一种步进电机交叉冗余驱动控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种步进电机交叉冗余驱动控制系统。该系统与传统交叉冗余驱动控制系统相同的是，包括交叉冗余切换模块和两路控制通道，每路控制通道均包括依次相连的控制器、驱动器和步进电机。不同的是，交叉冗余切换模块设置在控制器和驱动器之间；交叉冗余切换模块包括三态缓冲器以及作为辅助保护元件的熔断器、电源开关、隔离二极管和若干隔离电阻。由于控制器—驱动器之间的连接为数字信号，对数字信号进行交叉切换，能够保证高可靠性交叉冗余切换。并且，通过添加辅助保护元件能够解决单点故障问题，并保证故障情况下，能够将故障部分隔离出去，避免故障部分干扰其他部分的正常工作，实现双冗余控制电路对双冗余步进电机驱动电路的交叉控制。

A cross redundant drive control system for stepping motors

The invention discloses a cross redundancy drive control system of a stepping motor. The system is similar to the traditional cross redundant drive control system, including the cross redundancy switching module and two control channels, each control channel includes successively connected controllers, drives and stepping motors. The difference is that the cross redundancy switching module is arranged between the controller and the actuator; cross redundancy switching module includes three state buffers as well as auxiliary protective fuse element, power switch, isolation diodes and a plurality of isolation resistance. Because the connection between controller and driver is digital signal, the digital signal can be cross switched, which can ensure high reliability cross redundancy switching. And, to solve the single point failure problem by adding auxiliary components to protect, and ensure the fault conditions, a defect can be partially isolated out, avoid the fault part interfere with the normal operation of the other parts, redundant control circuit of double redundant cross control stepper motor driving circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种步进电机交叉冗余驱动控制系统
本专利技术属于机电控制领域，具体涉及一种步进电机交叉冗余驱动控制系统。
技术介绍
在高可靠性高安全性步进电机伺服驱动时，使用冗余步进电机、冗余驱动器、冗余控制器的方案可以有效提高伺服系统的可靠性。如图1所示，传统方法多采用两套或更多控制器—驱动器—步进电机构成独立的串联模型驱动控制系统，但是三者串联对可靠性的提高有限，只能应付单个单元失效，若实现三者之间的交叉冗余切换可以进一步提高其可靠性。目前的一种交叉冗余方案是在驱动器和步进电机之间加入切换单元进行交叉冗余切换。但是由于驱动器—步进电机之间的连接多为功率信号，对功率信号进行交叉切换面临切换单元电气可靠性低，存在单点故障等诸多问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种步进电机交叉冗余驱动控制系统，能够提高交叉冗余切换的可靠性；并且，在故障情况下，能够将故障部分隔离出去，避免故障部分干扰其他部分的正常工作。为解决上述技术问题，本专利技术具体方法如下：一种步进电机交叉冗余驱动控制系统，包括交叉冗余切换模块和两路控制通道，每路控制通道均包括依次相连的控制器、驱动器和步进电机；所述交叉冗余切换模块设置在控制器和驱动器之间；所述交叉冗余切换模块包括四个三态缓冲器、两个熔断器、两个电源开关、两路单向导通的隔离二极管和若干阻值为10KΩ级别隔离电阻；控制器A的驱动器A有效信号和驱动器B有效信号，分别通过隔离电阻连接第一三态缓冲器和第三三态缓冲器的选通端；控制器A的输出信号，分别通过隔离电阻连接第一三态缓冲器和第三三态缓冲器的输入端；控制器B的驱动器A有效信号和驱动器B有效信号，分别通过隔离电阻连接第二三态缓冲器和第四三态缓冲器的选通端；控制器A的输出信号，分别通过隔离电阻连接第二三态缓冲器和第四三态缓冲器的输入端；第一三态缓冲器和第二三态缓冲器的输出信号作为驱制器A的控制信号；第三三态缓冲器和第四三态缓冲器的输出信号作为控制器B的控制信号；控制器供电信号分为两路，分别通过一个电源开关接入两个控制器的供电端；驱动器和三态缓冲器供电信号分为两路，其中一路通过一个熔断器接入驱动器A、第一三态缓冲器和第二三态缓冲器的供电端，另一路通过另一个熔断器接入驱动器B、第三三态缓冲器和第四三态缓冲器的供电端；驱动器A和驱动器B的反馈信号分别通过隔离二极管单元后连接在一起，然后再分为两路，分别通过隔离电阻接入两个控制器的反馈信号端。优选地，所述隔离二极管单元由两个二极管串联组成。有益效果本专利技术在控制器和驱动器之间加入切换单元进行交叉冗余切换，由于控制器—驱动器之间的连接为数字信号，对数字信号进行交叉切换，能够保证高可靠性交叉冗余切换。并且系统可以应付一处控制器及一处驱动器(或步进电机)同时发生故障，进一步提高系统可靠性。更重要的是，本专利技术不是简单的通道切换，而是要求在故障情况下，将故障部分隔离出去，保证其他部分的正常工作，不允许故障部分干扰其他部分的正常工作，解决了单点故障问题，从而实现了双冗余控制电路对双冗余步进电机驱动电路的交叉冗余控制。在数字信号传输时，只需保证电平在其门限范围可靠传输即可。本专利技术在信号传输路径中添加10K的隔离电阻，由于前级输出低阻抗，后级输入高阻抗，只会造成信号的微微迟延和电平微微衰减。这样做的好处是在不影响传输的情况下可以使共线处与前后的逻辑电路轻松完成故障隔离，不会因后级电路或者并联的前级失电过失效造成共线信号无法建立电平，所以可以可靠低成本的完成故障传输。附图说明图1是传统独立串联伺服系统框图；图2为本专利技术步进电机交叉冗余驱动控制系统的原理框图；图3为本专利技术步进电机交叉冗余驱动控制系统的具体实现原理图。具体实施方式下面将参照附图来说明本专利技术的实施例。本专利技术提供了一种步进电机交叉冗余驱动控制系统，该系统与传统交叉冗余驱动控制系统相同的是，包括交叉冗余切换模块和两路控制通道，每路控制通道均包括依次相连的控制器、驱动器和步进电机。不同的是，如图2所示，交叉冗余切换模块设置在控制器和驱动器之间。由于控制器—驱动器之间的连接为数字信号，对数字信号进行交叉切换，能够保证高可靠性交叉冗余切换。交叉冗余切换模块采用数字缓冲器进行数字信号的高可靠性交叉冗余切换，并通过添加辅助保护元件解决单点故障问题，实现双冗余控制电路对双冗余步进电机驱动电路的交叉控制。图3示出了本专利技术交叉冗余切换模块的具体实现。图中为了方便描绘，将所有控制器与驱动器之间的信号连接只画为一条信号线，实际上是多路并行的信号，相应的三态缓冲器也为多位缓冲器。如图3所示，该交叉冗余切换模块包括四个三态缓冲器3、4、5、6，两个熔断器8、9，两个电源开关13、14，两路单向导通的隔离二极管单元7，以及若干阻值为10KΩ级别隔离电阻。控制器A的驱动器A有效信号和驱动器B有效信号，分别通过隔离电阻连接第一三态缓冲器3和第三三态缓冲器5的选通端；控制器A的输出信号，分别通过隔离电阻连接第一三态缓冲器3和第三三态缓冲器5的输入端。控制器B的驱动器A有效信号和驱动器B有效信号，分别通过隔离电阻连接第二三态缓冲器4和第四三态缓冲器6的选通端；控制器B的输出信号，分别通过隔离电阻连接第二三态缓冲器4和第四三态缓冲器6的输入端。第一三态缓冲器3和第二三态缓冲器4的输出信号作为驱制器A的控制信号；第三三态缓冲器5和第四三态缓冲器6的输出信号作为控制器B的控制信号；控制器供电信号分为两路，分别通过电源开关13、14接入两个控制器的供电端；驱动器和三态缓冲器供电电源分为两路，其中一路通过熔断器8接入驱动器A、第一三态缓冲器3和第二三态缓冲器4的供电端，另一路通过熔断器9接入驱动器B、第三三态缓冲器5和第四三态缓冲器6的供电端；驱动器A和驱动器B的反馈信号分别通过隔离二极管单元7后连接在一起，然后再分为两路，分别通过隔离电阻接入控制器A和B的反馈信号端。其中，隔离二极管单元7由两个二极管串联组成。下面结合图3对本专利技术驱动控制系统的工作过程进行描述。在正常模式下，可以有四种控制方式：(1)先假设控制器A控制驱动器A，此时，控制器A电源开关13打开，控制器A上电工作输出驱动器A有效信号，三态缓冲门3导通，控制器A的输出信号被送至驱动器A，控制相应步进电机。(2)还可以是控制器A控制驱动器B，此时，控制器A输出驱动器B有效信号，三态缓冲门5导通，控制器A的输出信号被送至驱动器B，控制相应步进电机。(3)控制器B控制驱动器A或驱动器B的方式与上述两种情况类似不再说明。假设在上述控制器A控制驱动器A的情况下发生故障，可能故障情况包含：(1)若发生驱动器A失效(例如开路或不动作，包含熔断器8失效)，则控制器A控制驱动器A失效，令三态缓冲门3截止，三态缓冲门5导通，从而使驱动器B有效，控制器A输出信号送往驱动器B，控制相应步进电机；(2)若发生三态缓冲门3失效(例如输入或输出失效，包含隔离电阻失效)，则控制器A控制驱动器A失效，令三态缓冲门3截止，三态缓冲门5导通，从而驱动器B有效，控制器A输出信号送往驱动器B，控制相应步进电机；(3)若发生驱动器A失效(例如短路或不可控)，则驱动器A输入电流增大，熔断器8熔断，三态缓冲门3、4截止，驱动器A掉电，由于高阻的存在三态缓冲门3、4掉电不影响信号被送往三态缓冲门5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步进电机交叉冗余驱动控制系统，包括交叉冗余切换模块和两路控制通道，每路控制通道均包括依次相连的控制器、驱动器和步进电机；其特征在于，所述交叉冗余切换模块设置在控制器和驱动器之间；所述交叉冗余切换模块包括四个三态缓冲器(3、4、5、6)、两个熔断器(8、9)、两个电源开关(13、14)、两路单向导通的隔离二极管(7)和若干阻值为10KΩ级别隔离电阻；控制器A的驱动器A有效信号和驱动器B有效信号，分别通过隔离电阻连接第一三态缓冲器(3)和第三三态缓冲器(5)的选通端；控制器A的输出信号，分别通过隔离电阻连接第一三态缓冲器(3)和第三三态缓冲器(5)的输入端；控制器B的驱动器A有效信号和驱动器B有效信号，分别通过隔离电阻连接第二三态缓冲器(4)和第四三态缓冲器(6)的选通端；控制器A的输出信号，分别通过隔离电阻连接第二三态缓冲器(4)和第四三态缓冲器(6)的输入端；第一三态缓冲器(3)和第二三态缓冲器(4)的输出信号作为驱制器A的控制信号；第三三态缓冲器(5)和第四三态缓冲器(6)的输出信号作为控制器B的控制信号；控制器供电信号分为两路，分别通过一个电源开关(13、14)接入两个控制器的供电端；驱动器和三态缓冲器供电信号分为两路，其中一路通过一个熔断器接入驱动器A、第一三态缓冲器(3)和第二三态缓冲器(4)的供电端，另一路通过另一个熔断器接入驱动器B、第三三态缓冲器(5)和第四三态缓冲器(6)的供电端；驱动器A和驱动器B的反馈信号分别通过隔离二极管单元(7)后连接在一起，然后再分为两路，分别通过隔离电阻接入两个控制器的反馈信号端。...

【技术特征摘要】
1.一种步进电机交叉冗余驱动控制系统，包括交叉冗余切换模块和两路控制通道，每路控制通道均包括依次相连的控制器、驱动器和步进电机；其特征在于，所述交叉冗余切换模块设置在控制器和驱动器之间；所述交叉冗余切换模块包括四个三态缓冲器(3、4、5、6)、两个熔断器(8、9)、两个电源开关(13、14)、两路单向导通的隔离二极管(7)和若干阻值为10KΩ级别隔离电阻；控制器A的驱动器A有效信号和驱动器B有效信号，分别通过隔离电阻连接第一三态缓冲器(3)和第三三态缓冲器(5)的选通端；控制器A的输出信号，分别通过隔离电阻连接第一三态缓冲器(3)和第三三态缓冲器(5)的输入端；控制器B的驱动器A有效信号和驱动器B有效信号，分别通过隔离电阻连接第二三态缓冲器(4)和第四三态缓冲器(6)的选通端；控制器A的输出信号，分别通过隔离电阻连接第二三态缓冲器(4)和第四三态缓冲器(6)的输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：马少君，高波，周颖，翟少雄，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62