專利名稱：一體化智能伺服電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種伺服電機(jī)，尤其涉及一種一體化智能伺服電機(jī)，它是各種伺服控制系統(tǒng)首選的一體化智能伺服電機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著伺服控制系統(tǒng)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)通常由運(yùn)動(dòng)控制器、伺服放大器、反饋編碼器和伺服電機(jī)組成，其運(yùn)動(dòng)控制器是通過(guò)電纜為伺服電機(jī)提供電源，反饋編碼器產(chǎn)生的伺服電機(jī)位置和速度信號(hào)也是通過(guò)電纜提供給伺服放大器的。實(shí)踐表明，電纜故障是導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)癱瘓的主要原因。由于伺服驅(qū)動(dòng)器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入工頻電源經(jīng)整流為直流電壓信號(hào)，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)。輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形，輸出回路電流信號(hào)可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，其中高次諧波通過(guò)電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。為此，伺服控制領(lǐng)域急需一種一體化的智能伺服電機(jī)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種將傳統(tǒng)的伺服電機(jī)、反饋裝置和驅(qū)動(dòng)放大器、運(yùn)動(dòng)控制器等合為一體，達(dá)到降低運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)的故障和對(duì)環(huán)境的電磁干擾，并具有電機(jī)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及維修功能的一體化智能伺服電機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是包括伺服電機(jī)，其特征在于還包括對(duì)電磁輻射源起屏蔽作用的伺服控制部殼體，在伺服控制部殼體內(nèi)設(shè)有為電源模塊提供控制信息的控制器，為控制器和伺服電機(jī)提供穩(wěn)定電源的電源模塊；為控制器提供伺服電機(jī)信息的反饋裝置；為控制器提供與上位機(jī)相連的輸入、輸出的I/O模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊，并將上述伺服控制部殼體通過(guò)連接件固定于伺服電機(jī)殼體上。
所述的伺服電機(jī)是交流伺服電機(jī)或直流伺服電機(jī)。
所述的反饋裝置包括下述部分用于為控制器提供速度、位置檢測(cè)信息的編碼器，用光學(xué)編碼器或磁編碼器；用于為控制器提供轉(zhuǎn)矩檢測(cè)信息的電流傳感器，它由取樣電阻、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和放大器組成或直接采用霍耳電流傳感器；用于將檢測(cè)后的速度、位置和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。
所述的電源模塊包括下述部分對(duì)外部輸入的工頻電源整流為直流信號(hào)的整流模塊；將整流后的直流信號(hào)進(jìn)行濾波的濾波電容；將濾波后的直流信號(hào)逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)的逆變模塊；為逆變模塊提供功率驅(qū)動(dòng)信息的功率驅(qū)動(dòng)單元。
所述的控制器包括下述部分用于PID控制和模糊控制的可編程器件或高性能單片機(jī)的主控芯片；通過(guò)顯示元件顯示各伺服參數(shù)和控制模式的顯示模塊；用于為控制器提供設(shè)定位置參數(shù)的位置設(shè)定單元、設(shè)定轉(zhuǎn)矩參數(shù)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定單元、設(shè)定速度參數(shù)的速度設(shè)定單元。
所述的I/O模塊包括通信接口RS232、RS485或鍵盤輸入接口，它用于實(shí)現(xiàn)控制模式的輸入，與控制器相連。
所述的網(wǎng)絡(luò)接口模塊用現(xiàn)場(chǎng)總線接口或工業(yè)以太網(wǎng)接口，并與控制器相連。
所述的顯示元件、編碼器信號(hào)輸入輸出端子、鍵盤輸入接口、電源和通訊接口，設(shè)于伺服控制部殼體的上面。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用了以上的整合技術(shù)，一體化智能電機(jī)具有以下的優(yōu)點(diǎn)和效果1、由于取消了部分控制線和信號(hào)線及其接頭，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的可靠性。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間、安裝方便，適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)，故障率低。
3、通過(guò)伺服控制部殼體對(duì)輻射源進(jìn)行了屏蔽，降低了對(duì)環(huán)境的電磁干擾。
4、用戶無(wú)需繁瑣的匹配電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制器，選擇和使用簡(jiǎn)單，靈活性強(qiáng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更方便，大大減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。
5、一體化智能伺服電機(jī)維修方便，只需要更換電機(jī)就等于更換了一個(gè)控制軸，無(wú)需派專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查診斷故障部位，大大節(jié)省了人力。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的安裝方式示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的安裝方式示意圖。
圖4是本實(shí)用新型的原理圖。
圖中伺服電機(jī)1，反饋裝置2，電源模塊3，控制器4，I/O模塊5，網(wǎng)絡(luò)接口模塊6，電源7，伺服控制部殼體8，顯示元件C，編碼器信號(hào)輸入輸出端子D，鍵盤輸入接口E，電源和通訊接口F，螺栓G，編碼器21，電流傳感器22，取樣電阻221，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置222，放大器223，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊23，整流模塊31，濾波電容32，逆變模塊33，功率驅(qū)動(dòng)單元34，主控芯片41，顯示模塊51，鍵盤輸入52，位置設(shè)定單元53，轉(zhuǎn)矩設(shè)定單元54，速度設(shè)定單元55。
具體實(shí)施方式
參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)詳細(xì)說(shuō)明如下實(shí)施例1如圖1、2所示，包括伺服電機(jī)1，還包括對(duì)電磁輻射源起屏蔽作用的伺服控制部殼體8，在伺服控制部殼體8內(nèi)設(shè)有為電源模塊3提供控制信息的控制器4；為控制器4和伺服電機(jī)1提供穩(wěn)定電源的電源模塊3；為控制器4提供伺服電機(jī)1信息的反饋裝置2，為控制器4提供與上位機(jī)相連的輸入、輸出的I/O模塊5和網(wǎng)絡(luò)接口模塊6，將上述伺服控制部殼體8通過(guò)螺栓G固定于伺服電機(jī)1殼體上。為一體化智能伺服電機(jī)提供工頻電源的電源7與電源模塊3相連，控制器4根據(jù)反饋裝置2對(duì)電源模塊3實(shí)測(cè)的速度、位置和轉(zhuǎn)矩信息，與設(shè)定的速度、位置和轉(zhuǎn)矩信息計(jì)算出相應(yīng)的控制信號(hào)，作為電源模塊3的輸入信號(hào)，從而完成伺服電機(jī)1的伺服控制。
如圖2所示是將顯示元件C、編碼器信號(hào)輸入輸出端子D、鍵盤輸入接口E、電源和通訊接口F，設(shè)于伺服控制部殼體8的后端蓋上。
控制器4采用高性能的FPGA為主控芯片，通過(guò)在小誤差時(shí)采用PID控制，在大誤差時(shí)采用模糊控制，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的位置、速度和轉(zhuǎn)矩伺服，通過(guò)S型變化曲線或T型變化曲線實(shí)現(xiàn)位置的精確伺服和速度平滑伺服，提高伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的響應(yīng)性和控制性能。
I/O模塊5采用通信接口RS232實(shí)現(xiàn)控制模式的輸入，顯示模塊51為液晶屏，顯示被設(shè)定的參數(shù)和控制模式。網(wǎng)絡(luò)接口模塊6采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維修。
實(shí)施例2如圖1、3所示，包括伺服電機(jī)1，還包括對(duì)電磁輻射源起屏蔽作用的伺服控制部殼體8，在伺服控制部殼體8內(nèi)設(shè)有為電源模塊3提供控制信息的控制器4；為控制器4和伺服電機(jī)1提供穩(wěn)定電源的電源模塊3；為控制器4提供伺服電機(jī)1信息的反饋裝置2，為控制器4提供與上位機(jī)相連的輸入、輸出的I/O模塊5和網(wǎng)絡(luò)接口模塊6，將上述伺服控制部殼體8通過(guò)螺栓G固定于伺服電機(jī)1殼體上。為一體化智能伺服電機(jī)提供工頻電源的電源7與電源模塊3相連，電源模塊3為伺服電機(jī)1和控制器4提供電能，控制器4根據(jù)反饋裝置2實(shí)測(cè)的速度、位置和轉(zhuǎn)矩信息，與設(shè)定的速度、位置和轉(zhuǎn)矩信息計(jì)算出相應(yīng)的控制信號(hào)，作為電源模塊3的輸入信號(hào)，從而完成伺服電機(jī)1的伺服控制。
如圖3所示是將顯示元件C、編碼器信號(hào)輸入輸出端子D、輸入接口E、電源和通訊接口F，設(shè)于伺服控制部殼體8的殼體上。
控制器4采用高性能的MCU為主控芯片，通過(guò)在小誤差時(shí)采用PID控制，在大誤差時(shí)采用模糊控制，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的位置、速度和轉(zhuǎn)矩伺服，通過(guò)S型變化曲線或T型變化曲線實(shí)現(xiàn)位置的精確伺服和速度平滑伺服，提高伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的響應(yīng)性和控制性能。
I/O模塊5采用通信接口RS485實(shí)現(xiàn)控制模式的輸入，顯示模塊51為數(shù)碼管，顯示被設(shè)定的參數(shù)和控制模式。網(wǎng)絡(luò)接口模塊6采用CANBUS工業(yè)以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與維修。
實(shí)施例3I/O模塊5采用鍵盤輸入52實(shí)現(xiàn)控制模式的輸入。其它同實(shí)施例1或?qū)嵤├?。
下面是本實(shí)用新型在傳統(tǒng)電機(jī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本實(shí)用新型特有的伺服控制器，以交流伺服電機(jī)為例的一體化智能伺服電機(jī)工作原理。
如圖4所示，交流電源7經(jīng)單相整流或三相整流器件的整流模塊31整流為直流信號(hào)，通過(guò)濾波電容32濾波，將濾波后的直流信號(hào)逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電源的AC到DC的轉(zhuǎn)換，將整流后的電能傳遞給伺服電機(jī)1，通過(guò)穩(wěn)壓電路，也為控制器4中各電子器件提供電能。
編碼器21測(cè)量伺服電機(jī)1的速度和位置，并將實(shí)測(cè)的速度和位置數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊23，為主控芯片41提供伺服電機(jī)1當(dāng)前的速度和位置信息，主控芯片41根據(jù)設(shè)定的速度和位置信息與處理后的速度和位置信息，采用PID和模糊控制的算法，計(jì)算出功率驅(qū)動(dòng)單元34的控制輸入量，從而驅(qū)動(dòng)逆變模塊33，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)1的速度和位置伺服，確保了伺服控制的實(shí)時(shí)性；電流傳感器22包括取樣電阻221、放大器223和模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置222，為主控芯片41提供母線電流信號(hào)，通過(guò)電流環(huán)、轉(zhuǎn)矩環(huán)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩伺服。
主控芯片41根據(jù)位置設(shè)定單元53、轉(zhuǎn)矩設(shè)定單元54和速度設(shè)定單元55確定伺服電機(jī)1的控制運(yùn)行方式，其轉(zhuǎn)矩設(shè)定單元54，通過(guò)電位器輸入電壓信號(hào)設(shè)置轉(zhuǎn)矩大??；速度設(shè)定單元55，通過(guò)輸入電壓信號(hào)設(shè)置速度的大小；位置設(shè)定單元53，通過(guò)輸入A相、B相信號(hào)，實(shí)現(xiàn)位置的設(shè)定信號(hào)的輸入，方便與運(yùn)動(dòng)控制卡連接或通過(guò)上位機(jī)或PLC控制實(shí)現(xiàn)速度、位置的數(shù)字化設(shè)定，實(shí)現(xiàn)速度伺服、轉(zhuǎn)矩伺服和位置伺服。用鍵盤輸入52實(shí)現(xiàn)伺服參數(shù)的設(shè)定；顯示模塊51顯示各伺服參數(shù)和控制模式；采用網(wǎng)絡(luò)接口模塊6實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)1的遠(yuǎn)程控制和多個(gè)伺服電機(jī)1的連動(dòng)控制。
權(quán)利要求1.一種一體化智能伺服電機(jī)，包括伺服電機(jī)(1)，其特征在于還包括對(duì)電磁輻射源起屏蔽作用的伺服控制部殼體(8)，在伺服控制部殼體(8)內(nèi)設(shè)有為電源模塊(3)提供控制信息的控制器(4)，為控制器(4)和伺服電機(jī)(1)提供穩(wěn)定電源的電源模塊(3)；為控制器(4)提供伺服電機(jī)(1)信息的反饋裝置(2)；為控制器(4)提供與上位機(jī)相連的輸入、輸出的I/O模塊(5)和網(wǎng)絡(luò)接口模塊(6)，將上述伺服控制部殼體(8)通過(guò)連接件固定于伺服電機(jī)(1)的殼體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化智能伺服電機(jī)，其特征在于所述的伺服電機(jī)(1)是交流伺服電機(jī)或直流伺服電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化智能伺服電機(jī)，其特征在于所述的反饋裝置(2)包括下述部分用于為控制器(4)提供速度、位置檢測(cè)信息的編碼器(21)，采用光學(xué)編碼器或磁編碼器；用于為控制器(4)提供轉(zhuǎn)矩檢測(cè)信息的電流傳感器(22)，它由取樣電阻(221)、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置(222)和放大器(223)組成或直接采用霍耳電流傳感器；用于將檢測(cè)后的速度、位置和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化智能伺服電機(jī)，其特征在于所述的電源模塊(3)包括下述部分對(duì)外部輸入的工頻電源整流為直流信號(hào)的整流模塊(31)；將整流后的直流信號(hào)進(jìn)行濾波的濾波電容(32)；將濾波后的直流信號(hào)逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)的逆變模塊(33)；為逆變模塊(33)提供功率驅(qū)動(dòng)信息的功率驅(qū)動(dòng)單元(34)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化智能伺服電機(jī)，其特征在于所述的控制器(4)包括下述部分用于PID控制和模糊控制的可編程器件或高性能單片機(jī)的主控芯片(41)；通過(guò)顯示元件(C)顯示各伺服參數(shù)和控制模式的顯示模塊(51)；用于為控制器(4)提供設(shè)定位置參數(shù)的位置設(shè)定單元(53)、設(shè)定轉(zhuǎn)矩參數(shù)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定單元(54)、設(shè)定速度參數(shù)的速度設(shè)定單元(55)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化智能伺服電機(jī)，其特征在于所述的I/O模塊(5)包括通信接口RS232、RS485或鍵盤輸入(52)，它用于實(shí)現(xiàn)控制模式的輸入，與控制器(4)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化智能伺服電機(jī)，其特征在于所述的網(wǎng)絡(luò)接口模塊(6)用現(xiàn)場(chǎng)總線接口或工業(yè)以太網(wǎng)接口，并與控制器(4)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求3、4、6、7所述的一體化智能伺服電機(jī)，其特征在于所述的顯示元件(C)、編碼器信號(hào)輸入輸出端子(D)、鍵盤輸入接口(E)、電源和通訊接口(F)，設(shè)于伺服控制部殼體(8)的上面。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種伺服電機(jī)，包括伺服電機(jī)，還包括對(duì)電磁輻射源起屏蔽作用的伺服控制部殼體，其內(nèi)設(shè)有為電源模塊提供控制信息的控制器，為控制器和伺服電機(jī)提供電源的電源模塊；為控制器提供伺服電機(jī)信息的反饋裝置；為控制器提供與上位機(jī)相連的I/O模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊，并將上述伺服控制部殼體通過(guò)連接件固定于伺服電機(jī)的殼體上。因取消了部分控制線和信號(hào)線及其接頭，降低了對(duì)環(huán)境的電磁干擾和生產(chǎn)成本，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)，故障率低，提高了產(chǎn)品的可靠性，用戶無(wú)需繁瑣的匹配電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制器，靈活性強(qiáng)，設(shè)計(jì)與維修更方便，更換電機(jī)就等于更換了一個(gè)控制軸，無(wú)需專人到現(xiàn)場(chǎng)檢查診斷故障部位，大大節(jié)省了人力。
文檔編號(hào)G05D3/20GK2783384SQ200520090578
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者袁衛(wèi)華 申請(qǐng)人:袁衛(wèi)華