高集成度嵌入式网络运动控制器制造技术

一种高集成度嵌入式网络运动控制器，包括微控制器以及分别与微控制器相连的控制信号输出单元、运动反馈单元、外围电路单元、通信接口单元，所述微控制器包括一个数字信号处理芯片和一个可编程逻辑控制芯片，所述控制信号输出单元包括用来输出数字控制信号的ＰＷＭ信号单元和用来输出模拟控制信号的Ｄ／Ａ转换器，所述微控制器通过控制信号输出单元与电机驱动器相连；所述运动反馈单元包括位置反馈处理电路单元和速度反馈处理电路单元，所述微控制器的输入端通过运动反馈单元与电机相连；所述微控制器通过通信接口单元与外部设备相连。本实用新型专利技术是一种结构简单紧凑、集成度高、制造使用方便、适应范围广、可对交直流电机及步进电机都能做精确位置和速度控制的高集成度嵌入式网络运动控制器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于运动控制设备领域，特指一种运动控制器。
技术介绍
当前，运动控制器以其特有的灵活性和优秀的运动轨迹控制能力使许多工业生产 设备焕发出勃勃生机，可以说只要有电机应用的场合就离不开运动控制器。但是，目前的运 动控制器却有着很多不足之处(1)、目前的运动控制器虽然可以做到同时控制多个电机的 运动轨迹，但却要求所有的电机或均为交直流电机、或均为步进电机。因为开环控制系统主 要应用于步进电机，不带反馈，而闭环反馈系统主要应用于交直流电机，所以现有的运动控 制器要么是单纯的闭环/半闭环控制模式，要么是开环控制模式，不能做到同时适用于开、 闭环两种控制模式。(2)、传统的运动控制器在具体使用时需要分别为其设计多种不同的 软件和硬件，从而使开发周期增长、开发成本增加，增大了用户掌握和使用运动控制器的难 度；(3)、在步进电机的开环运动控制器中，常采用一些专用的中大规模集成电路，如8253、 8254等，用于控制脉冲输出频率和脉冲输出数量以实现步进电机的速度和位置定位，这往 往导致脉冲不够均勻或脉冲计数不准确、微控制器所需周边器件比较多，以致影响到整个 系统的稳定性和可靠性。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本实用新 型提供一种结构简单紧凑、集成度高、制造使用方便、适应范围广、可对交直流电机及步进 电机都能做精确位置和速度控制的高集成度嵌入式网络运动控制器。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案一种高集成度嵌入式网络运动控制器，其特征在于包括微控制器以及分别与微 控制器相连的控制信号输出单元、运动反馈单元、外围电路单元、通信接口单元，所述微控 制器包括一个数字信号处理芯片和一个可编程逻辑控制芯片，所述控制信号输出单元包括 用来输出数字控制信号的PWM信号单元和用来输出模拟控制信号的D/A转换器，所述微控 制器通过控制信号输出单元与电机驱动器相连；所述运动反馈单元包括位置反馈处理电路 单元和速度反馈处理电路单元，所述微控制器的输入端通过运动反馈单元与电机相连；所 述微控制器通过通信接口单元与外部设备相连。作为本技术的进一步改进所述通信接口单元包括CAN总线收发器、RS422/485总线收发器和RS232总线收 发器，所述微控制器通过CAN总线收发器与上位机相连，所述微控制器通过RS422/485总线 收发器与绝对式编码器相连，所述微控制器通过RS232总线收发器与陀螺相连。所述外围电路单元包括光电隔离10信号单元以及用于保存运动控制过程中重要 参数的EEPR0M。与现有技术相比，本技术的优点就在于(1)本技术无须针对开环与闭环控制分别设计软件和硬件，而可按照统一的 闭环控制系统设计软件和硬件，从而缩短了开发周期、降低了开发成本。(2)本技术在开环系统引入内部位置反馈的电路结构，使用户可以根据需要， 实现同一运动控制器通用于闭环控制和传统的开环控制两种情况，可以控制多种伺服电 机，扩展了运动控制器的功能，且方便用户掌握和使用运动控制器。(3)本技术可以实现在系统编程，开放性、互换性、可移植性和扩展性强；可 通过在PC机上经简单编程而实现运动控制，不一定需要专门的控制软件，还可从软件上进 行完善和轨迹插补，能方便地建立高层应用程序对机器人、机床等设备的控制连接，实现高 性能和小型化。(4)本技术的运动控制器采用DSP和CPLD相结合的具体方案，具有外围器件 少、硬件结构简单、系统集成度高和柔性度高、能够实现多种规划模式配合PID+前馈伺服 算法等优点，可在电路板上集成三类(交直流、步进电机)四台或更多电机的运动控制电 路，且电机的类型可任意组合采用。(5)可以将多个本技术的高集成度嵌入式网路运动控制器通过CAN总线组 网，并连接到上位机，实现多点远程网络控制。附图说明图1是本技术的框架结构示意图；图2是利用本技术组成多轴联动运动控制系统的示意图；图3是本技术具体实施例中数字信号处理芯片的电路原理示意图；图4是本技术具体实施例中可编程逻辑控制芯片的电路原理示意图；图5是本技术具体实施例中四路二阶抗混迭滤波滤波器的电路原理示意图；图6是本技术具体实施例中光电隔离10信号单元的电路原理示意图。图例说明1、微控制器；11、数字信号处理芯片；12、可编程逻辑控制芯片；2、控制信号输出 单元；21、PWM信号单元；22、D/A转换器；3、电机驱动器；4、电机；5、运动反馈单元；51、位置 反馈处理电路单元；52、速度反馈处理电路单元；6、外围电路单元；61、光电隔离10信号单 元；62、EEPR0M ；7、上位机；8、电源；9、通信接口单元；9UCAN总线收发器；92、RS422/485总 线收发器；93、RS232总线收发器。具体实施方式以下将结合具体实施例和说明书附图对本技术做进一步详细说明。如图1所示，本技术的高集成度嵌入式网络运动控制器，包括微控制器1以 及分别与微控制器1相连的控制信号输出单元2、运动反馈单元5、外围电路单元6、通信接 口单元9，电源8为整个运动控制器供电。上述组件均可集中安装在一块电路板上(例如 80mmX 62mm的电路板)。微控制器1包括一个数字信号处理芯片11和一个可编程逻辑控 制芯片12，数字信号处理芯片11是整个运动控制板的控制核心，用来协调各10输入输出端 口和通信端口工作，根据插补算法输出的指令和运动反馈单元5反馈的数据实现运动控制 算法。可编程逻辑控制芯片12是整个运动控制板的逻辑核心，用于实现A/D和D/A转换器4选通信号的译码功能，实现频率测量和计数功能，并对测量结果输出进行选通译码，生成四 路脉冲+方向信号。微控制器1的输出端通过控制信号输出单元2与电机驱动器3相连， 微控制器1的输入端通过运动反馈单元5与电机4相连。控制信号输出单元2包括PWM信 号单元21和D/A转换器22，运动反馈单元5主要包括位置反馈处理电路单元51和速度反 馈处理电路单元52。外围电路单元6主要包括光电隔离10信号单元61和EEPR0M62。通 信接口单元9主要包括CAN总线收发器91、RS422/485总线收发器92和RS232总线收发器 93。可编程逻辑控制芯片12可用于译码输出和捕获输入，可对位置反馈处理电路单元51 的编码器进行计数，对增量式编码器进行四细分，也可实现定量脉冲输出PWM数字信号，通 过脉冲+方向信号来控制步进电机和交直流伺服电机。参见图2，使用时，数字信号处理芯 片11根据所加工的轨迹进行规划，得到各轴的插补点序列数据，利用插补算法计算出每轴 在当前插补周期内的位置指令，再通过各轴的运动控制算法计算出驱动执行机构的指令信 息，由驱动执行机构走出各插补点的位置，实际走出的位置信息在反馈给运动控制单元，实 现多轴联动的闭环控制。形成的控制环路为微控制器1—控制信号输出单元2 —电机驱 动器3 —电机4 —运动反馈单元5 —微控制器1。本实施例中，数字信号处理芯片11采用DSP(Digital Signal Processor)，DSP 的具体电路如图3所示。DSP的型号为TMS320F2812，为整个运动控制板的控制核心。 TMS320F2812的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高集成度嵌入式网络运动控制器，其特征在于：包括微控制器（１）以及分别与微控制器（１）相连的控制信号输出单元（２）、运动反馈单元（５）、外围电路单元（６）、通信接口单元（９），所述微控制器（１）包括一个数字信号处理芯片（１１）和一个可编程逻辑控制芯片（１２），所述控制信号输出单元（２）包括用来输出数字控制信号的ＰＷＭ信号单元（２１）和用来输出模拟控制信号的Ｄ／Ａ转换器（２２），所述微控制器（１）通过控制信号输出单元（２）与电机驱动器（３）相连；所述运动反馈单元（５）包括位置反馈处理电路单元（５１）和速度反馈处理电路单元（５２），所述微控制器（１）的输入端通过运动反馈单元（５）与电机（４）相连；所述微控制器（１）通过通信接口单元（９）与外部设备相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张连超，范大鹏，张智永，李杰，洪华杰，周英，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：43[中国|湖南]