一种双驱动混合型直流低压智能伺服驱动器电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于伺服驱动器电路设计技术领域，具体涉及一种双驱动混合型直流低压智能伺服驱动器电路。
【背景技术】
[0002]直流伺服系统发展历史悠久，一直以来以其能在大范围内实现精密的速度和位置控制以及高质高效的平滑运转特性在传动领域占有重要的地位。而直流伺服驱动器作为整个直流伺服系统的核心部分，也随着新型半导体技术和数字控制器的发展而飞速发展。
[0003]目前，直流伺服产品能广泛应用于数控机床、电梯、包装机械、印刷机械、塑料机械、搬运机械、机器人、医疗设备、雷达控制设备等各种领域。现代工业伺服系统，尤其是一些高性能的数控系统，对伺服驱动器的控制性能提出了更高的要求。国外安川、松下、ABB、施奈德等公司开发了一系列的伺服驱动器，极大地推进了工业的现代化水平；国内华中数控、和利时等一些大公司也在积极开发多种类伺服驱动器，但是总体来说，在运动控制领域与发达国家还存在较大的差距。自主创新能力薄弱极大的影响我国制造业技术水平的提升，由于缺乏自主知识产权的核心技术，运动控制系统知名产品大部分被国外占领，而运动控制系统的核心运动控制技术及驱动控制电路设计技术更为国外垄断。
[0004]现有技术中的伺服驱动器多以单片机、DSP (数字信号处理器)为控制核心实现:以单片机为核心的驱动器存在控制性能低、响应慢、精度低等缺点；而以DSP为核心的驱动器弥补了单片机的缺陷，高速处理器便于算法的实现，控制性能高、系统响应快，但在智能化网络化方面还存在一定缺陷，尤其是现有伺服驱动器产品在一些空间有限、不利于单驱动器安装，且系统要求高速高精度控制电机运行的应用场合，其设计方面还存在许多不足。因此，设计小体积、高功率比、高智能化及网络化的伺服驱动器已成为本技术领域亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明需要解决的技术问题为:现有技术中的伺服驱动器控制性能差、占据空间大、难以实现网络化。
[0006]本发明的技术方案如下所述:
[0007]—种双驱动混合型直流低压智能伺服驱动器电路，包括基于FPGA控制单元，其用于采集模拟量和数字量信息，通过逻辑运算输出智能控制结果；双驱动混合型直流低压智能伺服驱动器电路还包括基于ARM的智能控制单元、高速模数转换单元、高速数模转换单元、数据存储单元、信号调理单元、外部网络通信单元、电源管理单元、调试仿真单元、无源晶振单元、人机交互单元、传感器信息单元、智能控制输出单元、功率保护单元及功率驱动单元；其连接关系为:
[0008]其连接关系为:
[0009]传感器信息单元采集模拟量传感器信息和数字量传感器信息，并将上述信息传递至信号调理单元调理；调理后的模拟信息经高速模数转换单元进行模数转换后输出至基于FPGA的控制单元，调理后的数字信息直接输出至基于FPGA的控制单元；基于FPGA的控制单元将输入的信息通过数据总线和地址总线，传送到基于ARM的智能控制单元；基于ARM的智能控制单元将信息存储到数据存储单元，并调用相应数据结合外部网络通信单元信息进行智能逻辑推理；智能逻辑推理结束后，基于ARM的智能控制单元将控制指令通过数据总线和地址总线传送到基于FPGA的控制单元；基于FPGA的控制单元对控制指令进行解算，求解伺服电机运行的控制信号，控制信号经信号调理单元调理后输出至功率驱动单元同时驱动两个功率驱动单元，从而实现精确控制电机运行；基于FPGA的控制单元将解算后的信息通过智能控制输出单元输出:数字量控制信息经信号调理单元调理后直接输出，数字1/0信号经信号调理单元调理后直接输出，模拟量控制信息依次经高速数模转换单元进行数模转换、信号调理单元进行调理后再输出；在系统工作中，功率保护单元实时检测系统电压、电流、温度信息，提供驱动器电路的保护功能；无源晶振单元提供给基于ARM的智能控制单元和基于FPGA的控制单元工作时针频率；电源管理单元提供给基于ARM的智能控制单元和基于FPGA的控制单元电压信号；调试仿真单元提供给基于ARM的智能控制单元和基于FPGA的控制单元调试仿真接口，实现程序的仿真与下载；网络通信单元提供网络通信接口，实现伺服驱动器与外部通信网络通信，提供系统状态信息及传递控制参数；人机交互单元实现系统控制参数的输入及控制功能的选择。
[0010]作为优选方案:
[0011]所述基于ARM的智能控制单元包括ARM处理器、电源转换电路、无源晶振电路和仿真调试电路:电源转换电路提供ARM处理器所需要的标准电压；无源晶振电路提供ARM处理器所需要的工作频率；仿真调试电路提供ARM程序软件下载和仿真接口 ；ARM处理器通过数据总线和地址总线分别与数据存储单元实现数据与指令的传输与存储。
[0012]作为优选方案:
[0013]所述基于FPGA的控制单元包括FPGA处理器、电源转换电路、无源晶振电路和仿真调试电路:电源转换电路提供FPGA处理器所需电压；无源晶振电路提供FPGA处理器所需工作频率；仿真调试电路提供程序软件下载与调试端口 ；FPGA处理器获取高速模数转换器、数字量传感器及数字量I/O信息数据，FPGA处理器采用数据总线和地址总线与ARM处理器通信，它解算基于ARM的智能控制单元执行智能逻辑推理的指令，输出控制伺服电机运行的控制信号。
[0014]作为优选方案:
[0015]所述基于FPGA的控制单兀输出的控制信号由PWM信号输出和I/O信号输入输出两部分组成:FPGA处理器输出的PWM数字信号，经信号调理单元进行信号隔离和电压转换，实现与功率驱动单元电平匹配；1/0信号输入输出直接对外设备输入输出I/O信号。
[0016]作为优选方案:
[0017]所述信号调理单元用于实现模拟量信号调理和数字量信号调理；
[0018]模拟量信号调理包括:模拟量传感器输入信息调理和模拟量输出调理两部分模拟量传感器输入信息调理过程如下所述:模拟量传感器信息首先经过一阶滤波电路进行信号滤波，然后进入电压跟随器电路，提高系统的输入阻抗及信噪比后，传送到加法器电路实现电压双边调整，之后传送到运算放大器电路调整至高速模数转换单元要求的输入范围；所述模拟量传感器信息主要包括:位置信息、模拟温度信息、电机电流和电压信息；模拟量输出调理过程如下所述:高速数模转换单元输出的模拟信号首先进入加法器电路实现模拟电压双边调整，然后传送到运算放大器实现与外界设备的电平匹配，达到标准化输出电压范围，最后传送到电压跟随器和一阶滤波电路降低输出阻抗、提高信号的抗干扰能力；
[0019]数字量信号调理包括:数字量传感器输入信息调理、数字量输入调理、数字量输出调理三部分；
[0020]数字量传感器输入信息调理过程如下所述:数字传感器信号依次经一阶滤波电路、光电隔离电路进行滤波和信号隔离后，传送至数据驱动芯片进行信号驱动，并将驱动后的信息传送至数据总线；
[0021]数字量输入调理过程如下所述:数字量信号依次经一阶滤波电路、整形电路进行滤波和信号整形后，传送至数据驱动芯片进行信号驱动，并将驱动后的信息传送至数据总线.
[0022]数字量输出调理过程如下所述:来自基于FPGA的控制单元的数字量信息经数据驱动芯片进行信号驱动，驱动后的信号分为两部分，一部分信息经过差分电路转换为差分信号输出，另一部分经信号驱动电路，将增强的驱动信号输出。
[0023]作为优选方案:
[0024]所述高速模数转换单元包括高速模数转换器和电源基准电路:电源基准电路提供高速模数转换器所需基准电压；高速模数转换器采用地址总线和数据总线实现与基于FPGA的控