具有单轴控制功能的同步交流伺服驱动装置

　　在精密定位控制的要求越来越高的工业控制领域，作为执行机构的伺服电机以其响应速度快，定位精度高的优势特点而得到了广泛的应用。而同步交流伺服驱动装置,即是控制系统与伺服电机中间不可缺少的环节。

　　在自动化领域很多场合需要实现单轴的重复、高速、高精度定位，通常情况下为了实现这样的功能需要有一个上位机和一套伺服系统(包括伺服驱动装置和伺服电 机)组成。而具有单轴控制功能的同步交流伺服驱动装置(以下简称单轴驱动装置)，因为其自身具有单轴控制功能，可以在组成上述的单轴控制系统时，不需要上位机，简化了系统的组成;因为其没有与上位机或单轴控制器之间的通讯接口，大大提高了系统的可靠性，从整体上降低了系统成本。

　　单轴驱动装置简介

　　单轴驱动装置通过采用数字信号处理器(dsp)和大规模可编程门阵(cpld)实现全数字式控制。功率部分采用大功率的智能功率模块(ipm)，具备完善 的保护功能。单轴驱动装置的输入/输出口为可编程口，可灵活配置，能满足多种不同应用场合的需要。为了满足用户对单轴控制的需要，设置有用户可编程的程序段，用户通过在程序的编辑运动控制指令来实现单轴运动和输入输出的控制。

　　硬件设计

　　单轴驱动装置主要由电源电路、接口电路、按键显示、dsp、cpld和功率电路组成。

　　dsp的i/o口与按键显示相连，接口电路与cpld相连接。dsp与cpld通过dsp的外部数据总线相连，dsp通过它的外部数据总线，从cpld输 入或输出相应的控制信号。dsp输出的pwm信号经中间驱动电路后送功率电路中的ipm模块。电源电路负责提供整个装置内部的电源。

　　dsp是整个单轴驱动装置的核心，它负责对用户程序段中的运动指令进行解释执行，并输出相应的pwm信号给ipm功率模块，控制电机运行。dsp采用的是 ti公司的tms320lf2407a，芯片具有低成本、低功耗、高性能的处理能力。它采用高性能静态cmos技术，哈佛结构，使供电电源降为 3.3v，4级流水线作业，40mips的执行速度，指令周期为25ns;32k字的片内flash程序存储器，2.5k字的片内ram;片内集成了2个事件管理模块eva和evb，每个包括:两个16位通用定时器;8个16位脉宽调制通道。片内集成光电编码器接口电路;具有16通道10位ad转换器、 can、spi、sci通信模块等多种片内设备，几乎不用外接外设。并且该模块支持多种触发方式。

　　cpld的主要作用是为dsp和外部可编程io提供一个通路，并负责单轴驱动装置的逻辑、报警处理。cpld选用的是lattice公司的 ispmach4128。该芯片采用3.3v供电，i/o口5v容忍，最高速度达333mhz，具有128个宏单元、68个io口，功耗低。其性能指示能 够满足设计需要。

　　功率电路采用三菱公司的ipm功率模块，具有短、过流、高温、欠压保护功能。广泛应用于供电、电机驱动等领域。

　　软件设计

　　dsp单轴功能软件设计

　　单轴驱动装置其功能实现主要dsp内部的软件实现。通用型伺服驱动装置的dsp软件功能主要是实现对伺服电机的位置环、速度环和电流环的控制;此时驱动装置通过接收上位机的指令来驱动电机运动。单轴驱动装置，它可以让用户自行编辑单轴运动程序，并按照程序做单轴循环运行及输入、输出信号处理。它可以运行在 手动模式和自动运行模式。在手动模式下，它可以通过输入点和手轮信号来驱动电机运行;在自动运行模式下，它能独立按用户程序驱动电机做单轴循环运行及输 入、输出信号处理。

　　单轴驱动装置中，dsp通过解释程序段中的用户编辑的运动指令，将其转换为相应的位置指令或速度指令和相应的io点处理。以广州数控的da98b为例，单 轴编程指令在da98b工作在单轴控制方式下供用户编写运动控制程序所用的指令，一共有三条:pos位置指令、spd速度指令和end循环结束指令。

　　指令的格式，以pos指令为例:

　　cpld软件设计

　　+vhdl方式。底层功能模块采用vhdl语言进行设计，最顶层采用原理图设计，将底层功能模块有机的整合到一起，实现完整的io控制及逻辑报警处 理。

　　cpld功能模块主要由双向数据总线模块，地址译码模块，数字输入模块，数字输出模块和逻辑报警处理模块等组成。

　　双向数据总线模块和地址译码模块组成了数据总线接口，与dsp的外部数据总线相连。数字输入模块的功能是将外部数字量和装置内部的数字量送到双向数据总线模块。数字输出模块的功能是将双向数据总线送来的数字量分配到外部输 出口和装置内部。逻辑报警处理模块的功能是将装置内部产生的报警信号进行逻辑处理，并产生相应的报警信号和报警控制信号，以保护装置内部的重要部分。

　　由于单轴驱动装置的各种优点，使得其应用领域相当广泛，表2所示为其可以适用的控制领域。

　　它由广州数控设备有限公司生产的da98b交流伺服单轴控制装置(包括伺服电机)、主轴电机、滑台和其它一些器件构成。该 款单轴装置扩展了4对i/o点，用户编程简单，操作方便，性价比高。图中伺服电机与滑台的丝杆连接，伺服电机带丝杆转动，丝杆再推动滑台上的主轴电机进退。sq1-sq3为3个定位接近开关，主轴电机的起、停由单轴控制装置输出信号控制。首先滑台在sq1位置时，按启动按钮，启动单轴循环;伺服电机以 1000r/min正转，滑台快进到sq2位置，sq2输出高电平，使伺服电机转速降为100r/min，同时单轴装置输出信号启动主轴电机转动;滑台慢 速攻进到sq3位置后，受sq3控制停止攻进，并延时1s;然后伺服电机以100 r/min反转，滑台攻退到sq2位置后，主轴电机停转;伺服电机转速变为1000 r/min反转，滑台快退到sq1位置后停止;完成一次循环。该循环可以由用户编程定义循环次数或无限循环。

　　结语

　　单轴驱动装置与通用伺服驱动装置相比，方便简单的控制优势显现，简洁的用户编程手段或远程编程，在自动化领域的应用前景可观。