轴位置当前值从DSP等待并收 到平面电机动子平台质心Y轴位置参考值！^和平面电机动子平台质心Y轴位置当前值校正项I^ali后，根据l号Y轴激光位置传感器的采样值Sw、平面电 机动子平台质心Y轴位置当前值校正项l^a!i和传感器方程计算平面电机动子平台质心Y轴位置当前值Fp，再通过CAN总线发送7P给主DSP，并进行Y轴自 由度位置、速度控制，进行2号、4号直线电机执行器电流控制，接着等待下 一个控制周期的同步标志Fsyn;主DSP等待并收到平面电机动子平台质心Y轴 位置当前值&后，进行X轴和9z自由度位置、速度控制，并进行1号、3号直 线电机执行器电流控制，接着定时等待下一个控制周期的开始。 与现有技术相比，本技术具有如下优点本技术可控制平面电机进行水平X、 Y轴的平移运动和绕Z轴的微小 转动6z，行程为40函X40mmX士20mrad，误差为士5ixmX士5^imX士0.05mrad。对本技术采用的双DSP控制器结构及双DSP同步控制策略的优点分析 如下平面电机的电磁执行器为4组3相直线电机执行器，平面电机控制器需 实现4组直线电机执行器和3个运动自由度的同步控制，需采集12路电流信号、 3路位置信号，输出24路PWM信号，另外还需实现轨迹规划、数字滤波、位 置伺服、电流控制等算法，单DSP控制器结构不但无法满足AD采样和PWM 输出所需的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双ＤＳＰ的３自由度平面电机伺服控制器，其特征在于，包括：主控单元（１）和从控单元（２），　所述的主控单元（１）包括主ＤＳＰ（１１）、主缓冲驱动模块（１２）、十二路主光耦隔离驱动模块（１３）、六相主全桥功率驱动模块（１４）、用于 采样主控单元输出的六相平面电机驱动电流的主霍尔电流传感器模块（１５）及用于采样第一路、第二路平面电机Ｘ轴位置的１号Ｘ轴激光位置传感器（１６）、２号Ｘ轴激光位置传感器（１７），主ＤＳＰ（１１）包括主ＤＳＰ片上ＡＤＣ模块、主ＤＳＰ片上ＰＷＭ模块及主ＤＳＰ片上ＣＡＮ模块，主ＤＳＰ片上ＰＷＭ模块的ＰＷＭ信号输出端与主缓冲驱动模块（１２）的输入端连接，主缓冲驱动模块（１２）的输出端与主光耦隔离驱动模块（１３）的输入端连接，主光耦隔离驱动模块（１３）的输出端与主全桥功率驱动模块（１４）的输入端连接，主全桥功率驱动模块（１４）的六相输出电流为主控单元输出的六相平面电机驱动电流，主霍尔电流传感器模块（１５）的六路电流采样信号输出端分别与主ＤＳＰ片上ＡＤＣ模块的第一到第六输入端连接，１号Ｘ轴激光位置传感器（１６）的位置采样信号输出端与主ＤＳＰ片上ＡＤＣ模块的第七输入端连接，２号Ｘ轴激光位置传感器（１７）的位置采样信号输出端与主ＤＳＰ片上ＡＤＣ模块的第八输入端连接，　所述的从控单元（２）包括从ＤＳＰ（２１）、从缓冲驱动模块（２２）、十二路从光耦隔离驱动模块（２ ３）、六相从全桥功率驱动模块（２４）、用于采样从控单元输出的六相平面电机驱动电流的从霍尔电流传感器模块（２５）及用于采样第一路平面电机Ｙ轴位置的１号Ｙ轴激光位置传感器（２６），从ＤＳＰ（２１）包括从ＤＳＰ片上ＡＤＣ模块、从ＤＳＰ片上ＰＷＭ模块及从ＤＳＰ片上ＣＡＮ模块，从ＤＳＰ片上ＰＷＭ模块的ＰＷＭ信号输出端与从缓冲驱动模块（２２）的输入端连接，从缓冲驱动模块（２２）的输出端与从光耦隔离驱动模块（２３）的输入端连接，从光耦隔离驱动模块（２３）的输出端与从全桥功率驱动模块（２４）的输入端连接，从全桥功率驱动模块（２４）的六相输出电流为从控单元输出的六相平面电机驱动电流，从霍尔电流传感器模块（２５）的六路电流采样信号输出端分别与从ＤＳＰ片上ＡＤＣ模块的第一到第六输入端连接，１号Ｙ轴激光位置传感器（２６）的位置采样信号输出端与从ＤＳＰ片上ＡＤＣ模块的第七输入端连接，　主控单元（１）的主ＤＳＰ片上ＣＡＮ模块通过ＣＡＮ总线与从控单元（２）的从ＤＳ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄学良，周赣，周勤博，张前，彭晖，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]