一种无编码器伺服电机控制器制造技术

本申请涉及一种无编码器伺服电机控制器，属于电机控制技术领域，所述无编码器伺服电机控制器包括：用于供电的电源模块、第一处理器、第二处理器、信号处理模块、电流检测模块、反电势检测模块、三相功率逆变器和驱动模块；可以解决使用具有编码器的电机控制器来驱动同步伺服电机时，使用编码器来检测转子的位置和转速，而编码器的机械加工和安装精度要求较高导致智能机器人集成关节组件的集成效率较低的问题；可以实现使用无编码器伺服电机控制器驱动智能机器人的集成化关节组件中的电机；可以提高关节组件的集成度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种无编码器伺服电机控制器
本专利技术涉及一种无编码器伺服电机控制器，属于电机控制

技术介绍
关节组件是构成机器人尤其是机械臂的重要核心部件。在机器人关节组件主要依靠电机控制器控制电机运动来实现关节的运动。目前，电机控制器通常使用编码器来检测电机转子的位置和转速。然而，编码器的机械加工和安装精度的要求很高，会导致机器人关节组件的集成化难度高，集成效率较低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无编码器伺服电机控制器。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种无编码器伺服电机控制器，用于驱动三相绕组的同步伺服电机，所述同步伺服电机与所述无编码器伺服电机控制器安装于智能机器人的集成化关节组件中；所述无编码器伺服电机控制器包括：用于供电的电源模块、电源输入端与所述电源模块相连的第一处理器和第二处理器、输出端与所述第二处理器的输入端相连的信号处理模块、输出端与所述信号处理模块的第一输入端相连的电流检测模块、输出端与所述信号处理模块的第二输入端相连的反电势检测模块、第一反馈端与所述电流检测模块的输入端相连且第二反馈端与所述反电势检测模块的输入端相连的三相功率逆变器、输入端与所述第二处理器的输出端相连的驱动模块；所述第二处理器的输出端与所述第一处理器的输入端相连；所述驱动模块的输出端与所述三相功率逆变器的输入端相连；所述三相功率逆变器的输出端与所述同步伺服电机相连。可选地，所述信号处理模块，用于对所述反电势检测模块输出的三个反电势进行整形，得到三个反电势过零脉冲。可选地，所述第二处理器，用于对所述信号处理模块输出的三个反电势过零脉冲两两之间进行内插值处理，得到两组2倍频的脉冲信号；根据所述两组2倍频的脉冲信号计算所述同步伺服电机的数字化转角信号。可选地，所述第二处理器，还用于将所述电流检测模块检测到的电流值发送至所述第一处理器；所述第一处理器，用于基于磁场定向控制FOC算法使用所述同步伺服电机的电机速度、所述第二处理器输出的数字化转角信号和电流值计算得到三相脉冲宽度调制波形；将所述三相脉冲宽度调制波形输出至所述驱动模块；所述驱动模块，用于根据所述三相脉冲宽度调制波形驱动所述三相功率逆变器；所述三相功率逆变器，用于根据所述驱动模块的驱动向所述同步伺服电机输入具有所述三相脉冲宽度调制波形的电流。可选地，所述第一处理器与所述第二处理器为ARM处理器。可选地，所述驱动模块为绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路。本专利技术的有益效果在于：通过在智能机器人的集成化关节组件中设置无编码器伺服电机控制器来驱动同步伺服电机，在该无编码器伺服电机控制器中设置用于供电的电源模块、第一处理器、第二处理器、信号处理模块、电流检测模块、反电势检测模块、三相功率逆变器和驱动模块；可以解决使用具有编码器的电机控制器来驱动同步伺服电机时，使用编码器来检测转子的位置和转速，而编码器的机械加工和安装精度要求较高导致智能机器人集成关节组件的集成效率较低的问题；可以实现使用无编码器伺服电机控制器驱动智能机器人的集成化关节组件中的电机；可以提高关节组件的集成度和可靠性。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本申请一个实施例提供的无编码器伺服电机控制器的电路结构示意图；图2是本申请一个实施例提供的无编码器伺服电机控制器的数字化转角信号计算原理示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。首先，对本申请涉及的若干名词进行介绍。反电动势：是指有反抗电流发生改变的趋势而产生电动势，其本质上属于感应电动势。反电动势一般出现在电磁线圈中，如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈、电动机、电感等。磁场定向控制(FiledOrientedControl，FOC)：是采用数学方法实现三相马达的力矩与励磁的解耦控制。FOC算法主要是对电机的控制电流进行矢量分解，变成励磁电流和交轴电流，励磁电流主要是产生励磁，控制的是磁场的强度，而交轴电流是用来控制力矩。FOC算法的输入为电机的位置信息(比如：为电机的数字化转角信号)、两相采样电流值和电机速度；输出为三相脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)波形。FOC算法在本质上是一些线性代数中的矩阵变换。首先采样得到电机的ia，ib两相电流信息；基尔霍夫电流定律，同一个节点流入电流值与流出电流相等，因此可以根据ia和ib计算出ic；之后通过Clark变换，可以将三相定子坐标系(三个轴互为120°，ia，ib，ic)转化为两相的定子直角坐标系(iα，iβ)；通过Park变换将两相定子坐标系变换到两相转子坐标系(iq，id)。在变换过程中需要使用转子的位置信息，该位置信息为电机的数字化转角信号，其中id为励磁电流分量，iq为转矩电流分量，可以建立两个PI调节器分别对两个电流分量进行调节。通常情况下，励磁电流分量为0，而转矩电流分量为给定值或者是经过速度环输出值。速度环可以根据速度反馈来控制该电流的大小，之后转矩电流的PI调节器输出Vq，励磁电流的PI调节器输出Vd。之后通过反Park变换再将其转化为两相定子坐标系(Vα，Vβ)，通过Clark逆变换得到需要施加在三相定子上的电压值(Va，Vb，Vc)然后通过PWM波调制技术得到三相脉冲宽度调制波形，将该三相脉冲宽度调制波形输出到三相功率逆变器。绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)是由双极型三极管(BipolarJunctionTransistor，BJT)和绝缘栅型场效应管(metaloxidesemiconductor，MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。通俗来讲：IGBT是一种大功率的电力电子器件，是一个非通即断的开关，IGBT没有放大电压的功能，导通时可以视为导线，断开时视为开路。三大特点就是高压、大电流、高速。图1是本申请一个实施例提供的无编码器伺服电机控制器的电路结构示意图，如图1所示，用于驱动三相绕组的同步伺服电机，同步伺服电机与无编码器伺服电机控制器安装于智能机器人的集成化关节组件中。无编码器伺服电机控制器包括：用于供电的电源模块110、电源输入端与电源模块110相连的第一处理器120和第二处理器130、输出端与第二处理器130的输入端相连的信号处理模块140、输出端与信号处理模块140的第一输入端相连的电流检测模块150、输出端与信号处理模块140的第二输入端相连的反电势检测模块160、第一反馈端与电流检测模块150的输入端相连且第二反馈端与反电势检测模块160的输入端相连的三相功率逆变器170、输入端与第二处理器130的输出端相连的驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无编码器伺服电机控制器，其特征在于，用于驱动三相绕组的同步伺服电机，所述同步伺服电机与所述无编码器伺服电机控制器安装于智能机器人的集成化关节组件中；所述无编码器伺服电机控制器包括：用于供电的电源模块、电源输入端与所述电源模块相连的第一处理器和第二处理器、输出端与所述第二处理器的输入端相连的信号处理模块、输出端与所述信号处理模块的第一输入端相连的电流检测模块、输出端与所述信号处理模块的第二输入端相连的反电势检测模块、第一反馈端与所述电流检测模块的输入端相连且第二反馈端与所述反电势检测模块的输入端相连的三相功率逆变器、输入端与所述第二处理器的输出端相连的驱动模块；所述第二处理器的输出端与所述第一处理器的输入端相连；所述驱动模块的输出端与所述三相功率逆变器的输入端相连；所述三相功率逆变器的输出端与所述同步伺服电机相连。

【技术特征摘要】
1.一种无编码器伺服电机控制器，其特征在于，用于驱动三相绕组的同步伺服电机，所述同步伺服电机与所述无编码器伺服电机控制器安装于智能机器人的集成化关节组件中；所述无编码器伺服电机控制器包括：用于供电的电源模块、电源输入端与所述电源模块相连的第一处理器和第二处理器、输出端与所述第二处理器的输入端相连的信号处理模块、输出端与所述信号处理模块的第一输入端相连的电流检测模块、输出端与所述信号处理模块的第二输入端相连的反电势检测模块、第一反馈端与所述电流检测模块的输入端相连且第二反馈端与所述反电势检测模块的输入端相连的三相功率逆变器、输入端与所述第二处理器的输出端相连的驱动模块；所述第二处理器的输出端与所述第一处理器的输入端相连；所述驱动模块的输出端与所述三相功率逆变器的输入端相连；所述三相功率逆变器的输出端与所述同步伺服电机相连。2.根据权利要求1所述的无编码器伺服电机控制器，其特征在于，所述信号处理模块，用于对所述反电势检测模块输出的三个反电势进行整形，得到三个反电势过零脉冲。3.根据权利要求1所述的无编码器伺服电机控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茂青，董璐，惠越超，丁荣晖，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32