一种基于can总线的单兵转台伺服控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于CAN总线的单兵转台伺服控制系统，包括：24V蓄电池（1）、PLC控制器（2）、方位驱动器（3）、方位伺服电机（4）、方位减速机（5）、方位负载（6）、方位编码器（7）、俯仰驱动器（8）、俯仰伺服电机（9）、俯仰减速机（10）、俯仰负载（11）、俯仰编码器（12）、运动指令输入设备（13）、CAN2.0B协议总线（14）、CANopen协议总线（15）、方位驱动电缆（16）、俯仰驱动电缆（17）、供电电缆（18）、方位反馈电缆（19）和俯仰反馈电缆（20）。PLC控制器（2）发送角度指令给方位驱动器（3）和俯仰驱动器（8），驱动方位伺服电机（4）和俯仰伺服电机（9）旋转。本系统具有体积小、质量轻、响应快、到位精度高、低噪声等优点。
【专利说明】—种基于CAN总线的单兵转台伺服控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单兵转台伺服控制系统，特别是一种基于CAN总线的单兵转台伺服控制系统。
【背景技术】
[0002]目前，应用于转台的伺服系统主要由控制器、交流变频器、交流伺服电机、减速机和编码器组成。其中，交流变频器和交流伺服电机体积和质量较大，需要交流供电，主要用于质量大、体积大、负载大的转台，转台使用时固定在稳定基座上，不便于携带和搬运，不适于在野外或者无交流电源的工况下使用。
[0003]上述问题的存在，使得单兵转台伺服控制系统向小型化、轻型化、高精度发展面临着严峻的挑战。因此，减小伺服控制系统的体积和质量，提高调转、跟踪和定位精度就成为单兵转台伺服控制领域迫切需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种基于CAN总线的单兵转台伺服控制系统，解决传统转台体积大、质量大、不便于携带的问题。
[0005]一种基于CAN总线的单兵转台伺服控制系统，包括:PLC控制器、方位驱动器、方位伺服电机、方位减速机、方位编码器、俯仰驱动器、俯仰伺服电机、俯仰减速机和俯仰编码器，还包括:24V蓄电池、方位负载、俯仰负载、运动指令输入设备、CAN2.0B协议总线、CANopen协议总线、方位驱动电缆、俯仰驱动电缆、供电电缆、方位反馈电缆和俯仰反馈电缆。方位伺服电机与方位减速机通过螺钉连接，方位伺服电机的输出轴与方位减速机的输入轴通过平键连接，方位减速机的输出轴与方位负载通过平键连接，方位编码器的输出轴与方位负载通过平键连接并随方位负载同步旋转。俯仰伺服电机与俯仰减速机通过螺钉连接，俯仰伺服电机的输出轴与俯仰减速机的输入轴通过平键连接，俯仰减速机的输出轴与俯仰负载通过平键连接，俯仰编码器的输出轴与俯仰负载通过平键连接并随俯仰负载同步旋转。24V蓄电池、PLC控制器、方位驱动器和俯仰驱动器均置于转台上并通过螺钉固定。24V蓄电池分别与PLC控制器、方位驱动器、俯仰驱动器、方位编码器、俯仰编码器以及运动指令输入设备通过供电电缆连接，PLC控制器分别与方位驱动器、俯仰驱动器以及运动指令输入设备通过CAN2.0B协议电缆连接，PLC控制器分别与方位编码器和俯仰编码器通过CANopen协议电缆连接，方位驱动器与方位伺服电机通过方位驱动电缆和方位反馈电缆连接；俯仰驱动器与俯仰伺服电机通过俯仰驱动电缆和俯仰反馈电缆连接。
[0006]打开24V蓄电池电源开关，给PLC控制器、方位驱动器、俯仰驱动器、方位编码器、俯仰编码器供24V直流电。上电后，方位编码器和俯仰编码器开始按照CANopen帧格式以f'的频率发送当前转台的方位角度和俯仰角度到CANopen协议总线上；PLC控制器按照CAN2.0B帧格式发送初始化命令到CAN2.0B协议总线上，方位驱动器和俯仰驱动器接收到初始化命令后进行初始化；PLC控制器首先读取CANopen协议总线上的方位角度和俯仰角度，然后检测是否有运动指令到来，当运动指令输入设备将运动指令发送到CAN2.0B协议总线上时，PLC控制器读入运动指令。PLC控制器将运动指令与当前方位角度、俯仰角度作差，得到位置误差指令，将此位置误差指令作为位置PI控制闭环的输入指令，经过PI运算，PLC控制器输出速度指令到CAN2.0B协议总线上，当方位驱动器和俯仰驱动器接收到速度指令后分别通过方位驱动电缆和俯仰驱动电缆输出电压信号给方位伺服电机和俯仰伺服电机，从而驱动方位伺服电机和俯仰伺服电机运动；运动过程中，方位驱动器和俯仰驱动器分别通过方位反馈电缆和俯仰反馈电缆读取方位伺服电机和俯仰伺服电机的转速反馈信息，将反馈转速与指令转速的差值作为方位驱动器和俯仰驱动器内部速度PI控制闭环的输入，进行速度PI调节。
[0007]本发明具有结构紧凑、质量轻便，功率密度高便于携带，易操作的优点。具有较强的通讯抗干扰性，利于转台在复杂的电磁环境中使用。通过PI闭环控制实现了转台调转速度快、跟踪稳定度高、到位精度高等要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1 一种基于CAN总线的单兵转台伺服控制系统。
[0009]1.24V蓄电池 2.PLC控制器 3.方位驱动器 4.方位伺服电机 5.方位减速机 6.方位负载 7.方位编码器 8.俯仰驱动器 9.俯仰伺服电机 10.俯仰减速机 11.俯仰负载 12.俯仰编码器 13.运动指令输入设备 14.CAN2.0B协议总线 15.CANopen协议总线 16.方位驱动电缆 17.俯仰驱动电缆 18.供电电缆19.方位反馈电缆 20.俯仰反馈电缆。
【具体实施方式】
[0010]一种基于CAN总线的单兵转台伺服控制系统，包括:PLC控制器2、方位驱动器3、方位伺服电机4、方位减速机5、方位编码器7、俯仰驱动器8、俯仰伺服电机9、俯仰减速机10、俯仰编码器12，还包括:24V蓄电池1、方位负载6、俯仰负载11、运动指令输入设备13、CAN2.0B协议总线14、CANopen协议总线15、方位驱动电缆16、俯仰驱动电缆17、供电电缆18、方位反馈电缆19、俯仰反馈电缆20。方位伺服电机4与方位减速机5通过螺钉连接，方位伺服电机4输出轴与方位减速机5输入轴通过平键连接，方位减速机5输出轴与方位负载6通过平键连接，方位编码器7输出轴通过平键与方位负载6连接并随方位负载6同步旋转。俯仰伺服电机9与俯仰减速机10通过螺钉连接，俯仰伺服电机9输出轴与俯仰减速机10输入轴通过平键连接，俯仰减速机10输出轴与俯仰负载11通过平键连接，俯仰编码器12输出轴通过平键与俯仰负载11连接并随俯仰负载11同步旋转。24V蓄电池1、PLC控制器2、方位驱动器3、俯仰驱动器8置于转台上并通过螺钉固定。24V蓄电池I分别与PLC控制器2、方位驱动器3、俯仰驱动器8、方位编码器7、俯仰编码器12以及运动指令输入设备13通过供电电缆18连接，PLC控制器2、方位驱动器3、俯仰驱动器8以及运动指令输入设备13通过CAN2.0B协议电缆14连接；PLC控制器2分别与方位编码器7、俯仰编码器12通过CANopen协议电缆15连接，方位驱动器3和方位伺服电机4通过方位驱动电缆16和方位反馈电缆19连接，俯仰驱动器8和俯仰伺服电机9通过俯仰驱动电缆17和俯仰反馈电缆20连接。 一种基于CAN总线的单兵转台伺服控制系统的实施步骤如下:打开24V蓄电池I电源开关，给PLC控制器2、方位驱动器3、俯仰驱动器8、方位编码器7、俯仰编码器12供24V直流电。上电后，方位编码器7和俯仰编码器12开始按照CANopen帧格式以的频率发送当前转台的方位角度和俯仰角度到CANopen协议总线15上；PLC控制器2按照CAN2.0B帧格式发送初始化命令到CAN2.0B协议总线14上，方位驱动器3和俯仰驱动器8接收到初始化命令后进行初始化；PLC控制器2首先读取CANopen协议总线15上的方位角度和俯仰角度，然后检测是否有运动指令到来，当运动指令输入设备13将运动指令发送到CAN2.0B协议总线14上时，PLC控制器2读入运动指令。PLC控制器2将运动指令与当前方位角度、俯仰角度作差，得到位置误差指令，将此位置误差指令作为位置PI控制闭环的输入指令，经过PI运算，PLC控制器2输出速度指令到CAN2.0B协议总线14上，当方位驱动器3和俯仰驱动器8接收到速度指令后分别通过方位驱动电缆16和俯仰驱动电缆17输出电压信号给方位伺服电机4和俯仰伺服电机9，从而驱动方位伺服电机4和俯仰伺服电机9运动；运动过程中，方位驱动器3和俯仰驱动器8分别通过方位反馈电缆19和俯仰反馈电缆20读取方位伺服电机4和俯仰伺服电机9的转速反馈信息，将反馈转速与指令转速的差值作为方位驱动器3和俯仰驱动器8内部速度PI控制闭环的输入，进行速度PI调节。
【权利要求】
1.一种基于CAN总线的单兵转台伺服控制系统，包括:PLC控制器(2)、方位驱动器(3)、方位伺服电机(4)、方位减速机(5)、方位编码器(7)、俯仰驱动器(8)、俯仰伺服电机(9)、俯仰减速机(10)和俯仰编码器(12)，其特征在于还包括:24V蓄电池(I)、方位负载(6 )、俯仰负载(11)、运动指令输入设备(13 )、CAN2.0B协议总线(14 )、CANopen协议总线(15),方位驱动电缆(16)、俯仰驱动电缆(17)、供电电缆(18)、方位反馈电缆(19)和俯仰反馈电缆(20);方位伺服电机(4)与方位减速机(5)通过螺钉连接，方位伺服电机(4)的输出轴与方位减速机(5 )的输入轴通过平键连接，方位减速机(5 )的输出轴与方位负载(6 )通过平键连接，方位编码器(7)的输出轴与方位负载(6)通过平键连接并随方位负载(6)同步旋转；俯仰伺服电机(9)与俯仰减速机(10)通过螺钉连接，俯仰伺服电机(9)的输出轴与俯仰减速机(10)的输入轴通过平键连接，俯仰减速机(10)的输出轴与俯仰负载(11)通过平键连接，俯仰编码器(12)的输出轴与俯仰负载(11)通过平键连接并随俯仰负载(11)同步旋转；24V蓄电池(1)、PLC控制器(2)、方位驱动器(3)和俯仰驱动器(8)均置于转台上并通过螺钉固定；24V蓄电池(I)分别与PLC控制器(2)、方位驱动器(3)、俯仰驱动器(8)、方位编码器(7)、俯仰编码器(12)以及运动指令输入设备(13)通过供电电缆(18)连接，PLC控制器(2)分别与方位驱动器(3)、俯仰驱动器(8)以及运动指令输入设备(13)通过CAN2.0B协议电缆连接，PLC控制器(2)分别与方位编码器(7)和俯仰编码器(12)通过CANopen协议电缆连接，方位驱动器(3)与方位伺服电机(4)通过方位驱动电缆(16)和方位反馈电缆(19)连接；俯仰驱动器(8)与俯仰伺服电机(9)通过俯仰驱动电缆(17)和俯仰反馈电缆(20)连接； 打开24V蓄电池(I)电源开关，给PLC控制器(2)、方位驱动器(3)、俯仰驱动器(8)、方位编码器(7)、俯仰编码器(12)供24V直流电；上电后，方位编码器(7)和俯仰编码器(12)开始按照CANopen巾贞格式以的频率发送当前转台的方位角度和俯仰角度到CANopen协议总线(15)上；PLC控制器(2)按照CAN2.0B帧格式发送初始化命令到CAN2.0B协议总线(14)上，方位驱动器(3)和俯仰驱动器(8)接收到初始化命令后进行初始化；PLC控制器(2)首先读取CANopen协议总线(15)上的方位角度和俯仰角度，然后检测是否有运动指令到来，当运动指令输入设备(13)将运动指令发送到CAN2.0B协议总线(14)上时，PLC控制器(2)读入运动指令；PLC控制器(2)将运动指令与当前方位角度、俯仰角度作差，得到位置误差指令，将此位置误差指令作为位置PI控制闭环的输入指令，经过PI运算，PLC控制器(2)输出速度指令到CAN2.0B协议总线(14)上，当方位驱动器(3)和俯仰驱动器(8)接收到速度指令后分别通过方位驱动电缆(16)和俯仰驱动电缆(17)输出电压信号给方位伺服电机(4)和俯仰伺服电机(9)，从而驱动方位伺服电机(4)和俯仰伺服电机(9)运动；运动过程中，方位驱动器(3)和俯仰驱动器(8)分别通过方位反馈电缆(19)和俯仰反馈电缆(20)读取方位伺服电机(4)和俯仰伺服电机(9)的转速反馈信息，将反馈转速与指令转速的差值作为方位驱动器(3)和俯仰驱动器(8)内部速度PI控制闭环的输入，进行速度PI调节。
【文档编号】G05B19/05GK104133414SQ201410364569
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】于德营, 何成峰, 阎红亮, 张文波 申请人:北京机械设备研究所