一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统，以提高光纤缠绕过程中各轴伺服电机的动态响应速度及控制精度，增大伺服电机控制系统的幅值裕度和相角裕度，实现光纤绕环时的高精度、快速、平稳绕纤；本发明专利技术包括伺服电机综合控制模块、伺服功率变换模块、伺服电机、伺服传动机构、伺服电机控制系统通信接口模块、伺服电源模块和伺服信号反馈模块；本发明专利技术设计合理、易于实现，适用于各种类型光纤缠绕机和绕线设备的多轴伺服电机联动协同控制，具有较高的应用价值。

A servo motor control system suitable for fiber winding machine

The invention discloses a servo motor control system used in fiber winding machine, in order to improve the dynamic process of the fiber winding axis servo motor response speed and control precision of servo motor control system, increasing amplitude margin and phase margin, high precision, fast and stable when the optical fiber winding around the fiber; the invention comprises a servo motor control module, servo power conversion module, servo motor, servo actuator, servo motor control system communication interface module, power supply module and servo servo signal feedback module; the invention has reasonable design, easy implementation, suitable for multi axis servo motor linkage of various types of fiber winding machine and winding equipment co control, has higher application value.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统
本专利技术涉及一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统，属于光纤陀螺

技术介绍
光纤陀螺主要用于测量敏感载体的空间运动姿态，对导航系统的性能发挥起着非常关键的作用；光纤环是光纤陀螺的核心部件，光纤环的绕制方式、缠绕时的外部条件以及缠绕时光纤上的张力是影响光纤陀螺性能的主要因素。在光纤缠绕过程中，各轴伺服电机会频繁的启动、停止并进行多轴协同控制；如果伺服电机的启动、停止控制不当，就会出现启动抖动和停止过冲的现象；如果伺服电机的响应速度较慢，控制精度较低，不仅影响光纤绕环时的张力控制精度，严重时还会导致光纤脱落或者拉断光纤，导致绕环失败。目前工业中普遍使用的伺服电机及驱动器，集成度较低，不能满足光纤缠绕机多轴伺服电机联动协同控制的高性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是：克服现有技术的不足，提供一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统，能够在不改变现有光纤缠绕机工作环境的前提下，提高各轴伺服电机的动态响应速度及控制精度，增大伺服电机控制系统的幅值裕度和相角裕度，实现光纤绕环时的高精度、快速、平稳绕纤。本专利技术一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统包括伺服电机综合控制模块、伺服功率变换模块、伺服电机、伺服传动机构、伺服电机控制系统通信接口模块、伺服电源模块和伺服信号反馈模块；所述伺服电机综合控制模块由伺服电机控制FPGA模块和伺服电机控制DSP模块组成；所述伺服功率变换模块由SVPWM信号生成模块、驱动隔离模块和IPM模块组成；所述伺服传动机构由行星减速器、联轴器、电机侧同步带轮、同步带和机械轴侧同步带轮组成；所述伺服电源模块由伺服控制电源模块和伺服驱动电源模块组成；所述伺服信号反馈模块由伺服电机电流采样模块、伺服电机位置采样模块和伺服电机速度估计模块组成；所述伺服电机电流采样模块由电流传感器和电流信号处理模块组成；所述伺服电机位置采样模块由光电码盘和光电码盘信号处理模块组成。本专利技术与现有技术相比的优点是：(1)本专利技术的伺服电机控制系统集成了伺服电机综合控制模块、伺服功率变换模块等各个系统模块，适用于光纤缠绕机的多轴电机联动协同控制，集成度高，效率高；(2)本专利技术的伺服电机控制FPGA模块接收来自伺服电机控制系统通信接口模块的指令，发送给伺服电机控制DSP模块进行电机三环控制解算，将解算指令发送给伺服功率变换模块；接收伺服电机电流采样模块、伺服电机位置采样模块和伺服电机速度估计模块的信号，并将信号发送给伺服电机控制DSP模块用于三环闭环反馈控制；伺服电机控制FPGA模块实现了多任务的实时综合调度，执行效率高；(3)本专利技术的伺服电机控制DSP模块根据伺服电机控制FPGA模块发送的指令信号及反馈信号实时进行位置环、速度环和电流环的闭环控制，位置环和速度环的带宽高，伺服电机的位置、速度控制精度高，动态响应快，稳定性好；(4)本专利技术的伺服功率变换模块根据伺服电机控制FPGA模块发送的解算指令，实时生成SVPWM信号，通过驱动隔离模块和IPM模块的转换，驱动伺服电机执行；该模块隔离了控制电与伺服驱动电，增强了伺服控制系统的抗电磁干扰能力；该模块动作迅速，响应速度快，驱动能力强；(5)本专利技术的伺服传动机构实现了伺服电机与机械轴的连接传动，通过行星减速器和同步带轮，增大了系统的减速比，不仅提升了系统的扭矩驱动能力，而且使得伺服电机工作在高转速模式下，进一步提升了伺服电机的控制精度与响应速度；(6)本专利技术的伺服信号反馈模块实时反馈系统的电流、速度、位置参数，实现了闭环控制，提高了控制精度和系统的稳定性；光电码盘信号处理模块实现了光电码盘采样信号的四倍频，提高了光电码盘的采样精度，进而提高了伺服电机控制系统的控制精度；(7)本专利技术的伺服电机控制系统设计合理、易于实现，适用于各种类型的光纤缠绕机和绕线设备的多轴伺服电机联动协同控制，具有较高的应用价值。附图说明图1是本专利技术伺服电机控制系统原理框图。图中：1.伺服电机综合控制模块2.伺服功率变换模块3.伺服电机4.伺服传动机构5.伺服电机控制系统通信接口模块6.伺服电源模块7.伺服信号反馈模块11.伺服电机控制FPGA模块12.伺服电机控制DSP模块21.SVPWM信号生成模块22.驱动隔离模块23.IPM模块41.行星减速器42.联轴器43.电机侧同步带轮44.同步带45.机械轴侧同步带轮61.伺服控制电源模块62.伺服驱动电源模块71.伺服电机电流采样模块72.伺服电机位置采样模块73.伺服电机速度估计模块711.电流传感器712.电流信号处理模块721.光电码盘722.光电码盘信号处理模块具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。请参见图1所示，本专利技术一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统包括伺服电机综合控制模块1、伺服功率变换模块2、伺服电机3、伺服传动机构4、伺服电机控制系统通信接口模块5、伺服电源模块6和伺服信号反馈模块7。本专利技术中的伺服电机综合控制模块1由伺服电机控制FPGA模块11和伺服电机控制DSP模块12组成；本专利技术中的伺服功率变换模块2由SVPWM信号生成模块21、驱动隔离模块22和IPM模块23组成；本专利技术中的伺服传动机构4由行星减速器41、联轴器42、电机侧同步带轮43、同步带44和机械轴侧同步带轮45组成；本专利技术中的伺服电源模块6由伺服控制电源模块61和伺服驱动电源模块62组成；本专利技术中的伺服信号反馈模块7由伺服电机电流采样模块71、伺服电机位置采样模块72和伺服电机速度估计模块73组成；本专利技术中的伺服电机电流采样模块71由电流传感器711和电流信号处理模块712组成；本专利技术中的伺服电机位置采样模块72由光电码盘721和光电码盘信号处理模块722组成。本专利技术中的伺服电机控制FPGA模块11接收来自伺服电机控制系统通信接口模块5的指令信号，发送给伺服电机控制DSP模块12进行伺服电机三环控制解算，将解算信息发送给伺服功率变换模块2；本专利技术中的伺服电机控制FPGA模块11接收伺服电机电流采样模块71、伺服电机位置采样模块72和伺服电机速度估计模块73的信号，并将信号发送给伺服电机控制DSP模块12用于电机三环闭环反馈控制；本专利技术中的伺服电机控制FPGA模块11实现了多任务的实时综合调度，执行效率高。本专利技术中的伺服电机控制DSP模块12根据伺服电机控制FPGA模块11发送的动作指令信号及电流、速度、位置反馈信号实时进行位置环、速度环和电流环的闭环控制。本专利技术中的伺服功率变换模块2根据伺服电机控制FPGA模块11发送的解算指令，实时生成SVPWM信号，通过驱动隔离模块22和IPM模块23的转换，驱动伺服电机3执行动作；本专利技术中的驱动隔离模块22隔离了控制电与伺服驱动电，增强了伺服控制系统的抗电磁干扰能力。本专利技术中的伺服传动机构4实现了伺服电机3与机械轴的连接传动，伺服电机3通过行星减速器41、联轴器42与电机侧同步带轮43连接，电机侧同步带轮43通过同步带44与机械轴侧同步带轮45连接，机械轴侧同步带轮45与机械轴相连接。本专利技术中的电流传感器711采样伺服电机3的电流，通过电流信号处理模块712反馈给伺服电机控制FPGA模块11；本专利技术中的光电码盘721采样伺服电机3的位置信号，通过光电码盘信号处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统，其特征在于：由伺服电机综合控制模块(1)、伺服功率变换模块(2)、伺服电机(3)、伺服传动机构(4)、伺服电机控制系统通信接口模块(5)、伺服电源模块(6)和伺服信号反馈模块(7)组成；所述伺服电机综合控制模块(1)由伺服电机控制FPGA模块(11)和伺服电机控制DSP模块(12)组成；所述伺服功率变换模块(2)由SVPWM信号生成模块(21)、驱动隔离模块(22)和IPM模块(23)组成；所述伺服传动机构(4)由行星减速器(41)、联轴器(42)、电机侧同步带轮(43)、同步带(44)和机械轴侧同步带轮(45)组成；所述伺服电源模块(6)由伺服控制电源模块(61)和伺服驱动电源模块(62)组成；所述伺服信号反馈模块(7)由伺服电机电流采样模块(71)、伺服电机位置采样模块(72)和伺服电机速度估计模块(73)组成；所述伺服电机电流采样模块(71)由电流传感器(711)和电流信号处理模块(712)组成；所述伺服电机位置采样模块(72)由光电码盘(721)和光电码盘信号处理模块(722)组成。

【技术特征摘要】
1.一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统，其特征在于：由伺服电机综合控制模块(1)、伺服功率变换模块(2)、伺服电机(3)、伺服传动机构(4)、伺服电机控制系统通信接口模块(5)、伺服电源模块(6)和伺服信号反馈模块(7)组成；所述伺服电机综合控制模块(1)由伺服电机控制FPGA模块(11)和伺服电机控制DSP模块(12)组成；所述伺服功率变换模块(2)由SVPWM信号生成模块(21)、驱动隔离模块(22)和IPM模块(23)组成；所述伺服传动机构(4)由行星减速器(41)、联轴器(42)、电机侧同步带轮(43)、同步带(44)和机械轴侧同步带轮(45)组成；所述伺服电源模块(6)由伺服控制电源模块(61)和伺服驱动电源模块(62)组成；所述伺服信号反馈模块(7)由伺服电机电流采样模块(71)、伺服电机位置采样模块(72)和伺服电机速度估计模块(73)组成；所述伺服电机电流采样模块(71)由电流传感器(711)和电流信号处理模块(712)组成；所述伺服电机位置采样模块(72)由光电码盘(721)和光电码盘信号处理模块(722)组成。2.根据权利要求1所述的一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统，其特征在于：伺服电机控制FPGA模块(11)接收来自伺服电机控制系统通信接口模块(5)的指令信号，发送给伺服电机控制DSP模块(12)进行伺服电机三环控制解算，将解算信息发送给伺服功率变换模块(2)；伺服电机控制FPGA模块(11)接收伺服电机电流采样模块(71)、伺服电机位置采样模块(72)和伺服电机速度估计模块(73)的信号，并将信号发送给伺服电机控制DSP模块(12)用于电机三环闭环反馈控制；伺服电机控制FPGA模块(11)实现了多任务的实时综合调度，执行效率高。3.根据权利要求1所述的一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统，其特征在于：伺服电机控制DSP模块(12)根据伺服电机控制FPGA模块(11)发送的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭仲林，高武保，
申请(专利权)人：高武保，
类型：发明
国别省市：北京,11