伺服驱动器的转接控制装置的制作方法

本实用新型实施例涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种伺服驱动器的转接控制装置。

背景技术：

松下MINAS A5伺服驱动器是目前国内应用最多、需求量最大、市场覆盖率最高的伺服产品之一，它具有超高速响应、智能化、更轻巧、使用方便、安全等级高等优势。松下MINAS A5控制器实现了行业最快的速度响应频率2kHz，定位快速、响应延迟低；采用20位的增量型编码器，动作平滑、停止时的振动低，缩短了高精度定位时间；通过对电机和控制算法的优化，降低了齿槽效应，提高速度稳定性和电机旋转位置带来的转矩脉动，从而大幅提高了定位的稳定性。但是在较为复杂的应用工况下，松下MINAS A5控制器需要与PLC进行配合使用，从而实现对电机运行速度和运行位置的精确控制。图1示出了上述应用电路的逻辑结构。

在许多应用场景中，如微型断路器寿命检测装置，只需实现高精度的往复运动这一种较为简单的工况；PLC控制器又存在着成本过高、体积过大、操作复杂、性能浪费严重等问题。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种伺服驱动器的转接控制装置，以避免采用PLC造成的成本过高、体积过大、操作复杂、性能浪费严重的问题。

本实用新型实施例提供了一种伺服驱动器的转接控制装置，所述装置包括：

输入信号电平转换电路，包括光电耦合器，用于将输入信号进行电平转换；

单片机最小电路，与所述输入信号电平转换电路电连接，用于对经过电平转换的输入信号进行处理，以输出对电机进行控制的脉冲序列；

脉冲序列输出电路，与所述单片机最小电路电连接，用于对所述电机输出所述脉冲序列；

输出信号电平转换电路，与所述脉冲序列输出电路电连接，用于对输出的所述脉冲序列进行电平转换。

本实用新型实施例提供的伺服驱动器的转接控制装置，通过采用专门为MINAS A5伺服驱动器的控制而设计的输入信号电平转换电路、单片机最小电路、脉冲序列输出电路，以及输出信号电平转换电路，有效的避免了采用MINAS A5控制器时成本过高、体积过大、操作复杂、性能浪费严重的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术提供的MINAS A5伺服驱动器的应用电路的原理图；

图2是本实用新型实施例提供的伺服驱动器的转接控制装置的电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的输入信号电平转换电路的电路原理图；

图4是本实用新型实施例提供的晶振单元的电路原理图；

图5是本实用新型实施例提供的数字模拟地耦合单元的电路原理图；

图6A是一种优选实施方式下脉冲序列输出电路的电路原理图；

图6B是另一种优选实施方式下脉冲序列输出电路的电路原理图；

图7是本实用新型实施例提供的输出信号电平转换电路的电路原理图；

图8是本实用新型实施例提供的状态指示电路的电路原理图；

图9是本实用新型实施例提供的隔离串行通信电路的电路原理图；

图10是本实用新型实施例提供的电机制动器控制电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实施例提供了伺服驱动器的转接控制装置的一种技术方案。图2提供了伺服驱动器的转接控制装置的电路原理图。参见图2，伺服驱动器的转接控制装置包括：输入信号电平转换电路21、单片机最小电路22、脉冲序列输出电路23，以及输出信号电平转换电路24。

输入信号电平转换电路21用于对输入信号进行电平转换。需要对输入信号进行电平转换的原因在于，MINAS A5伺服驱动器的输出信号内部结构为开路集电极的达林顿管输出。而达林顿管接通时集电极与发射极之间的电压约为1V左右。这样的电平特征并不符合TTL电路的要求，因此输入信号并不能直接与本实施例提供的伺服驱动器的转接控制装置连接，需要进行输入信号的电平转换。

图3示出了这样的输入信号电平转换电路的电路原理。参见图3，上述输入信号电平转换电路包含一个光电耦合器N1。采用图3所示出的电路，所述输入信号电平转换电路21能够将具有不同高低电平压差的输入信号转换由具有符合后续电压压差规格的信号。

单片机最小电路22是本实施例提供的伺服驱动器的转接控制装置的控制核心。单片机最小电路22在满足对MINAS A5伺服驱动器的控制需求的前提之下，对一般的单片机系统的元器件数量及系统功能进行了精简，尽量的缩小原有的系统规模。由于改进之后单片机最小电路22的电路规模大幅减小，因此相对于一般情况下对MINAS A5伺服驱动器进行控制时采用的PLC来说，整个控制装置的体积减小、规模降低、成本也相应的降低。

单片机最小电路22包括：单片机控制单元、晶振单元、数字模拟地耦合单元、看门狗单元，以及仿真调试单元。

单片机控制单元是以采用的单片机为核心的控制电路单元。其中，在本实施例中单片机采用STM32系列单片机。

晶振单元为单片机最小电路22提供时钟信号。图4示出了晶振单元的电路原理。

数字模拟地耦合单元用于将单片机最小电路22中的数字地和模拟地耦合，以避免单片机最小单元22中的数字信号与模拟信号相互影响。图5示出了数字模拟地耦合单元的电路原理。参见图5，在图中示出的电路中，将电路的数字地线与模拟地线用磁珠进行了隔离。

看门狗单元对单片机的程序运行进行监控，当单片机出现程序跑飞或者其他故障时，看门狗单元对单片机进行复位。

仿真调试单元用来对单片机控制单元进行调试。具体来说，仿真调试单元生成对单片机控制单元进行调试的仿真输入信号，测试单片机控制单元的输出信号是否正确。

脉冲序列输出电路23用来输出对电机进行控制的脉冲序列。这样的脉冲序列可以是脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)序列。脉冲序列输出电路23可以是差动线路驱动芯片，也可以是开路集电极驱动电路。

图6A示出了采用差动线路驱动芯片时，脉冲序列输出电路的电路原理图。参见图6A，脉冲序列输出电路采用了一片差动线路驱动芯片。具体的，差动线路驱动芯片采用AM26LV31芯片，脉冲序列信号的容许最高频率为4Mpps，这种驱动方式不易受噪声干扰，信号传输的可靠性更高。

图6B示出了采用开路集电极驱动电路时，脉冲序列输出电路的电路原理图。参见图6B，采用两个互不的开路集电极驱动电路进行脉冲序列的输出。

MINAS A5控制器的输入信号内部结构为带有4.7k上拉电阻的光电耦合器，由图6A或者图6B示出的脉冲序列输出电路23产生的脉冲序列并不能直接输入至MINAS A5控制器。因此，需要采用输出信号电平转换电路24对脉冲序列进行电平转换。图7示出了输出信号电平转换电路的电路原理。参见图7，将三极管Q7下拉至光电耦合器，当三极管Q7基极电压为高时，三极管Q7导通，控制器采集到高电平；当三极管Q7基极电压为低时，三极管Q7断开，控制器采集到低电平。通过外部添加的三极管Q7将单片机的电平进行转换，使其能够满足单片机的电平要求。

除了上述的各个电路模块以外，伺服驱动器的转接控制装置还包括：状态指示电路、隔离串行通信电路，以及电机制动器控制电路。

图8示出了状态指示电路的电路原理。参见图8，状态指示电路用四个发光二极管分别指示电机当前的正转、反转、故障，及通信的状态。例如，当电机处于正转状态时，发光二极管被点亮；或者，当电机处于故障状态时，发光二极管被点亮。

图9示出了隔离串行通信电路的电路原理。参见图9，在隔离串行通信电路中，采用了串行通信芯片ADM2587。通过上述的串行通信芯片，实现了单片机最小电路22与上位机之间的串行通信。

图10示出了电机制动器控制电路的电路原理。参见图10，通过点击制动器控制电路，单片机最小电路22能够实现对其驱动的电机进行制动控制。

在软件方面，在单片机上运行的程序包括主程序以及中断服务程序。主程序主要实现一些实时性要求不高的任务，而中断服务子程序则处理实时性要求高的控制程序。主程序开始后首先对芯片进行初始化：时钟和复位初始化、中断和向量初始化、IO初始化、定时器功能初始化等。然后开启系统中断，启动定时器开始计数。在等待中断的过程中执行与上位机通讯的程序，上传控制系统运行状态并接收上位机的控制信息。当定时器计数值与周期设定值匹配时程序进入定时器周期中断，进入中断服务程序中执行系统的各项功能，在中断服务程序执行完之后退出中断，继续执行等待响应下一次中断信号。

进入中断服务子程序后，首先关闭系统中断，保证中断响应的及时性，然后根据按键检测数据判断现在的工作模式。如果为手动工作模式，则可以通过按键进行正转和反转操作，直至满意位置，将其设定为系统的零位置。系统的零位置是上电默认的位置，即每一次上电和正常断电时，电机都会转至零位置。然后进行正转极限位置设定，按住正转按键，直至电机带动工件至正转极限位置，停止正转，点击确定，设定正转极限位。反转极限位置的设定过程相同。如果为自动工作模式，则根据上位机通讯的设定次数、转速等参数进行自动运行：运行至正转极限位置，停留；运行至反转极限位置，停留；并完成一次循环。最后一次循环完毕时，将电机转至零位置，确保每一次上电工作的正常。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。