一种直线电机驱动器的制造方法
【专利摘要】一种直线电机驱动器，包括TMS320F28335处理器、整流滤波模块、IPM模块、驱动模块、故障检测与保护模块、电流反馈单元、位置和速度反馈单元、电源模块、通信模块、状态指示单元、24V数字I/O接口、三相380V交流电源以及24V直流供电电源，所述24V直流供电电源的输出端与电源模块连接；TMS320F28335处理器的输出端与故障检测与保护模块、驱动模块、24V数字I/O接口、通信模块双向连接，与状态指示单元连接单向连接。本实用新型具有丰富的定位控制功能，支持脉冲、USB、RS232及现场总线多种控制方式，可以实现对直线电机精准的位置控制，适用于工业环境下的系统集成。
【专利说明】
一种直线电机驱动器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电机驱动【技术领域】，特别是涉及到一种直线电机驱动器。
【背景技术】
[0002]近年来，随着超高速切削、超精密加工等先进制造技术的发展，对机床各项性能指标提出了越来越高的要求。同时也对机床进给系统的伺服性能提出了更高的要求:要有很高的驱动力、快速进给速度和极高的快速定位精度。高速度、高加速度和高精度是现代数控伺服驱动的要求及发展趋势。直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置，具有高精度、高速度和“零传动”特性，配合直线电机驱动器可以实现精准的位置控制及丰富的定位控制，因此直线电机及其驱动系统正在成为高档数控机床的重要功能部件，是高端数控设备未来的发展趋势，但是我国目前自主研制的直线电机驱动器在控制精度、响应速度方面与国外著名企业存在较大差距，且已成为制约我国发展高精度数控系统产业的瓶颈问题。传统的直线电机驱动器控制板采用03？和两个芯片，03？主要完成矢量变换、？10控制算法，主要完成逻辑处理，电路过于复杂导致驱动器控制板成本高、结构布局与走线难度大。113320？28335是II公司的一款113320(^28^系列浮点数字信号处理器。与以往的定点03？相比，该器件具有精度高、成本低、功耗小、性能高、外设集成度高、八/0转换更精确快速等特点，具有150册12的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个0嫩通道支持八0(^1083？和211？，有多达18路的？丽输出，其中有6路为丁1特有的更高精度的？丽输出(册?丽)，12位16通道八IX:，与前代03？相比，平均性能提高50^^并与定点^日工控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。但是将113320？28335作为电机驱动主芯片的设计目前还并未完善。因此，现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种直线电机驱动器，具有丰富的定位控制功能，支持脉冲、旧8、83232及现场总线多种控制方式，可以实现对直线电机精准的位置控制，并支持总线和狀卜虹-…!'总线，适用于工业环境下的系统集成。
[0004]一种直线电机驱动器，包括113320？28335处理器、整流滤波模块、1？1模块、驱动模块、故障检测与保护模块、电流反馈单元、位置和速度反馈单元、电源模块、通信模块、状态指示单元、2价数字1/0接口、三相3807交流电源以及2价直流供电电源，所述2价直流供电电源的输出端与电源模块连接；所述电源模块的输出端与113320？28335处理器连接；所述113320？28335处理器的输出端与故障检测与保护模块、驱动模块、2价数字1/0接口、通信模块双向连接，与状态指示单元单向连接；所述三相38(^交流电源的输出端与整流滤波模块连接，整流滤波模块的输出端与1？1模块连接，所述1？1模块的输出端与直线电机和电流反馈单元连接，1？1模块与驱动模块双向连接，所述驱动模块与故障检测与保护模块双向连接；所述电流反馈单元的输出端与113320？28335处理器连接；所述直线电机的输出端与位置和速度反馈单元连接，所述位置和速度反馈单元的输出端与113320？28335处理器连接；
[0005]所述113320？28335处理器包括电源电路、复位电路、1X^6调试电路、外部扩展16位存储空间为512X8的静态随机存储器3狀1、外部扩展118的[匕也，所述外部扩展16位存储空间为512X8的静态随机存储器3狀1直接与113320？28335处理器的地址总线和数据总线连接。
[0006]所述位置和速度反馈单元包括331编码器接口电路、正余弦编码器接口电路以及编码器电源电路，所述正余弦编码器接口电路与113320？28335处理器的八IX:引脚联通。
[0007]所述通信模块包括控制器局域网络…队网络协议、83232接口以及[382.0 接口。
[0008]所述状态指示单元上设置有5个颜色各不相同的[￡0指示灯。
[0009]所述2价数字1/0接口包括6通道数字输入接口和4通道数字输出接口。
[0010]所述2价数字1/0接口内部设置有光耦隔离器。
[0011]通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果:一种直线电机驱动器，具有丰富的定位控制功能，支持脉冲、旧8、83232及现场总线多种控制方式，可以实现对直线电机精准的位置控制，并支持总线和狀卜虹-…!'总线，适用于工业环境下的系统集成。通信模块内置的狀卜虹-…!'网络协议运动控制总线及先进伺服驱动器所具备的智能保护功能，包括过压保护、欠压保护、过流保护、超速保护、过载保护、制动异常提示、位置超差及编码器故障提示功，狀“!'-…!'通讯规范的设计与多种运动控制器完美结合，体现机械自动化领域高速同步的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的说明:
[0013]图1为本实用新型一种直线电机驱动器总体系统流程示意图。
[0014]图2为本实用新型位置和速度反馈单元正余弦磁栅尺差分输入电路图。
[0015]图3为本实用新型直流母线电压检测电路图。
[0016]图4为本实用新型编码器电源电路图。
[0017]图5为本实用新型113320？28335处理器最小系统电路图。
[0018]图6为本实用新型…8接口电路图。
[0019]图7为本实用新型狀1161~-0\1通信接口电路图。
[0020]图8为本实用新型2价数字1/0接口电路图。
[0021]其中1-113320？28335处理器、2-整流滤波模块、3-1？1模块、4-驱动模块、5-故障检测与保护模块、6-电流反馈单元、7-位置和速度反馈单元、8-电源模块、9-通信模块、10-状态指示单元、11-247数字1/0接口、12-三相3807交流电源、13-2价直流供电电源、14-直线电机。
【具体实施方式】
[0022]本实用新型提供一种直线电机驱动器，本实用新型公开的直线电机驱动器是由丁13320？28335处理器(1)、整流滤波模块(2)391模块(3)、驱动模块(4)、故障检测与保护模块(5)、电流反馈单元(6)、位置和速度反馈单元(7)、电源模块(8)、通信模块(9)、状态指示单元(10)和2价数字1/0接口(11)组成，为使本实用新型的结构特点、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的附图对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0023]如图1所示，为本实用新型的总体系统框图，本实用新型的驱动器的核心控制处理器为113320？28335处理器(1)，113320？28335处理器(1)接收电流反馈单元(6)和位置和速度反馈单元(7)提供的的电流、位置、速度数据通过矢量变换和？10闭环控制，然后提供控制信号给驱动模块(4)，驱动模块(4)将控制信号放大后驱动1？1模块(3)输出直线电机所需的电压和电流，同时113320528335(1)可以通过故障检测与保护模块(5)传送回来的信号判断驱动器工作是否正常并通过状态指示单元(10)显示，若发生故障可立即关断
模块(3)输出，可以避免驱动器各模块收到损坏，118320^28335(1)还与通信模块(9)连接可以实现与上位机通信，了13320828335(1)还扩展了 2价数字170接口(11),用于脉冲控制。在使用时1？1模块⑶输出连接到直线电机(14),电源供电需要三相3807交流电
(12)和2价直流供电电源(13)。
[0024]118320？28335处理器(1)是本实用新型的核心处理器，图5为113320？28335处理器⑴的最小系统电路图，包括电源电路、复位电路、II'‘调试电路、外部扩展16位存储空间为512X8的3狀1、外部扩展118的[匕也，电源电路、复位电路和II调试电路是118320？28335工作时必需电路，外部扩展16位存储空间为5121(8的3狀1是因为本实用新型的算法复杂、程序量大，外部扩展3狀1可以保证程序有足够的运行空间，本电路外部扩展的3狀1直接与113320？28335处理器(1)的地址总线和数据总线连接，访问速度快，外部扩展118的是为了存储驱动器的配置参数和用户程序。
[0025]故障检测与保护模块(5)包括过压、欠压保护电路部分、过流和1？1过热检测部分，以及超速、制动异常、位置超差、及编码器故障处理部分，过压、欠压保护电路部分是通过检测直流母线电压判断直流母线电压是否在正常工作范围内，当电压过高时启动制动电阻降低直流母线电压，当电压过低时报警并关闭驱动输出，如图3所示为直流母线电压检测电路图，过流和1？1过热检测部分通过检测1？1的过流和过热反馈信号判断是否过流或过热，超速、制动异常、位置超差、及编码器故障属于软件部分，在程序执行过程中可以对超速、制动异常、位置超差、及编码器故障进行判断并报警。
[0026]位置和速度反馈单元(7)包括331编码器接口、正余弦编码器接口和编码器电源电路，113320？28335处理器(1)的多通道串行接口可以兼容331协议，331编码器电路直接连接到113320？28335处理器(1)的多通道串行接口上实现对支持331协议的编码器，如图2所示，正余弦编码器接口通过差分电路将正余弦差分信号采集并传送到113320？28335处理器(1)的八IX:引脚，图4所示为编码器电源电路，通过此电源电路可以为编码器提供稳定的讯直流电源。
[0027]通信模块(9)提供…队1？8232和…82.0四种通讯接口，因为丁13320？28335处理器(1)内部支持0^协议，因此只要在113320？28335处理器(1)的0^协议引脚添加总线收发器芯片皆可实现总线通信，同时113320？28335具有串行接口，通过113320？28335处理器(1)的串行接口连接83232转换芯片嫩乂3232即可实现尺3232通信，图6所示为…82.0接口电路，^882.0接口通过中间转换芯片完成…82.0协议通信，图7所示为2访61~-0\1通信接口电路，采用倍福公司的2访61~-0\1控制板，通过118320？28335处理器(1)的数据总线和地址总线与倍福公司的控制板连接实现对2^161-011协议的支持。
[0028]如图8所示为2价数字1/0接口电路(11)，包括6通道数字输入接口和4通道数字输出接口，本实用新型所提供的2价数字1/0接口电路(11)均有有光耦隔离，提高了系统的抗干扰能力，并且以为113320？28335处理器(1)的1/0接口资源有限，本方案采用1?总线扩展1/0的方法，大大节省了 113320？28335处理器(1)的资源。
[0029]以上所述是本实用新型的优选实时方案，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种直线电机驱动器，其特征是:包括TMS320F28335处理器(I)、整流滤波模块(2)、IPM模块(3)、驱动模块(4)、故障检测与保护模块(5)、电流反馈单元(6)、位置和速度反馈单元(7)、电源模块(8)、通信模块(9)、状态指示单元(10)、24V数字I/O接口 (11)、三相380V交流电源(12)以及24V直流供电电源(13)，所述24V直流供电电源(13)的输出端与电源模块(8)连接；所述电源模块(8)的输出端与TMS320F28335处理器(I)连接；所述TMS320F28335处理器(I)的输出端与故障检测与保护模块(5)、驱动模块(4)、24V数字I/O接口(11)、通信模块(9)双向连接，与状态指示单元(10)单向连接；所述三相380V交流电源(12)的输出端与整流滤波模块⑵连接，整流滤波模块⑵的输出端与IPM模块(3)连接，所述IPM模块(3)的输出端与直线电机(14)和电流反馈单元(6)连接，IPM模块(3)与驱动模块⑷双向连接，所述驱动模块⑷与故障检测与保护模块(5)双向连接；所述电流反馈单元(6)的输出端与TMS320F28335处理器⑴连接；所述直线电机(14)的输出端与位置和速度反馈单元(7)连接，所述位置和速度反馈单元(7)的输出端与TMS320F28335处理器⑴连接； 所述TMS320F28335处理器(I)包括电源电路、复位电路、JTAG调试电路、外部扩展16位存储空间为512KB的静态随机存储器SRAM、外部扩展IMB的Flash，所述外部扩展16位存储空间为512KB的静态随机存储器SRAM直接与TMS320F28335处理器(I)的地址总线和数据总线连接。
2.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动器，其特征是:所述位置和速度反馈单元(7)包括SSI编码器接口电路、正余弦编码器接口电路以及编码器电源电路，所述正余弦编码器接口电路与TMS320F28335处理器(I)的ADC引脚联通。
3.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动器，其特征是:所述通信模块(9)包括控制器局域网络CAN、Ether-CAT网络协议、RS232接口以及USB2.0接口。
4.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动器，其特征是:所述状态指示单元(10)上设置有5个颜色各不相同的LED指示灯。
5.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动器，其特征是:所述24V数字I/O接口(11)包括6通道数字输入接口和4通道数字输出接口。
6.根据权利要求1或5所述的一种直线电机驱动器，其特征是:所述24V数字I/O接口(11)内部设置有光耦隔离器。
【文档编号】H02P25/06GK204145353SQ201420644545
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】陈明山, 高士红, 闫云祝, 张帆, 刘帅 申请人:吉林恒隆控股集团有限公司