專利名稱：線性磁軸電機專用驅動器的制作方法
技術領域：
本發明關于一種線性磁軸電機專用驅動器,特別是關于一種基于Motionnet的線性磁軸電機專用驅動器。
背景技術：
直線電機能直接將電能轉換成直線運動，在快速響應能力和精度等方面都具有普通伺服驅動機構難以匹敵的優勢，采用直線電機直接驅動進給系統已成為高速精密機床新的技術發展方向之一。線性磁軸電機是由一個磁軸和一個電流控制的圓柱繞組線圈滑塊組成的直驅式線性無刷伺服電機，具有緊湊輕便、零齒槽效應、大氣隙、封閉磁體、高精度、高重復定位性、速度均一、功率要求小、零電機維護等優點，將是下一代線性無刷電機，具有很高的應用推廣價值。在整個直線電機系統中，電機是執行部分，直線電機運動時的要實現精確定位、速度調節等控制都離不開電機伺服驅動系統，也即直線電機驅動器。然而，目前很多驅動器只適用于控制一套直線電機設備，如果同時控制多套直線電機設備則可能面臨因為軸控模塊和伺服相隔較遠，脈沖信號不穩定的問題，以及因為從站之間往往是并聯，必須耗較多的線牽進電氣柜，從而控制系統布線麻煩等問題，這樣不利于工業現場的線性磁軸電機系統的高效益、低成本控制。
發明內容
為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在于提供一種線性磁軸電機專用驅動器，其通過在驅動器中應用Motionnet網絡技術，達到同時實現最多64套線性磁軸電機系統控制的目的，具有通信速率高，信號穩定，便于大型工業現場控制的優點。為達上述及其它目的，本發明提出了一種線性磁軸電機專用驅動器，至少包括:網絡模塊，與DSP控制模塊`連接，用于多套線性磁軸電機與該DSP控制模塊之間的通信；DSP控制模塊，用于處理從該網絡模塊傳來的數據，產生控制線性磁軸電機所需的相對應的PWM波，并使PWM輸出波形的占空比隨著程序控制不斷改變，從而改變輸出PWM波形的占空比，驅動功率驅動模塊精確控制該線性磁軸電機的運動；功率驅動模塊，與該DSP控制模塊及該線性磁軸電機連接，用于產生控制該線性磁軸電機所需的驅動電壓；以及反饋檢測模塊，與該DSP控制模塊及該線性磁軸電機連接，用于檢測該線性磁軸電機的狀態信息并將檢測結果反饋給DSP控制模塊。進一步地,該網絡模塊為利用Motionnet網絡的Motionnet網絡模塊。進一步地，該Motionnet網絡模塊包括Motionnet上位機端和多個Motionnet驅動器端，上位機與驅動器端以及驅動器端與驅動器端之間都用網線連接，負責現場和控制端信息交換。進一步地，當上位計算機發出控制信息時，該Motionnet上位機端接受該控制信息并發送至該Motionnet驅動器端，根據上位機的控制命令，可以同時控制多套線性磁軸電機設備。
進一步地，當Motionnet網絡的通信速度達到20Mpbs時，最多可控制32個從站，當為IOMbps以下時,最多可控制64個從站。
進一步地，該DSP控制模塊采用TI公司的DSP芯片TMS320F28335為控制芯片，負責接收并處理來自該Motionnet驅動器端的控制信號，并轉化為該功率驅動模塊可執行的控制信號，該控制芯片從該Motionnet網絡模塊中讀取數據，產生控制電機所需的相對應的P麗波，并使PWM輸出波形的占空比隨著程序控制不斷改變，從而改變輸出PWM波形的占空比，驅動功率驅動模塊精確控制線性磁軸電機的運動。
進一步地，該功率驅動模塊包括保護電路、隔離整流模塊、三相逆變電路以及光耦隔離電路，單相220V電壓通過該保護電路、該隔離整流模塊后進入該三相逆變電路，該DSP控制模塊產生的PWM信號通過該光耦隔離電路驅動該三相逆變電路產生相應的控制電壓，驅動線性磁軸電機運轉。
進一步地，該功率驅動模塊還包括一降壓模塊，該降壓模塊采用反激式開關電源，輸出獨立四組+15V電壓供該三相逆變電路使用，+24V電壓供繼電器使用，+3.3V電壓供DSP控制模塊使用，±15V電壓供霍爾傳感器以及運放電路使用。
進一步地，該反饋檢測模塊通過霍爾電壓傳感器，霍爾電流傳感器，采集線性磁軸電機其中一相的電壓、電流信息，并通過光柵尺反饋給DSP當前電機所在位置，當前電機速度，當前電機加速度的信息。
進一步地，該霍爾電壓傳感器、該霍爾電流傳感器采集到的模擬量經光柵尺后還需經過采樣并Α/D轉換，以數字信息的形式反饋給該DSP控制模塊。
與現有技術相比，本發明一種線性磁軸電機專用驅動器通過應用Motionnet網絡技術，達到同時實現最多64套線性磁軸電機系統控制的目的，由于主從站、從站與從站之間都用網線相連，實用性較強，省去了多套電機系統控制專門做線的麻煩，且通信速率高，信號穩定，便于大型工業現場控制。
圖1為本發明一種線性磁軸電機專用驅動器的系統架構圖2為本發明一種線 性磁軸電機專用驅動器之較佳實施例的系統架構圖3為本發明較佳實施例中Motionnet網絡模塊的通信原理框圖4為本發明較佳實施例中DSP控制模塊的控制原理框圖5為本發明較佳實施例中功率驅動模塊的功率驅動原理框圖6為本發明較佳實施例中功率驅動模塊的降壓模塊的降壓原理框圖7為本發明較佳實施例中反饋檢測模塊的檢測原理框圖。
具體實施方式
以下通過特定的具體實例并結合
本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基于不同觀點與應用，在不背離本發明的精神下進行各種修飾與變更。圖1為本發明一種線性磁軸電機專用驅動器的系統架構圖。如圖1所示，本發明一種線性磁軸電機專用驅動器的系統架構圖，至少包括:網絡模塊10、DSP控制模塊11、功率驅動模塊12以及反饋檢測模塊13。其中網絡模塊10與DSP控制模塊11連接，用于多套線性磁軸電機與DSP控制模塊11之間的通信，在本發明較佳實施例中，網絡模塊10為Motionnet網絡模塊；DSP控制模塊11是核心控制系統，用于處理從網絡模塊10傳來的數據，產生控制電機所需的相對應的PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制)波，并使PWM輸出波形的占空比隨著程序控制不斷改變，從而改變輸出PWM波形的占空比，驅動功率驅動模塊12精確控制線性磁軸電機的運動；功率驅動模塊12，與DSP控制模塊11及線性磁軸電機連接，用于產生電機控制所需的驅動電壓；反饋檢測模塊13，與DSP控制模塊11及線性磁軸電機連接，用于檢測線性磁軸電機的狀態信息并將檢測結果反饋給DSP控制模塊11。圖2為本發明一種線性磁軸電機專用驅動器之較佳實施例的系統架構圖。以下將配合各模塊的細部框圖進一步說明本發明。圖3為本發明較佳實施例中Motionnet網絡模塊的通信原理框圖。如圖3所示，在本發明較佳實施例中，Motionnet網絡模塊包括Motionnet上位機端和多個Motionnet驅動器端，主從站(上位機端與驅動器端)、從站與從站(驅動器端與驅動器端)之間都用網線相連，負責現場和控制端信息交換。當上位計算機發出控制信息時，Motionnet上位機端接受控制信息并發送至Motionnet驅動器端,根據上位機的控制命令，可以同時控制多套線性磁軸電機設備，且Motionnet網絡的最高通信速率達到20Mbps ;通信速度20Mpbs時，最多可控制32個從站；當為IOMbps (含)以下時，最多可控制64個從站；利用Motionnet高速串行通信總線的網絡構建的方便性,將控制端的信息與現場信息快速交換，從而實現整個全局網絡中電機的高速系統控制。圖4為本發明較佳實施 例中DSP控制模塊的控制原理框圖。如圖4所示，DSP控制模塊11除包含中央處理單元、電源、晶振、復位、存儲、外設等模塊，還包括與Motionnet網絡模塊進行通信的Motionnet通信接口、與功率驅動模塊12連接的功率驅動接口以及與反饋檢測模塊13連接的反饋收發接口，在本發明較佳實施例中，DSP控制模塊11采用TI公司的DSP芯片TMS320F28335為核心控制芯片，DSP芯片TMS320F28335作為驅動器的核心控制部分，主要負責接收并處理來自Motionnet驅動器端的控制信號，并轉化為功率驅動模塊12可執行的控制信號，控制芯片TMS320F28335從Motionnet網絡模塊中讀取數據，產生控制電機所需的相對應的PWM波，并使PWM輸出波形的占空比隨著程序控制不斷改變，從而改變輸出PWM波形的占空比，驅動功率驅動模塊精確控制線性磁軸電機的運動。圖5為本發明較佳實施例中功率驅動模塊的功率驅動原理框圖。如圖5所示，功率驅動模塊12包括保護電路120、隔離整流模塊121、三相逆變電路122、光耦隔離123以及降壓模塊124，以用于產生電機控制所需的驅動電壓。單相220V電壓通過保護電路120、隔離整流模塊121后進入三相逆變電路122，三相逆變電路122主體是智能功率模塊IPM，DSP控制模塊11產生的PWM信號通過光耦隔離123驅動三相逆變電路122 (智能功率模塊IPM)產生相應的控制電壓，驅動線性磁軸電機運轉。圖6為本發明較佳實施例中功率驅動模塊的降壓模塊的降壓原理框圖。如圖6所示，降壓模塊124采用反激式開關電源，輸出獨立四組+15V電壓供智能功率模塊IPM自用，+24V電壓供繼電器使用，+3.3V電壓供DSP控制模塊11使用，±15V電壓供反饋檢測電路的霍爾傳感器以及運放電路使用。
圖7為本發明較佳實施例中反饋檢測模塊的檢測原理框圖。如圖7所示，反饋檢測模塊13主要檢測線性磁軸電機的電壓信號、電流信號以及位置信號。通過霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器，采集電機其中一相的電壓、電流信息；通過光柵尺反饋給DSP控制模塊當前電機所在位置、當前電機速度以及當前電機加速度等信息，需要說明的是，霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器采集到的模擬量還需經過采樣并Α/D轉換，以數字信息的形式反饋給DSP。
需說明的是，當工業控制需要時，本發明之線性磁軸電機專用驅動器可實現同時控制多套線性磁軸電機系統，每一套線性磁軸電機系統配備一臺專用驅動器和相應的Motionnet網絡接口 ；Motionnet網絡的最高通信速率達到20Mbps，當通信速率為20Mpbs時，最多可控制32個從站；當為IOMbps (含)以下時,最多可控制64個從站；每套線性磁軸電機系統的地址由撥碼開關設定，這樣可以方便的辨別地址及檢測維護。
可見，本發明一種線性磁軸電機專用驅動器通過應用Motionnet網絡技術，達到同時實現最多64套線性磁軸電機系統控制的目的，由于主從站、從站與從站之間都用網線相連，實用性較強，省去了多套電機系統控制專門做線的麻煩，且通信速率高，信號穩定，便于大型工業現場控制。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明的權利保護范圍，應如權利要求 書所列。
權利要求
1.一種線性磁軸電機專用驅動器，至少包括: 網絡模塊，與DSP控制模塊連接，用于多套線性磁軸電機與該DSP控制模塊之間的通 目; DSP控制模塊，用于處理從該網絡模塊傳來的數據，產生控制線性磁軸電機所需的相對應的PWM波，并使PWM輸出波形的占空比隨著程序控制不斷改變，從而改變輸出PWM波形的占空比，驅動功率驅動模塊精確控制該線性磁軸電機的運動； 功率驅動模塊，與該DSP控制模塊及該線性磁軸電機連接，用于產生控制該線性磁軸電機所需的驅動電壓；以及 反饋檢測模塊，與該DSP控制模塊及該線性磁軸電機連接，用于檢測該線性磁軸電機的狀態信息并將檢測結果反饋給DSP控制模塊。
2.如權利要求1所述的線性磁軸電機專用驅動器，其特征在于:該網絡模塊為利用Motionnet網絡的Motionnet網絡模塊。
3.如權利要求2所述的線性磁軸電機專用驅動器，其特征在于:該Motionnet網絡模塊包括Motionnet上位機端和多個Motionnet驅動器端，上位機與驅動器端以及驅動器端與驅動器端之間都用網線連接，負責現場和控制端信息交換。
4.如權利要求3所述的線性磁軸電機專用驅動器，其特征在于:當上位計算機發出控制信息時，該Motionnet上位機端接受該控制信息并發送至該Motionnet驅動器端,根據上位機的控制命令，可以同時控制多套線性磁軸電機設備。
5.如權利要求 4所述的線性磁軸電機專用驅動器,其特征在于:當Motionnet網絡的通信速度達到20Mpbs時,最多可控制32個從站，當為IOMbps以下時,最多可控制64個從站。
6.如權利要求3所述的線性磁軸電機專用驅動器，其特征在于:該DSP控制模塊采用TI公司的DSP芯片TMS320F28335為控制芯片，負責接收并處理來自該Motionnet驅動器端的控制信號，并轉化為該功率驅動模塊可執行的控制信號，該控制芯片從該Motionnet網絡模塊中讀取數據，產生控制電機所需的相對應的PWM波，并使PWM輸出波形的占空比隨著程序控制不斷改變，從而改變輸出PWM波形的占空比，驅動功率驅動模塊精確控制線性磁軸電機的運動。
7.如權利要求3所述的線性磁軸電機專用驅動器，其特征在于:該功率驅動模塊包括保護電路、隔離整流模塊、三相逆變電路以及光耦隔離電路，單相220V電壓通過該保護電路、該隔離整流模塊后進入該三相逆變電路，該DSP控制模塊產生的PWM信號通過該光耦隔離電路驅動該三相逆變電路產生相應的控制電壓，驅動線性磁軸電機運轉。
8.如權利要求7所述的線性磁軸電機專用驅動器，其特征在于:該功率驅動模塊還包括一降壓模塊，該降壓模塊采用反激式開關電源，輸出獨立四組+15V電壓供該三相逆變電路使用，+24V電壓供繼電器使用，+3.3V電壓供DSP控制模塊使用，±15V電壓供霍爾傳感器以及運放電路使用。
9.如權利要求3所述的線性磁軸電機專用驅動器，其特征在于:該反饋檢測模塊通過霍爾電壓傳感器，霍爾電流傳感器，采集線性磁軸電機其中一相的電壓、電流信息，并通過光柵尺反饋給DSP當前電機所在位置，當前電機速度，當前電機加速度的信息。
10.如權利要求9所述的線性磁軸電機專用驅動器，其特征在于:該霍爾電壓傳感器、該霍爾電流傳感器采集到的模擬量經光柵尺后還需經過采樣并A/D轉換，以數字信息的形式反饋給該DSP控制模塊。 ·
全文摘要
本發明公開了一種線性磁軸電機專用驅動器，包括網絡模塊，與DSP控制模塊連接，用于多套線性磁軸電機與該DSP控制模塊之間的通信；DSP控制模塊，用于處理從該網絡模塊傳來的數據，產生控制電機所需的相對應的PWM波，驅動功率驅動模塊精確控制電機的運動；功率驅動模塊，用于產生控制該線性磁軸電機所需的驅動電壓；以及反饋檢測模塊，與該DSP控制模塊及該線性磁軸電機連接，用于檢測該線性磁軸電機的狀態信息并將檢測結果反饋給DSP控制模塊，通過本發明，可以達到同時實現最多64套線性磁軸電機系統控制的目的，具有通信速率高，信號穩定，便于大型工業現場控制的優點。
文檔編號H02P25/06GK103248284SQ20131018648
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月17日 優先權日2013年5月17日
發明者劉傳德, 李彬彬, 鄭澤文, 花岳東, 后濤, 周攀峰, 申元培, 曾繼鈺 申請人:上海電機學院