伺服压力机总线式超集中同步控制系统技术方案

本发明专利技术涉及伺服压力机应用领域，特别公开了一种伺服压力机总线式超集中同步控制系统。该同步控制系统，包括高速数据通讯总线，其特征在于：所述伺服压力机主站控制系统通过高速数据通讯总线并联连接若干伺服驱动系统从站，伺服驱动系统从站取消核心控制器，直接通过功率单元控制连接伺服电机，伺服驱动器上安装有电机编码器和电流传感器，所有控制的算法均在主站实现。本发明专利技术能够实现多机同步伺服控制，实时同步控制精度高，并通过对伺服驱动系统从站直接输出PWM的驱动命令，可保证在控制过程中的同步一致性，降低了多机控制中的成本，改善了伺服驱动系统中的EMC性能。

Bus Super Centralized Synchronization Control System for Servo Press

【技术实现步骤摘要】
伺服压力机总线式超集中同步控制系统（一）
本专利技术涉及伺服压力机应用领域，特别涉及一种伺服压力机总线式超集中同步控制系统。（二）
技术介绍
随着汽车覆盖件和家电行业的成形工艺要求，伺服压力机的吨位越来越大，要求的公称力也高达上千吨，尽管通过多个曲柄连杆机构进行力量放大，但仍然需要多个大功率电机同时出力才能达到工艺要求。例如，国内最大的2200T伺服压力机，一般情况下仍需要4个以上的超过200KW的伺服压力机共同工作。现有的技术方案一般采用一套伺服驱动系统控制一个大功率伺服电机，4个大功率伺服驱动控制系统再由上级的整机控制系统同一控制。一般来说，伺服驱动系统由以下几个部分组成：核心处理器、信号处理单元、电流和转速采样电路、驱动电路、功率电路。单套的控制系统算法均运行在核心处理器上，多套伺服驱动系统同时工作时，由整机控制系统通过高速数据通信总线将数据传输至单套控制系统中，由核心处理器进行数据处理和分析，然后再执行输出命令，经过一系列电路和信号放大，电机执行命令。现有的控制系统每套都有核心处理器及其外设，并配备了高速的数据通讯总线或网络，实现高速数据交换功能。但由于里面的核心处理器易受到强烈的电磁干扰问题，同时核心处理器及其外设连同配套的多层板电路板的价格成本较高问题，都会影响其在产业化阶段的推广和实施。（三）
技术实现思路
本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种信息处理量大、不易受干扰、生产成本低的伺服压力机总线式超集中同步控制系统。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种伺服压力机总线式超集中同步控制系统，包括高速数据通讯总线，其特征在于：所述伺服压力机主站控制系统通过高速数据通讯总线并联连接若干伺服驱动系统从站，伺服驱动系统从站通过功率单元控制连接伺服电机，伺服驱动器上安装有电机编码器和电流传感器；具体的，高速数据通讯总线在PWM周期内，将伺服驱动系统从站所采集的单体伺服电机的电流值、电压值和位置值实时的按照规定协议传输到伺服压力机主站控制系统，并在伺服压力机主站控制系统完成当前PWM脉冲计算量后实现PWM给定的数字量传输；伺服压力机主站控制系统根据高速数据通讯总线传输的数据进行所有伺服驱动系统从站的控制算法的运算，并对下一PWM时刻的控制电压矢量进行实时控制；将所有从站的大量运算工作转移至总站进行。伺服驱动系统从站从高速数据通讯总线接收到PWM命令，直接输出波形到驱动板上，作用于功率电路上，输出基于直流母线电压的矢量控制波形。本专利技术通过高速数据通讯总线对同步控制装置提供实时数据交互通道，可进行关键控制反馈信息和控制命令的传输；伺服压力机主站控制系统，根据电压采样的直流母线电压值，电机编码器反馈的电机位置值，电流传感器采集的三相电机相电流值，计算当前伺服电机的额转子和进行伺服电机控制算法的运行、数据处理、高等变换等计算；伺服驱动系统从站接收主站的PWM脉冲命令，实现功率放大的功能，伺服驱动系统的从站不再依照传统的方式进行伺服电机控制的算法实现，而变更为功率放大单元。本专利技术的更优技术方案为：所述伺服压力机主站控制系统的控制算法的运算包括当前转子的转速值计算、转子的转矩、磁链。所述伺服电机的位置、转子转矩和磁链计算包括clarke变换、park变换、park逆变换、SVPWM控制和Fieldweakening；其中，位置计算模块中，输入为目标位置计算值和实际位置值，输出为目标速度值；速度计算模块中，输入为目标速度值和实际速度值，输出为dq轴的电流值；转子的转矩，根据不同的算法调整电压矢量方程，计算作用时间，输出PWM波。所述驱动板上设置有连接功率电路的电压和电流信号放大器，功率电路连接伺服电机，经过驱动板的电压和电流初步信号放大后，作用于功率电路上，输出基于直流母线电压的矢量控制波形。本专利技术能够实现多机同步伺服控制，实时同步控制精度高，并通过对伺服驱动系统从站直接输出PWM的驱动命令，可取消伺服驱动器的从站核心控制器，同时可保证在控制过程中的同步一致性，降低了多机控制中的成本，改善了伺服驱动系统中的EMC性能；进一步的，本专利技术的控制过程，采用了主站进行控制策略的运算和实现，减少了每次单机下载和调试的时间，提高了生产的效率。（四）附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术的结构示意图；图2为常规单套驱动系统的机构示意图。图中，1伺服压力机主站控制系统，2高速数据通讯总线，3伺服驱动系统从站。（五）具体实施方式附图为本专利技术的一种具体实施例。该实施例包括高速数据通讯总线2，所述伺服压力机主站控制系统1通过高速数据通讯总线2并联连接若干伺服驱动系统从站3，伺服驱动系统从站3通过功率单元控制连接伺服电机，伺服驱动器上安装有电机编码器和电流传感器。高速数据通讯总线2承担着在PWM周期内，能将伺服驱动系统从站3所采集的单体伺服电机的电流值、电压值、位置值在一定时间内实时地按照规定协议传输到伺服压力机主站控制系统1中，并能够在伺服压力机主站控制系统1完成当前PWM脉冲计算量后实现PWM给定的数字量传输。在传输过程中延迟时间和响应时间是确定和可靠的。伺服压力机主站控制系统1，根据高速数据通讯总线2传输的数据进行控制算法的运算，包括当前转子的转速值计算、转子的转矩、磁链、并对下一PWM时刻的控制电压矢量进行实时控制。所述位置、转矩和磁链则包括了clarke变换、park变换、park逆变换、SVPWM控制和Fieldweakening等。位置计算模块，输入为目标位置计算值和实际位置值，输出为目标速度值；速度计算模块，输入为目标速度值和实际速度值，输出为dq轴的电流值；或着转矩计算，根据不同的算法调整电压矢量方程，计算作用时间，输出PWM波。伺服驱动系统从站3从高速数据通讯总线2接收到了PWM的命令，直接输出波形到驱动板上，经过驱动板的电压和电流初步信号放大后，作用于功率电路上，输出基于直流母线电压的矢量控制波形。本专利技术较现有技术，取消了核心控制器的存在，系统的可靠性大大增加，成本下降；且本专利技术理论上可实现上百个伺服驱动器的同时工作，并进行同步工作，较原来的实现方案软件开发成本大大降低，效率显著提高。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种伺服压力机总线式超集中同步控制系统，包括高速数据通讯总线（2），其特征在于：所述伺服压力机主站控制系统（1）通过高速数据通讯总线（2）并联连接若干伺服驱动系统从站（3），伺服驱动系统从站（3）通过功率单元控制连接伺服电机，伺服驱动器上安装有电机编码器和电流传感器；具体的，高速数据通讯总线（2）在PWM周期内，将伺服驱动系统从站（3）所采集的单体伺服电机的电流值、电压值和位置值实时的按照规定协议传输到伺服压力机主站控制系统（1），并在伺服压力机主站控制系统（1）完成当前PWM脉冲计算量后实现PWM给定的数字量传输；伺服压力机主站控制系统（1）根据高速数据通讯总线传输的数据进行控制算法的运算，并对下一PWM时刻的控制电压矢量进行实时控制；伺服驱动系统从站（3）从高速数据通讯总线（2）接收到PWM命令，直接输出波形到驱动板上，作用于功率电路上，输出基于直流母线电压的矢量控制波形。

【技术特征摘要】
1.一种伺服压力机总线式超集中同步控制系统，包括高速数据通讯总线（2），其特征在于：所述伺服压力机主站控制系统（1）通过高速数据通讯总线（2）并联连接若干伺服驱动系统从站（3），伺服驱动系统从站（3）通过功率单元控制连接伺服电机，伺服驱动器上安装有电机编码器和电流传感器；具体的，高速数据通讯总线（2）在PWM周期内，将伺服驱动系统从站（3）所采集的单体伺服电机的电流值、电压值和位置值实时的按照规定协议传输到伺服压力机主站控制系统（1），并在伺服压力机主站控制系统（1）完成当前PWM脉冲计算量后实现PWM给定的数字量传输；伺服压力机主站控制系统（1）根据高速数据通讯总线传输的数据进行控制算法的运算，并对下一PWM时刻的控制电压矢量进行实时控制；伺服驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，高建波，范宏伟，袁全，王靖雯，贾中青，成巍，
申请(专利权)人：济宁科力光电产业有限责任公司，山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37