1.1 傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)框架

傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)框架中,伺服驅(qū)動沒有獨立的信號處理和控制能力,系統(tǒng)控制核心需要接收伺服驅(qū)動部分反饋的反饋信號,進行處理后再根據(jù)要求向伺服驅(qū)動部分給出控制量,同時控制核心還需要處理系統(tǒng)中其他的設(shè)備信號,硬件結(jié)構(gòu)相對簡單,成本相對低,但控制核心的工作負(fù)擔(dān)非常重,無法保證系統(tǒng)工作的實時性和穩(wěn)定性。

1.2 本多（Bend）伺服系統(tǒng)框架

針對傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)框架中的缺陷,本多(Bend)伺服驅(qū)動器具有獨立的控制核心,以具備高速數(shù)字信號處理能力的DSP芯片為核心處理器,伺服驅(qū)動器能獨立完成底層驅(qū)動模塊的控制,利用DSP的信號處理能,在伺服驅(qū)動器上就能實現(xiàn)各種復(fù)雜的運動算法,獨立規(guī)劃運動控制軌跡,并且能針對不同的電機自適應(yīng)調(diào)節(jié)部分閉環(huán)控制參數(shù)。上層系統(tǒng)總控制器無需處理底層反饋數(shù)據(jù),只需通過通用通訊接口發(fā)送控制命令即可完成對伺服驅(qū)動器的控制,可極大地減輕系統(tǒng)總控制器的負(fù)擔(dān)。使用上也非常方便,通過隨驅(qū)動器帶的PC層軟件對驅(qū)動器進行參數(shù)配置之后便可接入系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)中使用。

2 ，驅(qū)動器電路需求分析及方案設(shè)計

根據(jù)模塊化、結(jié)構(gòu)化、開發(fā)式的設(shè)計思想,結(jié)合電磁兼容性、抗干擾方面的考慮,將硬件系統(tǒng)分為主控制電路與電源驅(qū)動電路兩大部分,尤其對于高壓驅(qū)動器則分別在兩個PCB板上布置,兩板之間通過板對板接插件對接。信號電路與電源及驅(qū)動電路*分離,可極大地降低驅(qū)動電路對信號電路的干擾。同時,可通過使用不同的驅(qū)動電路實現(xiàn)適于不同功率電機的適應(yīng)。

3  運動控制器硬件設(shè)計

根據(jù)前述的總體方案設(shè)計,結(jié)合EMC電磁兼容性、抗干擾方面的考慮,將高壓驅(qū)動器硬件系統(tǒng)分為主控制電路與電源驅(qū)動電路兩大部分,分別在兩個PCB板上布置,兩板之間通過板對板接插件對接。信號電路與電源及驅(qū)動電路*分離,可極大地降低驅(qū)動電路對信號電路的干擾。同時,可通過使用不同的驅(qū)動電路實現(xiàn)適于不同功率電機的適應(yīng)。

硬件系統(tǒng)整體劃分為信號板與電源/驅(qū)動板兩塊PCB板。

信號板為控制處理核心,接收處理來自上位機的CAN/RS232控制指令;接收處理電源/驅(qū)動板反饋電壓電流及溫度數(shù)據(jù);接收處理旋轉(zhuǎn)編碼器信號;通過PWM口和IO口給出對驅(qū)動電機的驅(qū)動信號;通過LED指示系統(tǒng)工作狀態(tài);通過CAN/RS232反饋狀態(tài)及數(shù)據(jù)給上位機控制系統(tǒng)。

電源/驅(qū)動板負(fù)責(zé)電源管理和電機驅(qū)動,隔離轉(zhuǎn)換驅(qū)動電源為信號板提供穩(wěn)定的供電,接收來自信號板的PWM口和IO口給出的驅(qū)動信號,放大并驅(qū)動電機工作,反饋驅(qū)動電源電壓、驅(qū)動電流、溫度及狀態(tài)給信號板。

4  運動控制器算法設(shè)計

4.1 PID控制算法

在工程實際中,應(yīng)用*為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能*掌握,或得不到**的數(shù)學(xué)模型時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應(yīng)用PID控制技術(shù)*為方便。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。

4.2 PID控制算法的數(shù)字實現(xiàn)

PID算法已經(jīng)內(nèi)嵌在本多伺服驅(qū)動器中，用戶只需要根據(jù)自己的需求在軟件中填入?yún)?shù)，輕松實現(xiàn)數(shù)字環(huán)，位置環(huán)和電流環(huán)的控制。

5  運動控制器軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)總體分三層結(jié)構(gòu):通訊層,控制/調(diào)節(jié)層,驅(qū)動/反饋層。

通訊層接收控制命令,更新控制參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),驅(qū)動反饋層反饋運動控制狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)并更新運動控制數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù),控制/調(diào)節(jié)層根據(jù)控制參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)和反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行控制和指示。

5.1 通訊層

主要包含CAN接口通訊和RS232異步串行通訊兩大通訊模塊。完成驅(qū)動器與上位機的通訊,包括接收上位機的控制命令,完成系統(tǒng)控制參數(shù)的更新,及部分命令的執(zhí)行,接收上位機的參數(shù)配置命令,完成系統(tǒng)屬性配置,接收上位的查詢命令,查詢相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)取得反饋數(shù)據(jù)反饋給上位機。

5.2 控制/調(diào)節(jié)層

主要包含系統(tǒng)定時模塊、狀態(tài)IO指示、故障處理、控制參數(shù)EEPROM存取、位置環(huán)PID、速度環(huán)PI、電流環(huán)PID這七大模塊。主要完成以下任務(wù):根據(jù)控制結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的設(shè)定和系統(tǒng)運動狀態(tài)的反饋完成運動控制的位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三環(huán)控制和模式切換;根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)執(zhí)行系統(tǒng)工作狀態(tài)指示和故障處理。

5.3 驅(qū)動/反饋層

主要包含旋轉(zhuǎn)編碼器正交編碼信號讀取模塊、電機控制20KHz PWM輸出模塊、電樞電流采樣模塊、溫度/電壓/失控監(jiān)測及反饋模塊。主要完成系統(tǒng)溫度、電壓、電流的監(jiān)控;處理QEI數(shù)據(jù)完成運動控制速度和位置的反饋,對電樞電流采樣完成電樞電流的反饋,產(chǎn)生20KHz電機控制PWM完成對電機的運動控制。

6 結(jié)語

實際運用中，需要根據(jù)實際系統(tǒng)的要求，將PC上位機的軟件，運動控制卡以及電機驅(qū)動系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)不同的工況需求對運動軌跡進行設(shè)定，以達到穩(wěn)定應(yīng)用的目的。