CN113114086A - 一种高度集成的伺服控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高度集成的伺服控制器，包括伺服控制器，伺服控制器由控制器含固件和外设硬件组成，控制器含固件由上位信号处理模块、外部传感信号处理模块、编码器信号处理模块、电机驱动控制模块、模拟传感信号处理模块、故障保护处理模块、电机控制模块、运动控制模块、外设硬件由硬件保护模块、电源模块、模拟传感模块、电机驱动模块、上位信号驱动模块、外部传感信号驱动模块。该高度集成的伺服控制器具备可以支持市场几乎全部的电机类型、可以支持市场几乎全部的编码器类型，可以支持市场几乎全部的上位命令，支持多种外部信号种类等优点，解决了伺服控制器的不通用，伺服控制器的产品种类繁多，不利于大规模生产和市场覆盖的问题。
Description
技术领域
本发明涉及伺服控制器技术领域，具体为一种高度集成的伺服控制器。
背景技术
现有方案的伺服控制器，集成度不高，大都是一个伺服控制器控制一种电机类型，适应的编码器类型也比较有限，对于上位命令支持的类型也比较单一，支持的外部信号种类也不够通用，导致为了适应不同的电机类型、编码器、上位命令和外部信号，伺服控制器产品版本比较多，伺服控制器产品版本比较多，不利于产品的大规模生产，不利于产品的降本和质量控制，也不利于客户的现场应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高度集成的伺服控制器，具备可以支持市场几乎全部的电机类型、可以支持市场几乎全部的编码器类型，可以支持市场几乎全部的上位命令，支持多种外部信号种类等优点，解决了伺服控制器的不通用，伺服控制器的产品种类繁多，不利于大规模生产和市场覆盖的问题。
为实现上述可以支持市场几乎全部的电机类型、可以支持市场几乎全部的编码器类型，可以支持市场几乎全部的上位命令，支持多种外部信号种类的目的，本发明提供如下技术方案：一种高度集成的伺服控制器，包括伺服控制器，所述伺服控制器由控制器和外设硬件组成，所述控制器由上位信号处理模块、外部传感信号处理模块、编码器信号处理模块、电机驱动控制模块、模拟传感信号处理模块、故障保护处理模块、电机控制模块、运动控制模块、外设硬件由硬件保护模块、电源模块、模拟传感模块、电机驱动模块、上位信号驱动模块、外部传感信号驱动模块、编码器信号驱动模块、电源连接器、电机连接器、编码器连接器、上位主控连接器、I0信号连接器、AI信号连接器组成。
优选的，所述上位主控连接器通过导线与上位信号驱动模块电气连接。
优选的，所述编码器连接器通过导线与编码器信号驱动模块电气连接。
优选的，所述I0信号连接器与外部传感信号驱动模块电气连接。
优选的，所述AI信号连接器与外部传感信号驱动模块电气连接。
优选的，所述电源模块通过导线与电源连接器电气连接。
优选的，所述电机驱动模块通过导线与电机连接器电气连接。
优选的，所述模拟传感模块检测模拟信号输出给控制模块。
优选的，所述硬件保护模块根据模拟传感模块的信号进行硬件保护动作。
优选的，所述运动控制模块根据外部传感信号、上位信号、编码器信号进行运动轨迹的规划，进行逻辑时序的控制。
优选的，所述电机驱动控制模块根据运动控制模块的输入、编码器信号和模拟传感信号、以及电机的类型进行电机的控制。
优选的，所述故障保护处理模块包括短路保护、过载保护、过压保护、过温保护、超速保护。
与现有技术相比，本发明提供了一种高度集成的伺服控制器，具备以下有益效果：
1、该高度集成的伺服控制器，通过电机驱动控制模块根据运动控制模块的输入、编码器信号和模拟传感信号、以及电机的类型进行电机的控制，述电机驱动控制模块控制的电机类型包括伺服电机、直线电机、音圈电机、力矩电机、空心杯电机、有刷直流电机、无刷直流电机、无框电机、减速电机，从而使得设备可以支持市场几乎全部的电机类型，解决了伺服控制器的不通用的问题。
2、该高度集成的伺服控制器，通过编码器连接器通过导线与编码器信号驱动模块信号连接，实现编码器的连接和驱动，编码器包括增量式、绝对值、数字霍尔、模拟霍尔、旋转变压器，所述增量式编码器、绝对值编码器、数字霍尔编码器、模拟霍尔编码器、旋转变压器编码器之间互相独立，可同时存在于一个产品上，也可以任意组合形式应用于不同产品上，使得设备可以支持市场几乎全部的编码器类型。
3、该高度集成的伺服控制器，通过上位主控连接器通过导线与上位信号驱动模块1信号连接，实现上位命令和通信的连接和驱动，上位命令包括EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量，EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量之间互相独立，可同时存在于一个产品上，也可以任意组合形式应用于不同产品上，从而使得该设备可以支持市场几乎全部产品的上位命令。
4、该高度集成的伺服控制器，通过I0信号连接器与外部传感信号驱动模块信号连接，实现数字量信号的连接和驱动，IO信号形式包括+5V到+24V TTL、Open D，AI信号连接器与外部传感信号驱动模块信号连接，实现模拟量信号的连接和驱动，AI信号连接器形式包括+1V到+12V模拟量信号，从而使得设备支持多种外部信号种类，利于大规模生产和市场覆盖。
附图说明
图1为本发明关系流程示意图。
图中：1、上位信号处理模块；2、外部传感信号处理模块；3、编码器信号处理模块；4、电机驱动控制模块；5、模拟传感信号处理模块；6、故障保护处理模块；7、电机控制模块；8、运动控制模块；9、硬件保护模块；10、电源模块；11、模拟传感模块；12、电机驱动模块；13、上位信号驱动模块；14、外部传感信号驱动模块；15、编码器信号驱动模块；16、电源；17、电机；18、编码器；19、上位主控连接器；20、I0信号连接器；21、AI信号连接器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种高度集成的伺服控制器，包括伺服控制器，伺服控制器由控制器含固件和外设硬件组成，控制器含固件由上位信号处理模块1、外部传感信号处理模块2、编码器信号处理模块3、电机驱动控制模块4、模拟传感信号处理模块5、故障保护处理模块6、电机控制模块7、运动控制模块8、外设硬件由硬件保护模块9、电源模块10、模拟传感模块11、电机驱动模块12、上位信号驱动模块13、外部传感信号驱动模块14、编码器信号驱动模块15、电源连接器16、电机连接器17、编码器连接器18、上位主控连接器19、I0信号连接器20、AI信号连接器21组成。通过述电机驱动控制模块4根据运动控制模块8的输入、编码器信号和模拟传感信号、以及电机的类型进行电机的控制，述电机驱动控制模块4控制的电机类型包括伺服电机、直线电机、音圈电机、力矩电机、空心杯电机、有刷直流电机、无刷直流电机、无框电机、减速电机，从而使得设备可以支持市场几乎全部的电机类型，解决了伺服控制器的不通用的问题；通过编码器连接器18通过导线与编码器信号驱动模块15信号连接，实现编码器的连接和驱动，编码器包括增量式、绝对值、数字霍尔、模拟霍尔、旋转变压器，使得设备可以支持市场几乎全部的编码器类型；通过上位主控连接器19通过导线与上位信号驱动模块1信号连接，实现上位命令和通信的连接和驱动，上位命令包括EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量，使得设备可以支持市场几乎全部的上位命令；通过I0信号连接器20与外部传感信号驱动模块14信号连接，实现数字量信号的连接和驱动，IO信号形式包括+5V到+24V TTL、Open D，AI信号连接器21与外部传感信号驱动模块14信号连接，实现模拟量信号的连接和驱动，AI信号连接器形式包括+1V到+12V模拟量信号，从而使得设备支持多种外部信号种类，利于大规模生产和市场覆盖。
上位主控连接器19通过导线与上位信号驱动模块1信号连接，实现上位命令和通信的连接和驱动，上位命令包括EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量；编码器连接器18通过导线与编码器信号驱动模块15信号连接，实现编码器的连接和驱动，编码器包括增量式、绝对值、数字霍尔、模拟霍尔、旋转变压器，使得设备可以支持市场几乎全部的编码器类型；I0信号连接器20与外部传感信号驱动模块14信号连接，实现数字量信号的连接和驱动，IO信号形式包括+5V到+24V TTL、Open D，AI信号连接器21与外部传感信号驱动模块14信号连接，实现模拟量信号的连接和驱动，AI信号连接器形式包括+1V到+12V模拟量信号，从而使得设备支持多种外部信号种类，利于大规模生产和市场覆盖；电源模块10与电源连接器16电性连接，实现电源的转换，提供系统控制和驱动的供电，电源实现形式包括三相全桥逆变、半桥逆变、buck、boost、反激等电力电子拓扑；电机驱动模块12通过导线与电机连接器17电性连接,根据电机控制命令，驱动功率模块实现能量转化，驱动模块实现形式包括不限于非隔离电路、隔离电路等，其中功率器件包括MOSFET、IGBT、Sic、GaN、IPM；模拟传感模块11检测模拟信号输出给控制模块，检测的信号包括相电流、母线电流、温度、电压等，检测的方式包括霍尔传感、电阻传感；硬件保护模块9根据模拟传感模块11的信号进行硬件保护动作，保护内容包括短路保护、过载保护、过压保护、过温保护；运动控制模块8根据外部传感信号、上位信号、编码器信号进行运动轨迹的规划，进行逻辑时序的控制，控制的模式包括PLC、位置轮廓、速度轮廓、扭矩轮廓、周期位置同步、周期速度同步、周期扭矩同步和寻零；电机驱动控制模块4根据运动控制模块8的输入、编码器信号和模拟传感信号、以及电机的类型进行电机的控制，述电机驱动控制模块4控制的电机类型包括伺服电机、直线电机、音圈电机、力矩电机、空心杯电机、有刷直流电机、无刷直流电机、无框电机、减速电机，从而使得设备可以支持市场几乎全部的电机类型，解决了伺服控制器的不通用的问题；述故障保护处理模块6包括短路保护、过载保护、过压保护、过温保护、超速保护，从而使得设备更加安全。
本发明的工作原理及使用流程：通过述电机驱动控制模块4根据运动控制模块8的输入、编码器信号和模拟传感信号、以及电机的类型进行电机的控制，述电机驱动控制模块4控制的电机类型包括伺服电机、直线电机、音圈电机、力矩电机、空心杯电机、有刷直流电机、无刷直流电机、无框电机、减速电机，从而使得设备可以支持市场几乎全部的电机类型，解决了伺服控制器的不通用的问题；通过编码器连接器18通过导线与编码器信号驱动模块15信号连接，实现编码器的连接和驱动，编码器包括增量式、绝对值、数字霍尔、模拟霍尔、旋转变压器，使得设备可以支持市场几乎全部的编码器类型；通过上位主控连接器19通过导线与上位信号驱动模块1信号连接，实现上位命令和通信的连接和驱动，上位命令包括EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量，使得设备可以支持市场几乎全部的上位命令；通过I0信号连接器20与外部传感信号驱动模块14信号连接，实现数字量信号的连接和驱动，IO信号形式包括+5V到+24V TTL、Open D，AI信号连接器21与外部传感信号驱动模块14信号连接，实现模拟量信号的连接和驱动，AI信号连接器形式包括+1V到+12V模拟量信号，从而使得设备支持多种外部信号种类，利于大规模生产和市场覆盖。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (12)
1.一种高度集成的伺服控制器，包括伺服控制器，其特征在于：所述伺服控制器由控制器和外设硬件组成，所述控制器由上位信号处理模块(1)、外部传感信号处理模块(2)、编码器信号处理模块(3)、电机驱动控制模块(4)、模拟传感信号处理模块(5)、故障保护处理模块(6)、电机控制模块(7)、运动控制模块(8)、外设硬件由硬件保护模块(9)、电源模块(10)、模拟传感模块(11)、电机驱动模块(12)、上位信号驱动模块(13)、外部传感信号驱动模块(14)、编码器信号驱动模块(15)、电源连接器(16)、电机连接器(17)、编码器连接器(18)、上位主控连接器(19)、I0信号连接器(20)、AI信号连接器(21)组成。
2.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述上位主控连接器(19)通过导线与上位信号驱动模块(1)电气连接，用于实现上位命令和通信的连接和驱动，所述上位命令包括EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量，所述EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量之间互相独立，可同时存在于一个产品上，也可以任意组合形式应用于不同产品上。
3.根据权利要求2所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述编码器连接器(18)通过导线与编码器信号驱动模块(15)电气连接，实现编码器的连接和驱动，所述编码器包括增量式编码器、绝对值编码器、数字霍尔编码器、模拟霍尔编码器、旋转变压器编码器，所述增量式编码器、绝对值编码器、数字霍尔编码器、模拟霍尔编码器、旋转变压器编码器之间互相独立，可同时存在于一个产品上，也可以任意组合形式应用于不同产品上。
4.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述I0信号连接器(20)通过导线与外部传感信号驱动模块(14)电气连接，实现数字量信号的连接和驱动，所述IO信号形式包括+5V到+24V TTL、Open D，所述+5V到+24V TTL、Open D之间互相独立，可同时存在于一个产品上，也可以任意组合形式应用于不同产品上。
5.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述AI信号连接器(21)通过导线与外部传感信号驱动模块(14)电气连接，实现模拟量信号的连接和驱动，所述AI信号形式包括+1V到+12V模拟量信号。
6.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述电源模块(10)通过导线与电源连接器(16)电气连接。
7.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述电机驱动模块(12)通过导线与电机连接器(17)电气连接,根据电机控制命令，驱动功率模块实现能量转化，驱动模块实现形式包括不限于非隔离电路、隔离电路等，其中功率器件包括MOSFET、IGBT、Sic、GaN、IPM，所述驱动模块实现形式和功率器件之间互相独立，可以任意组合形式应用于不同产品上,且同一产品实际应用中仅采用其中一种组合形式。
8.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述模拟传感模块(11)检测模拟信号输出给控制模块，检测的信号包括相电流、母线电流、温度、电压等，检测的方式包括霍尔传感、电阻传感，所述霍尔传感、电阻传感两种检测方式之间互相独立，可单独应用于一个产品上，且同一产品实际应用中仅采用其中一种检测方式。
9.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述硬件保护模块(9)根据模拟传感模块(11)的信号进行硬件保护动作，保护内容包括短路保护、过载保护、过压保护、过温保护。
10.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述运动控制模块(8)根据外部传感信号、上位信号、编码器信号进行运动轨迹的规划，进行逻辑时序的控制，控制的模式包括PLC、位置轮廓、速度轮廓、扭矩轮廓、周期位置同步、周期速度同步、周期扭矩同步和寻零。
11.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：述电机驱动控制模块(4)根据运动控制模块(8)的输入、编码器信号和模拟传感信号、以及电机的类型进行电机的控制，所述电机驱动控制模块(4)控制的电机类型包括伺服电机、直线电机、音圈电机、力矩电机、空心杯电机、有刷直流电机、无刷直流电机、无框电机、减速电机。
12.根据权利要求1所述的一种高度集成的伺服控制器，其特征在于：所述故障保护处理模块(6)包括短路保护、过载保护、过压保护、过温保护、超速保护。
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