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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(dòng)沒有獨(dú)立的信號(hào)處理和控制能力,系統(tǒng)控制核心需要接收伺服驅(qū)動(dòng)部分反饋的反饋信號(hào),進(jìn)行處理后再根據(jù)要求向伺服驅(qū)動(dòng)部分給出控制量,同時(shí)控制核心還需要處理系統(tǒng)中其他的設(shè)備信號(hào),硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,成本相對(duì)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(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

1.2 本多（Bend）伺服系統(tǒng)框架

針對(duì)傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)框架中的缺陷,本多(Bend)伺服驅(qū)動(dòng)器具有獨(dú)立的控制核心,以具備高速數(shù)字信號(hào)處理能力的DSP芯片為核心處理器,伺服驅(qū)動(dòng)器能獨(dú)立完成底層驅(qū)動(dòng)模塊的控制,利用DSP的信號(hào)處理能,在伺服驅(qū)動(dòng)器上就能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)算法,獨(dú)立規(guī)劃運(yùn)動(dòng)控制軌跡,并且能針對(duì)不同的電機(jī)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(duì)伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)器帶的PC層軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)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(dòng)器電路需求分析及方案設(shè)計(jì)

根據(jù)模塊化、結(jié)構(gòu)化、開發(fā)式的設(shè)計(jì)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(dòng)電路兩大部分,尤其對(duì)于高壓驅(qū)動(dòng)器則分別在兩個(gè)PCB板上布置,兩板之間通過板對(duì)板接插件對(duì)接。信號(hào)電路與電源及驅(qū)動(dòng)電路*分離,可極大地降低驅(qū)動(dòng)電路對(duì)信號(hào)電路的干擾。同時(shí),可通過使用不同的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)適于不同功率電機(jī)的適應(yīng)。

3  運(yùn)動(dòng)控制器硬件設(shè)計(jì)

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

硬件系統(tǒng)整體劃分為信號(hào)板與電源/驅(qū)動(dòng)板兩塊PCB板。

信號(hào)板為控制處理核心,接收處理來自上位機(jī)的CAN/RS232控制指令;接收處理電源/驅(qū)動(dòng)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(hào);通過PWM口和IO口給出對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào);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(jī)控制系統(tǒng)。

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

4  運(yùn)動(dòng)控制器算法設(shè)計(jì)

4.1 PID控制算法

在工程實(shí)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(jiǎn)稱PID控制,它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)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(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定,這時(shí)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(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。

4.2 PID控制算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)

PID算法已經(jīng)內(nèi)嵌在本多伺服驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)字環(huán)，位置環(huán)和電流環(huán)的控制。

5  運(yùn)動(dòng)控制器軟件設(shè)計(jì)

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(dòng)/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(dòng)反饋層反饋運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)并更新運(yùn)動(dòng)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(jìn)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(dòng)器與上位機(jī)的通訊,包括接收上位機(jī)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(jī)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(jī)。

5.2 控制/調(diào)節(jié)層

主要包含系統(tǒng)定時(shí)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的反饋完成運(yùn)動(dòng)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(dòng)/反饋層

主要包含旋轉(zhuǎn)編碼器正交編碼信號(hào)讀取模塊、電機(jī)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(cè)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(yùn)動(dòng)控制速度和位置的反饋,對(duì)電樞電流采樣完成電樞電流的反饋,產(chǎn)生20KHz電機(jī)控制PWM完成對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。

6 結(jié)語

實(shí)際運(yùn)用中，需要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的要求，將PC上位機(jī)的軟件，運(yùn)動(dòng)控制卡以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)不同的工況需求對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行設(shè)定，以達(dá)到穩(wěn)定應(yīng)用的目的。