一种集成式多通道输出伺服控制驱动器的制作方法

本实用新型涉及一种集成式多通道输出伺服控制驱动器，具有多路控制驱动输出能力。

背景技术：
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随着现代科技的进步及国防现代化建设的快速推进，武器装备正朝着高、精、尖方向发展，而其对伺服产品也提出了更高的技术要求。机电伺服机构本身，具有“全数字化、批量生产性强、维护方便”等技术优点。而功率电子技术、控制技术以及稀土永磁材料等技术的成熟与进步，促进了机电伺服这一产业的飞速发展，现已经成为航天伺服技术的重要发展方向之一。如今，机电伺服的应用越来越广泛，以其“极佳的可靠性和实用性”折服了军、民多方用户单位。与此同时，用户对其集成度要求也越来越高。

机电伺服系统一般由伺服控制驱动器、机电作动器和伺服电池组成。伺服控制驱动器通过总线接收控制系统的摆角指令，同时采集机电作动器的线位移、电机相电流和电机转子位置，实现位置、电流和转速闭环控制，最终实现驱动作动器推动负载，达到伺服控制的目的。

传统的多通道机电伺服系统采用多台智能单机的分布式控制形式，以四通道机电伺服系统为例，一般由一台伺服控制器、四台伺服驱动器和四台机电作动器组成，每台伺服驱动器驱动一台机电作动器，或由两台双通道伺服控制驱动器和四台机电作动器组成，每台伺服控制驱动器驱动两台机电作动器。以上组成方式的优点在于伺服控制器、伺服驱动器或伺服控制驱动器的功能单一，同种类产品之间可实现互换。但是其体积和重量相对较大，在一些体积和重量指标要求苛刻的应用场合，尤其是在航空航天飞行器执行机构上的应用受到极大的限制。

技术实现要素：
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本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种集成式多通道输出伺服控制驱动器，有效降低安装空间，减小产品质量，简化系统电气连接，节约生产成本。

本实用新型的技术解决方案是：一种集成式多通道输出伺服控制驱动器，包括壳体、功率板、电源板和控制板；壳体由上壳体和下壳体对接而成，其中上壳体和下壳体结构相同，高度不同，下壳体底面带有4个安装法兰；在上壳体和下壳体的底部分别安装一块功率板，每块功率板螺接一块电源板；控制板通过减振垫固连在金属板上，再将金属板安装在高度高的壳体上部，功率板、电源板和控制板之间通过连接器方式电气连接。

所述每块功率板设计有一个动力电源接口和多个伺服电机接口，每块功率板通过动力电源接口与外部输入的高压直流电连接，通过伺服电机接口与伺服电机连接。

所述控制板设计有一个反馈信号接口和一个控制总线信号接口，控制板通过反馈信号接口与多个机电作动器连接，通过控制总线信号接口与外部总线连接，同时接收外部输入的控制电压。

所述伺服控制驱动器下壳体底面的每个法兰上还设置有减振器，每个减振器包括两个减振垫、一个限位片以及一个限位衬套，减振垫为带有圆柱凸台的圆形橡胶垫，限位衬套为带有圆柱凸台的圆形金属垫，且减振垫以及限位衬套中心均开有通孔，限位衬套通孔外径和减振垫通孔内径相同，减振垫凸台外径与法兰内径相同，两个减振垫分别位于法兰的上下两端，且两个减振垫的凸台均插入法兰中，限位衬套从下往上穿过两个减振垫，在法兰上端减振垫上放置限位片，限位片、限位衬套和两个减振垫通过螺钉与法兰紧固连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)传统的控制驱动器壳体由一个主壳体和盖板组成，各个板串联安装在主壳体上，本实用新型采用的壳体分为上壳体和下壳体两部分，各个板分别安装在上下壳体上，具有安装简单、测试便捷的优点。

(2)本实用新型的两块功率板分别与上壳体和下壳体安装连接，能够使控制驱动器在工作中最大限度的通过壳体散热，提高了产品的可靠性。

(3)传统控制驱动器的内部各板通过板与板串连的方式与壳体底部连接。而本实用新型内部的每块功率板螺接一块电源板后分别与上壳体和下壳体连接，控制板通过减振垫固连于金属板后装在下壳体的上部，结构强度明显提高，与传统方式相比，内部的板级振动放大明显降低，有效提高了产品的环境适应性。

(4)与传统的伺服控制驱动器相比，本实用新型实现了电子设备高度集成，使机电伺服系统的电子设备单机数量达到最简化。按照传统的使用模式，若要实现同等的功能和性能，“一驱一”方案需5台电子设备(控制器和驱动器)，“一驱二”方案也需2台电子设备，而采取本实用新型的方案，伺服系统仅需1台电子设备单机，有效减小了电子设备单机的安装空间，减轻了电子设备单机的总重量。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为伺服控制驱动器电气接口示意图；

图3为减振器示意图；

图4为控制板组成示意图；

图5为功率板组成示意图；

图6为电源板组成示意图。

具体实施方式：

本实用新型提出一种集成式多通道输出伺服控制驱动器，利用该伺服控制驱动器能够同时驱动多台机电作动器，从而较现有技术相比，减小了机电伺服系统安装空间，减轻了产品质量，简化了系统电气连接。

如图1所示，本实用新型集成式多通道输出伺服控制驱动器包括壳体、功率板4、电源板5和控制板3，壳体包括上壳体1和下壳体2，其中上壳体1和下壳体2结构相同，高度不同，下壳体2底面带有4个安装法兰。壳体内部采用层式结构，在上壳体1和下壳体2的底部分别安装一块功率板4，每块功率板4螺接一块电源板5。控制板3采用金属骨架支撑结构，通过减振垫固连在金属板上，再将金属板安装在高度高的壳体上部，图1所示显示的为下壳体高度较高，所以控制板3安装在下壳体上部。功率板4、电源板5和控制板3之间通过连接器方式电气连接。连接好后，上壳体1和下壳体2对接完成整个伺服控制驱动器的装配。

每块功率板4设计有一个动力电源接口和多个伺服电机接口，每块功率板4通过动力电源接口与外部输入的高压直流电连接，通过伺服电机接口与伺服电机连接。

控制板3设计有反馈信号接口和控制总线信号接口，控制板3通过反馈信号接口与多个机电作动器连接，通过控制总线信号接口与外部总线连接接收外部信号，同时反馈遥测信号，同时接收外部输入的控制电压。

如图3所示，伺服控制驱动器下壳体2底面的每个法兰上还设置有减振器6，每个减振器包括两个减振垫61、一个限位片62以及一个限位衬套63，减振垫61为带有圆柱凸台的圆形橡胶垫，限位衬套63为带有圆柱凸台的圆形金属垫，且减振垫61以及限位衬套63中心均开有通孔，限位衬套63通孔外径和减振垫61通孔内径相同，减振垫61凸台外径与法兰内径相同，两个减振垫61分别位于法兰的上下两端，且两个减振垫61的凸台均插入法兰中，限位衬套63从下往上穿过两个减振垫61，在法兰上端减振垫61上放置限位片62，限位片62、限位衬套63和两个减振垫61通过螺钉与法兰紧固连接。通过该方式减振，减振效率可达到80％以上。

以四通道输出伺服控制驱动器为例：

四通道输出伺服控制驱动器共有八个电气接口。如图2所示，两块功率板采用同一个动力电源接口，用来接收功率电。其中一块功率板具有电机驱动接口I和电机驱动接口IV，另一块功率板具有电机驱动接口III和电机驱动接口II，电机驱动接口I用来驱动机电作动器I的伺服电机，电机驱动接口II用来驱动机电作动器II的伺服电机，电机驱动接口III用来驱动机电作动器III的伺服电机，电机驱动接口IV用来驱动机电作动器IV的伺服电机。

控制板设计有两个反馈信号接口(第一反馈信号接口和第二反馈信号接口)以及一个控制总线信号接口，第一反馈信号接口用来接收机电作动器I和机电作动器IV的旋转变压器信号和线位移信号，第二反馈信号接口用来接收机电作动器II和机电作动器III的旋转变压器信号和线位移信号，控制总线信号接口用来接收+28V控制电以及1553B总线信号。

本实用新型进一步给出控制板、电源板、功率板的实现方式。

如图4所示，控制板包括DSP电路、CPLD逻辑控制电路、总线接口电路、信号调理电路、旋转变压器解码电路、电源变换电路以及保护控制电路。

信号调理电路采集伺服电机的线位移信号和电流信号，并将其转换为DSP电路能够接收的电压信号输出给DSP电路。旋转变压器解码电路采集机电作动器伺服电机的电机转子位置信号，并将其转换为DSP电路能够接收的数字信号输出给DSP电路。保护控制电路接收功率板输入的故障信号，输出给DSP电路。总线接口电路接收外部输入的指令信号，进行转换后输出给DSP电路。总线接口电路采用4Mbps通信速率的1553B总线实现。DSP电路分别采集信号调理电路和旋转变压器解码电路输出的电压信号和数字信号，根据接收的指令信号、电压信号和数字信号进行闭环运算，得到3N路脉宽调制信号，并输出给CPLD逻辑控制电路，N为通道数；DSP电路当接收到保护控制电路输入的故障信号时，停止向CPLD逻辑控制电路发送脉宽调制信号。

CPLD接收DSP的3N路独立脉宽调制信号，并负责时序逻辑控制，将DSP的3N路脉宽调制信号转换成带互补死区的6N路(3N组桥臂)PWM输出信号，6N路PWM信号分N组输送给2块功率板，控制N个IPM的开关，实现N台伺服电机的同步控制。电源变换电路接收外部输入的电源，将其转变为控制板上各电路所需的电源，用于为控制板上各电路供电。

以N＝4为例，控制板选用DSP+CPLD控制框架，DSP负责将12路独立的PWM控制信号输出给CPLD，CPLD负责时序逻辑控制，并将DSP的12路PWM控制信号转换成带互补死区的24路(12组桥臂)PWM输出信号，24路PWM信号分4组输送给2块功率板，进而控制4个IPM的开关。DSP采用主频高达150MHz的高速处理器，同步实现对4台机电作动器的快速实时闭环控制。

如图5所示，每块功率板包括多个大功率开关器件IPM、电流采样电路、光电隔离电路、吸收保护电路和母线电压采集电路，当N为偶数时，两块功率板均包括N/2个大功率开关器件IPM，当N为奇数时，其中一块功率板包括(N+1)/2个大功率开关器件IPM，另一块功率板包括(N-1)/2个大功率开关器件IPM。

光电隔离电路接收控制板输出的脉宽调制信号，并对接收的每组脉宽调制信号进行光电隔离处理，将处理后的一组脉宽调制信号输出给一个大功率开关器件IPM。

吸收保护电路对外部输入的高压直流电(如160V)进行滤波处理后输出给大功率开关器件IPM和母线电压采集电路。高压直流电输入接口中分别设计了地面电源供电接点和伺服电池供电接点，使控制驱动器可以分别在地面电源和伺服电池供电条件下工作，吸收保护电路接收外部地面电源输入电压的一端设计了二极管反向截止电路，可防止由于地面电源供电线路的正、负端短路而影响伺服电池向伺服控制驱动器供电。

每个大功率开关器件IPM根据光电隔离电路输出的一组脉宽调制信号对吸收保护电路输出的高压直流电进行斩波处理，输出一组交流电驱动伺服电机动作。

电流采样电路用于采集伺服电机的电流信号，输出给控制板的信号调理电路。

母线电压采集电路对吸收保护电路输出的高压直流电进行分压处理，将处理后的电压输出给电源板。

如图6所示，电源板包括EMI抑制器、多组功率驱动电源变换电路以及母线电压转换电路，功率驱动电源变换电路组数与对应功率板上的大功率开关器件IPM个数相同。

EMI抑制器接收外部输入的电源，进行滤波后输出给功率驱动电源变换电路。

每组功率驱动电源变换电路将EMI抑制器滤波后的外部输入电源电压转换为四组独立的功率驱动电源电压输出给对应功率板上的一个大功率开关器件IPM。

母线电压转换电路接收对应功率板上母线电压采集电路输出的电压，将其转化为DSP电路能够接收的电压信号通过DSP电路输出给外部系统。

集成式四通道输出伺服控制驱动器采用DSP+CPLD数控方案，有效实现了一台伺服控制器和四台伺服驱动器的功能、性能，主要实现伺服机构与上位机间的全数字信息通讯、机电作动器闭环控制、伺服机构内部所需的二次电源变换等功能。控制板完成总线通讯、多路功率驱动模块控制的功能，充分利用DSP的资源，实现伺服控制单元小型化。电源板使用高集成化多路输出开关电源替代多个单路输出电源模块，实现了功率驱动二次电源变换的小型化。功率板通过合理布局走线，将两块大功率全桥IPM模块及配套电路集成到一块PCB板上，实现了功率驱动单元小型化。

本实用新型的伺服控制驱动器，实现了资源整合以及产品的一体化设计，利用本实用新型的伺服控制驱动器实现的伺服系统，有效降低安装空间，减小产品质量，简化系统电气连接，节约生产成本。

本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。