一种伺服压力机的新型驱动系统及控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及锻压机械和电机控制技术领域，特别涉及一种伺服压力机的新型驱动系统及控制装置，包括伺服压力机外部输入信号、人机交互界面、运动控制功能模块、高层协议栈COE和TCPIP协议栈、指令解析模块、ucosⅡ嵌入式操作系统、电机控制状态机、电机控制模块、硬件的电流信号调理电路、位置信号调理电路、故障保护和PWM及其他功能硬件、功率驱动电路、六相全桥的IGBT模块、两个三相直线电机相、两个三相直线电机的位置传感器、采样电路和滑块。本实用新型专利技术提出的技术方案为集成运动控制器和2个伺服控制器于一体，消除了通讯延迟，取消了齿轮消除了间隙，提高滑块位置的控制精度；由于采用了两个电机独立控制，可实现控制滑块左右平衡的闭环实时控制。平衡的闭环实时控制。平衡的闭环实时控制。

【技术实现步骤摘要】
一种伺服压力机的新型驱动系统及控制装置


[0001]本技术涉及锻压机械和电机控制
，特别涉及一种伺服压力机的新型驱动系统及控制装置。

技术介绍

[0002]专利号为CN105700453B的《一种智能型伺服压力机的控制系统及其控制方法》提出了一种利用汇川PLC和汇川伺服驱动器实现伺服压力机的控制系统方案，方案新颖，但存在一个致命的缺点
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不通用性，文中表述伺服传动机构的传动比是通过CPU计算得出的机械传动比，此种不能实现不同连杆类型的压力机进行运动控制的功能，因为整个运动控制过程的减速比和传动比都是伺服控制计算得出的，而不是根据机械设计尺寸输入的。此种问题产生的根本原因在于该控制系统配套了汇川通用的伺服驱动器，而非为压力机专用的伺服驱动控制系统。
[0003]南航专利号为CN103660361B的《一种伺服压力机控制系统》表述的内容为采用嵌入式的方式实现压力机的整个控制逻辑和电机控制运行，ARM9实现整机逻辑控制和运动控制单元，FPGA实现伺服电机运行和控制，并且搭载了嵌入式的实时操作系统和实时内核。ARM9和FPGA通讯总线通讯，通讯延迟会影响FPGA控制电机延后至少两个PWM周期，同时未提供双电机同步的控制方案。
[0004]广东工研院专利号为CN106881903A《一种伺服压力机控制系统》内容表述为整机控制系统包括运动控制器和伺服控制器两大核心，运动控制器连接IO接口模块、操作面板和人机界面，表述内容中运动控制器包括了PLC和运动控制单元。一般情况下，运动控制器的稳定性远远不如PLC，并且运动控制器和伺服控制器的通讯延迟会至少影响电机运行的多个控制周期及以上，严重影响伺服电机的控制性能。
[0005]扬力的专利号为CN1021183911A《伺服压力机的控制系统》内容为现阶段工业主流的伺服压力机控制系统，主要构成包括了三部分，核心控制单元PLC，运动控制单元和伺服驱动单元，分别作用为伺服压力机整机逻辑输入输出，运动控制曲线和反馈计算，电机驱动和运行。优点是结构明确，功能分明，但缺点是运动控制器和伺服驱动器的信号传输需要通过CAN或者SSCNET或者其他高速通讯协议，通讯过程中造成的运动过程中数据通讯延迟是对电机控制器的动态响应造成影响。同时未能明确双电机同步功能。
[0006]上海交通大学申请的专利号CN101396876B名称为《双电机机械协调同步滑块驱动八杆伺服压力机》，采用了双电机机械协调同步滑块驱动连接装置，可实现大吨位的拉伸和伺服功能，但由于上部小连杆连接滑块台，使得大滑块最终仍为由公共的一个丝杆机构进行驱动，缺点为发生载荷偏置时，无法校正；并且传动形式较为复杂，增加了压力机的传动成本和故障概率。
[0007]机械科学研究总院申请的专利号CN102306011B名称为《一种直线运动单元双轴同步控制方法》，采用了丝杆形式作为传动系统，不适用于伺服压力机行程较快的传动形式。苏州生物医学工程申请的专利号为CN102355176A名称《一种双电机同步控制系统及其实现
方法》采用的旋转电机作为驱动装置，并利用工控机进行总控，此类方式较直线电机驱动的传动方式，传动结构复杂，存在机械间隙等问题。
[0008]综上所述，传统伺服压力机的中的方案，运动控制器的工艺曲线生成后，传输给伺服控制器存在着传输延时，会影响伺服电机的性能。以往由于单台电机控制器对应控制单台电机，如系统需要2台电机共同出力时，往往传统方案中需要利用2入1出的齿轮箱实现机械硬性连接同步。如果2台电机分别直接驱动滑块的一侧时，则需要两台电机软同步控制。由于运动控制器单独采集滑块位置信息，通讯过程中存在传输延迟，易造成2台电机旋转的不一致性。同时如果采用双电机驱动，2台电机控制器之间的通讯依然存在传输延时，在独立控制滑块运行时，会导致滑块左右不平衡。并且由于旋转电机势必要采用曲柄、连杆和减速机等机构，必然会有齿轮间隙，因此常规在位置控制环中增加位置补偿，由于间隙的非线性，依然会影响滑块的同步运行精度。
[0009]为此，本申请设计了伺服压力机的新型驱动系统及控制装置，以解决上述问题。

技术实现思路

[0010]本技术为了弥补现有技术中的不足，提供了一种伺服压力机的新型驱动系统及控制装置。
[0011]本技术是通过如下技术方案实现的：
[0012]一种伺服压力机的新型驱动系统及控制装置，包括伺服压力机外部输入信号和人机交互界面，其特征在于；
[0013]所述伺服压力机外部输入信号和人机交互界面连接运动控制功能模块，运动控制功能模块与高层协议栈COE和TCP/IP协议栈紧密连接，COE和TCP/IP利用指令解析模块将其分析为电机控制状态机所需的信息，ucosⅡ嵌入式操作系统分别与电机控制状态机和电机控制模块连接，电机控制模块与硬件的电流信号调理电路、位置信号调理电路、故障保护和PWM及其他功能硬件相连接，功率驱动电路和六相全桥的IGBT模块和上述的四个硬件电路模块连接，六相全桥IGBT模块分别与两个三相直线电机相连接，两个三相直线电机的位置传感器分别与采样电路相连接，两个三相直线电机下部动子与滑块（5）刚性连接。
[0014]进一步地，为了更好的实现本技术，所述人机交互界面包括操作面板上的按钮、旋钮和选择开关；所述ucosⅡ嵌入式操作系统还连接有故障监测和冗余安全模块。
[0015]进一步地，为了更好的实现本技术，所述ucosⅡ嵌入式操作系统选用Ti的双核处理器TMS320F28388D作为主控芯片，配备存储芯片DRAM和NORFLASH，并在主控板上搭载实时时钟、EEPROM、晶振芯片；所述伺服压力机外部输入信号包括从各个子模块接口读取的接口信息，具体各个模块接口包括CAN接口、RJ45网口、RS232接口、RS485接口和IO接口，具体的各个模块接口信息为单次、连续、手动、换模、待机模式选择，手轮，快慢选择，回程，滑块下行和滑块上行，急停，伺服电机就绪；所述人机交互界面上也通过RS485接口与运动控制功能模块交互，运动控制功能模块分析各个模块接口信息后，将对应的数据信息直接解析为对应的COE协议栈和TCP/IP协议栈的数据内容并放入到对应的内存中。
[0016]进一步地，为了更好的实现本技术，所述指令解析模块通过COE和TCP/IP协议栈进行连接和交互具体的电机控制指令，电机控制状态机根据收到的电机控制指令，进行不同状态的切换，电机控制状态机在ucosⅡ嵌入式操作系统的基础上进行设计，同时嵌入
式操作系统还承担了任务调度，任务分配，资源分配，内存管理和实时内核管理多项功能，嵌入式操作系统将电机任务计算的结果分别输出给电机控制模块，同时嵌入式操作系统还同时运行多个功能模块，包括心跳监测模块，操作系统运行异常模块和算法软件异常模块。
[0017]进一步地，为了更好的实现本技术，所述电机控制模块包括了电机控制算法的常用功能模块，具体为过调制、弱磁、失量控制、磁场定向、角度计算、电流变换、调节器，电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种伺服压力机的新型驱动系统及控制装置，包括伺服压力机外部输入信号和人机交互界面，其特征在于：所述伺服压力机外部输入信号和人机交互界面连接运动控制功能模块，运动控制功能模块与高层协议栈COE和TCP/IP协议栈紧密连接，COE和TCP/IP利用指令解析模块将其分析为电机控制状态机所需的信息，ucosⅡ嵌入式操作系统分别与电机控制状态机和电机控制模块连接，电机控制模块与硬件的电流信号调理电路、位置信号调理电路、故障保护和PWM及功能硬件相连接，功率驱动电路和六相全桥的IGBT模块和上述的电流信号调理电路、位置信号调理电路、故障保护和PWM连接，六相全桥IGBT模块分别与两个三相直线电机相连接，两个三相直线电机的位置传感器分别与采样电路相连接，两个三相直线电机下部动子与滑块（5）刚性连接。2.根据权利要求1所述的伺服压力机的新型驱动系统及控制装置，其特征在于：所述人机交互界面包括操作面板上的按钮、旋钮和选择开关；所述ucosⅡ嵌入式操作系统还连接有故障监测和冗余安全模块。3.根据权利要求1所述的伺服压力机的新型驱动系统及控制装置，其特征在于：所述ucosⅡ嵌入式操作系统选用Ti的双核处理器TMS320F28388D作为主控芯片，配备存储芯片DRAM和NORFLASH，并在主控板上搭载实时时钟、EEPROM、晶振芯片；所述伺服压力机外部输入信号包括从各个子模块接口读取的接口信息，具体各个模块接口包括CAN接口、RJ45网口、RS232接口、RS485接口和IO接口，具体的各个模块接口信息为单次、连续、手动、换模、待机模式选择，手轮，快慢选择，回程，滑块下行和滑块上行，急停，伺服电机就绪；所述人机交互界面上也通过RS485接口与运动控制功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，邵光存，李海明，李岸然，郭廷善，盛春营，张传锦，李洪超，
申请(专利权)人：济宁科力光电产业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：