一种兼容多种转子位置反馈装置的伺服电机驱动控制器的制作方法

本实用新型属于电机驱动控制技术领域，特别是涉及一种兼容多种转子位置反馈装置的伺服电机驱动控制器。

背景技术：

交流伺服电机传动系统一般由电机、电机转子位置传感器和功率电子驱动控制器组成，广泛于许多行业，如机器人、机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备和自动化生产线等。现在交流伺服将已替代许多直流有刷伺服电机和步进电机。

目前市场上有五种位置传感器可以选择，但是它们的工作原理、性能和成本都各不相同，且各种转子位置传感器的信号和接口电路不同。根据对电力传动和运动控制的性能要求，目前市场上大多数伺服电机驱动控制器都只能与一种特定的位置传感器和交流电机一起实现运动系统的速度和位置的准确控制，不同的转子位置传感器相互之间不能替换，对最终用户而言没有通用性。

因此，有必要提供一种新的兼容多种转子位置反馈装置的伺服电机驱动控制器来解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种兼容多种转子位置反馈装置的伺服电机驱动控制器，可实现兼容多种转子位置反馈装置的信号的功能，提高了与电机、位置反馈装置匹配的通用性。

本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种兼容多种转子位置反馈装置的伺服电机驱动控制器，其用于接收转子位置反馈装置的信号并控制电机驱动，所述控制器包括与所述电机连通的信号处理控制模块DSP、接收所述转子位置反馈装置信号的连接端子、将所述连接端子接收的信号进行处理后上传给所述信号处理控制模块DSP的接口电路模块、与信号处理控制模块DSP连通的上位机，所述连接端子包括GB V+引脚、GB V-引脚、REF+/U+引脚、GB W+引脚、REF-/U-引脚、GB W-引脚、GB Z+引脚、GB Z-引脚、AGND引脚、WF 5V+引脚、SIN+/A+/DATA+引脚、SIN-/A-/DATA-引脚、COS-/B-/CLOK-引脚以及COS+/B+/CLOK+引脚，所述接口电路模块包括旋变磁端位置传感器双接口电路、增量式光电位置传感器接口电路、绝对式光电位置传感器接口电路以及霍尔元件位置传感器接口电路。

与现有技术相比，本实用新型一种兼容多种转子位置反馈装置的伺服电机驱动控制器的有益效果在于：利用电机驱动控制器任何时候只与一个转子位置传感器相连的特点，通过设置一个能够兼容各种转子位置传感器输入的共同连接端子，通过连接端子便可实现各个转子位置传感器与接口电路连通的作用；同时结合设置带有与对应转子位置传感器的采集信号兼容的各种接口电路，通过在上位机中选择转子位置反馈装置的具体类型，则可以开启对应的接口电路对转子位置反馈装置采集的信号进行处理，并转换成信号处理控制模块DSP能够接受的信号，从而实现对电机的位置、速度、力矩以及电流控制，从而提高了控制器的通用性与兼容性；该电机驱动控制器可以与五种转子位置传感器中的任一种一起工作，从而为最终用户提供伺服电机驱动器通用性和灵活性，并降低伺服控制的生产成本，提高了产品竞争力。

【附图说明】

图1为本实用新型实施例的模块化控制原理示意图；

图2为本实用新型实施例中连接端子的电信号连接结构示意图；

图3为本实用新型实施例与旋转变压器转子位置传感器工作时的控制原理示意图；

图4为本实用新型实施例与基于GMR端磁的转子位置传感器工作时的控制原理示意图；

图5为本实用新型实施例与增量式光电码盘转子位置传感器工作时的控制原理示意图；

图6为本实用新型实施例与绝对式光电编码器转子位置传感器工作时的控制原理示意图；

图7为本实用新型实施例与霍尔元件转子位置传感器工作时的控制原理示意图；

图8为本实用新型实施例中旋变磁端位置传感器双接口电路的连接示意图；

图9为本实用新型实施例中增量式光电位置传感器接口电路的连接示意图；

图10为本实用新型实施例中绝对式光电位置传感器接口电路的连接示意图；

图11为本实用新型实施例中霍尔元件位置传感器接口电路的连接示意图。

【具体实施方式】

实施例：

请参照图1，本实施例为兼容多种转子位置反馈装置的伺服电机驱动控制器，其用于接收转子位置反馈装置的信号并控制电机驱动，其包括与所述电机电信号连通的信号处理控制模块DSP、接收所述转子位置反馈装置信号的连接端子、将所述连接端子接收的信号进行处理后上传给所述信号处理控制模块DSP的接口电路模块、与信号处理控制模块DSP连通的上位机。

所述转子位置反馈装置包括旋转变压器转子位置传感器、基于GMR端磁的转子位置传感器、增量式光电码盘转子位置传感器、绝对式光电编码器转子位置传感器以及霍尔元件转子位置传感器。

如图2所示，所述连接端子包括GB V+引脚1、GB V-引脚9、REF+/U+引脚2、GB W+引脚10、REF-/U-引脚3、DJWD+引脚11、GB W-引脚4、GB Z+引脚12、GB Z-引脚5、AGND引脚13、WF 5V+引脚6、SIN+/A+/DATA+引脚14、SIN-/A-/DATA-引脚7、COS-/B-/CLOK-引脚15、以及COS+/B+/CLOK+引脚8。所述连接端子中的各个引脚的作用如表1所示。

表1连接端子引脚的功能对应表

请参照图3-图7，各个所述转子位置反馈装置与所述连接端子引脚导通的对应关系如表2所示。

表2各个所述转子位置反馈装置与所述连接端子引脚导通对应表

所述接口电路模块包括旋变磁端位置传感器双接口电路、增量式光电位置传感器接口电路、绝对式光电位置传感器接口电路以及霍尔元件位置传感器接口电路。

请参照图8，所述旋变磁端位置传感器双接口电路用于对所述旋转变压器转子位置传感器、所述基于GMR端磁的转子位置传感器的采集信号进行处理转变成所述信号处理控制模块DSP能够接收的信号。由于电机驱动控制器任何时候只与一个转子位置反馈装置相连，因此在将电机与本电机驱动控制器连接时，只需要在信号处理控制模块DSP对应的控制软件中确定连接的是哪一种转子位置传感器一起工作。

所述增量式光电位置传感器接口电路用于对所述增量式光电码盘转子位置传感器的采集信号进行处理转变成所述信号处理控制模块DSP能够接收的信号。所述绝对式光电位置传感器接口电路用于对所述绝对式光电编码器转子位置传感器的采集信号进行处理转变成所述信号处理控制模块DSP能够接收的信号。所述霍尔元件位置传感器接口电路用于对所述霍尔元件转子位置传感器的采集信号进行处理转变成所述信号处理控制模块DSP能够接收的信号。

所述旋变磁端位置传感器双接口电路包括与COS-/B-/CLOK-引脚15和COS+/B+/CLOK+引脚8连通的余弦信号处理电路、与SIN+/A+/DATA+引脚14和SIN-/A-/DATA-引脚7连通的正弦信号处理电路。所述余弦信号处理电路与所述正弦信号处理电路结构原理相同。

所述余弦信号处理电路包括共模电感L303、分别与共模电感L303两个输出端连接的电容C336与电容C337、分别与共模电感L303两个输出端连接的电阻R377与电阻R378、输入端与电阻R377和电阻R378的输出端连接的运算放大器U305A、一端连接所述电阻R377输出端且另一端连接所述运算放大器U305A输出端的电阻R382。所述运算放大器U305A与所述电阻R382的共同输出端即为处理后的余弦信号COS1，且该信号输出到所述信号处理控制模块DSP中。电阻R378的输出端并联设置有电阻R379，电阻R379的输入端输入有固定直流偏置电压。共模电感L303的两个输入端分别与COS-/B-/CLOK-引脚15和COS+/B+/CLOK+引脚8连接，且在两个连接线路上分别设置有电阻R372与电阻R373。

所述正弦信号处理电路包括共模电感L304、分别与共模电感L304两个输出端连接的电容C338与电容C339、分别与共模电感L304两个输出端连接的电阻R380与电阻R376、输入端与电阻R380和电阻R376的输出端连接的运算放大器U305B、一端连接所述电阻R380输出端且另一端连接所述运算放大器U305B输出端的电阻R383。所述运算放大器U305B与所述电阻R383的共同输出端即为处理后的正弦信号SIN1，且该信号输出到所述信号处理控制模块DSP中。电阻R376的输出端并联设置有电阻R381，电阻R381的输入端输入有固定直流偏置电压。共模电感L304的两个输入端分别与SIN+/A+/DATA+引脚14和SIN-/A-/DATA-引脚7连接，且在两个连接线路上分别设置有电阻R374与电阻R375。电阻R372、电阻R373、电阻R374、电阻R375可采用开关替代。

所述旋变磁端位置传感器双接口电路的工作原理为：将所述连接端子中收到的所述旋转变压器转子位置传感器或所述基于GMR端磁的转子位置传感器采集的Cos信号通过共模电感L303、电容C336、电容C337形成的滤波电路对共模干扰和差模干扰的进行抑制，并将滤除干扰后的信号送入运算放大器U305A进行波形整形，通过电阻R379输入固定直流偏置电压，将正负等幅正弦波整形为只有正电压的余弦波送入所述信号处理控制模块DSP的A/D端口进行数据采集；将Sin信号通过共模电感L304、电容C338、电容C339形成的滤波电路对共模干扰和差模干扰的进行抑制，并将滤除干扰后的信号送入运算放大器U305B进行波形整形，通过电阻R381输入固定直流偏置电压，将正负等幅正弦波整形为只有正电压的正弦波送入所述信号处理控制模块DSP的A/D端口进行数据采集；所述旋变磁端位置传感器双接口电路输出端的正弦信号SIN1与余弦信号COS1相位相差90度。

请参照图9，所述增量式光电位置传感器接口电路虽然接口电路有四路连接脚是共享的。但是由于任何时候只有一个转子位置传感器连接到驱动控制器，所以共享的脚位不会发生冲突。

所述增量式光电位置传感器接口电路包括三路并联式第一、第二、第三滤波网络，将所述第一、第二、第三滤波网络的信号由双端输入转入单端输入的信号接收器U300。所述增量式光电位置传感器接口电路的输出端信号包括A/B脉冲信号以及零位脉冲Z脉冲信号，其中A脉冲信号与B脉冲信号的相位差90度。

所述第一滤波网络包括并联设置的电阻R324与电阻R325、一端与电阻R324输出端连接且另一端与电阻R325输出端连接的电阻R334、与电阻R324输出端连接的电阻R333、与电阻R333并联设置的电容C308、与电阻R325输出端连接的电阻R335、与电阻R335并联设置的电容C309。电阻R333与电容C308的共同输入端接通有直流电源，电阻R335与电容C309的共同输出端接地设置。电阻R324的输入端与SIN+/A+/DATA+引脚14连接，且在连接线路上设置有电阻R318。电阻R325的输入端与SIN-/A-/DATA-引脚7连接，且在连接线路上设置有电阻R319。电阻R334的一端与电阻R333连接且另一端与电阻R335连接。电阻R333和电容C308的共同连接端、电阻R335和电容C309的共同连接端均与所述信号接收器U300的输入端连接。

所述第二滤波网络、所述第三滤波网络与所述第一滤波网络的设置结构原理相同，且区别在于输入端与所述连接端子中的连接引脚不同。

所述第二滤波网络包括并联设置的电阻R303与电阻R304、一端与电阻R303输出端连接且另一端与电阻R304输出端连接的电阻R312、与电阻R303输出端连接的电阻R308、与电阻R308并联设置的电容C305、与电阻R304输出端连接的电阻R313、与电阻R313并联设置的电容C302。电阻R308与电容C305的共同输入端接通有直流电源，电阻R313与电容C302的共同输出端接地设置。电阻R303的输入端与COS+/B+/CLOK+引脚8连接，且在连接线路上设置有电阻R300。电阻R304的输入端与COS-/B-/CLOK-引脚15连接，且在连接线路上设置有电阻R301。电阻R312的一端与电阻R308连接且另一端与电阻R313连接。电阻R308和电容C305的共同连接端、电阻R313和电容C302的共同连接端均与所述信号接收器U300的输入端连接。

所述第三滤波网络包括并联设置的电阻R326与电阻R327、一端与电阻R326输出端连接且另一端与电阻R327输出端连接的电阻R337、与电阻R326输出端连接的电阻R336、与电阻R336并联设置的电容C310、与电阻R327输出端连接的电阻R338、与电阻R338并联设置的电容C311。电阻R336与电容C310的共同输入端接通有直流电源，电阻R338与电容C311的共同输出端接地设置。电阻R326的输入端与GB Z+引脚12连接。电阻R327的输入端与GB Z-引脚5连接。电阻R337的一端与电阻R336连接且另一端与电阻R338连接。电阻R336和电容C310的共同连接端、电阻R338和电容C311的共同连接端均与所述信号接收器U300的输入端连接。电阻R318、电阻R319、电阻R300、电阻R301可采用开关替代。

所述增量式光电位置传感器接口电路的工作原理为：三路并联式的第一、第二、第三滤波网络分别对A脉冲信号、B脉冲信号以及Z脉冲信号进行过滤，避免接收到干扰脉冲影响解码精度。信号接收器U300为专用双端输入转单端输入的芯片，将A、B、Z脉冲信号转为单端信号后送入所述信号处理控制模块DSP的I/O端口进行数据采集。

请参照图10，所述绝对式光电位置传感器接口电路包括两路并联式的第四、第五滤波网络，将所述第四、第五滤波网络的信号进行转换的差分收发器U304。所述绝对式光电位置传感器接口电路的输出信号包括时钟信号SPICLK、数据信号SPIM ISO。

所述第四滤波网络包括共模电感L301、与共模电感L301两个输出端连接的电阻R370、与共模电感L301和电阻R370的一共同连接端连接的电容C332、与共模电感L301和电阻R370的另一共同连接端连接的电容C333。电容C332与电容C333连接且其连接处接地处理。共模电感L301与电容C332的共同连接端、共模电感L301与电容C333的共同连接端与差分收发器U304的输入端连接。共模电感L301的两个输入端与COS+/B+/CLOK+引脚8、COS-/B-/CLOK-引脚15连接，且在其连接路线上分别设置有电阻R384、电阻385。

所述第五滤波网络包括共模电感L302、与共模电感L302两个输出端连接的电阻R371、与共模电感L302和电阻R371的一共同连接端连接的电容C334、与共模电感L302和电阻R371的另一共同连接端连接的电容C335。电容C334与电容C335连接且其连接处接地处理。共模电感L302与电容C334的共同连接端、共模电感L302与电容C335的共同连接端与差分收发器U304的输入端连接。共模电感L302的两个输入端与SIN+/A+/DATA+引脚14、SIN-/A-/DATA-引脚7连接，且在其连接路线上分别设置有电阻R386、电阻387。电阻R384、电阻R385、电阻R386、电阻R387可采用开关替代。

所述绝对式光电位置传感器接口电路的工作原理为：两路并联式的第四、第五滤波网络分别对时钟信号和数据信号进行过滤，避免时钟信号和数据信号收到干扰，电阻R370和电阻R371为负载匹配电阻，通讯数据经过差分收发器U304的电平转换后送入所述信号处理控制模块DSP的SPI通讯接口采集数据。

请参照图11，所述霍尔元件位置传感器接口电路与所述增量式光电位置传感器接口电路的设置原理相同，且包括三路并联式第六、第七、第八滤波网络，将所述第六、第七、第八滤波网络的信号由双端输入转入单端输入的信号接收器U301。所述霍尔元件位置传感器接口电路的输出端信号包括U脉冲信号、V脉冲信号以及W脉冲信号，且三组信号相互之间的相位差均为120度。

所述第六滤波网络包括并联设置的电阻R328与电阻R329、一端与电阻R328输出端连接且另一端与电阻R329输出端连接的电阻R340、与电阻R328输出端连接的电阻R339、与电阻R339并联设置的电容C312、与电阻R329输出端连接的电阻R341、与电阻R341并联设置的电容C313。电阻R339与电容C312的共同输入端接通有直流电源，电阻R341与电容C313的共同输出端接地设置。电阻R328的输入端与REF+/U+引脚2连接，且在连接线路上设置有电阻R320。电阻R329的输入端与REF-/U-引脚3连接，且在连接线路上设置有电阻R321。电阻R340的一端与电阻R339连接且另一端与电阻R341连接。电阻R339和电容C312的共同连接端、电阻R341和电容C313的共同连接端均与所述信号接收器U301的输入端连接。

所述第七滤波网络包括并联设置的电阻R305与电阻R306、一端与电阻R305输出端连接且另一端与电阻R306输出端连接的电阻R315、与电阻R305输出端连接的电阻R314、与电阻R314并联设置的电容C303、与电阻R306输出端连接的电阻R316、与电阻R316并联设置的电容C304。电阻R314与电容C303的共同输入端接通有直流电源，电阻R316与电容C304的共同输出端接地设置。电阻R305的输入端与GB V+引脚1连接。电阻R306的输入端与GB V-引脚9连接。电阻R315的一端与电阻R314连接且另一端与电阻R316连接。电阻R314和电容C303的共同连接端、电阻R316和电容C304的共同连接端均与所述信号接收器U301的输入端连接。

所述第八滤波网络包括并联设置的电阻R330与电阻R331、一端与电阻R330输出端连接且另一端与电阻R331输出端连接的电阻R343、与电阻R330输出端连接的电阻R342、与电阻R342并联设置的电容C314、与电阻R331输出端连接的电阻R344、与电阻R344并联设置的电容C315。电阻R342与电容C314的共同输入端接通有直流电源，电阻R344与电容C315的共同输出端接地设置。电阻R330的输入端与GB W+引脚10连接。电阻R331的输入端与GB W-引脚4连接。电阻R343的一端与电阻R342连接且另一端与电阻R344连接。电阻R342和电容C314的共同连接端、电阻R344和电容C315的共同连接端均与所述信号接收器U301的输入端连接。电阻R320与电阻R321可采用开关替代。

所述霍尔元件位置传感器接口电路的工作原理为：三路并联式的第六、第七、第八滤波网络分别对U脉冲信号、V脉冲信号以及W脉冲信号进行过滤，避免接收到干扰脉冲影响解码精度。信号接收器U301为专用双端输入转单端输入的芯片，将U、V、W脉冲信号转为单端信号后送入所述信号处理控制模块DSP的I/O端口进行数据采集。

本实施例兼容多种转子位置反馈装置的伺服电机驱动控制器的有益效果在于：利用电机驱动控制器任何时候只与一个转子位置传感器相连的特点，通过设置一个能够兼容各种转子位置传感器输入的共同连接端子，通过连接端子便可实现各个转子位置传感器与接口电路连通的作用；同时结合设置带有与对应转子位置传感器的采集信号兼容的各种接口电路，通过在上位机中选择转子位置反馈装置的具体类型，则可以开启对应的接口电路对转子位置反馈装置采集的信号进行处理，并转换成信号处理控制模块DSP能够接受的信号，从而实现对电机的位置、速度、力矩以及电流控制，从而提高了控制器的通用性与兼容性；该电机驱动控制器可以与五种转子位置传感器中的任一种一起工作，从而为最终用户提供伺服电机驱动器通用性和灵活性，并降低伺服控制的生产成本，提高了产品竞争力。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。