多轴同步伺服驱动系统及其同步控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多轴同步伺服驱动系统及其同步控制方法，属于控制系统技术领域。该系统选定任一伺服驱动器作为定时向同步通讯总线发送同步信号的主伺服驱动器，其余作为从伺服驱动器，在伺服驱动器之间连接同步通讯总线，伺服驱动器内部设置同步中断处理模块；该方法是由主伺服驱动器的同步中断处理模块定时发出同步信号后，在从伺服驱动器上产生最高优先级别可屏蔽中断，从伺服驱动器的同步中断处理模块修改从伺服驱动器的电流环控制周期长度设定值并将速度环内的电流环执行次数值清零。该系统及方法可以使各伺服驱动器的控制环控制周期长度之间的误差在同步中断间隔内得以大大缩小，从而大大增强系统的同步性，以保证系统加工的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种伺服驱动系统，并涉及控制该伺服驱动系统同步的方法，属于控 制系统

技术介绍
伺服驱动系统是一个数字化离散闭环控制驱动系统，其基本组成是上位 控制器、伺服驱动器和伺服电机。现有伺服驱动器的基本构成如图1所示，包括 FPGA (Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)单元，DSP(数字信号处理器 Digital Signal Processing，简称DSP))单元，电流环、速度环和位置环控制环路单元和辅 助电路，DSP内含PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)定时器，PWM定时器内含 三个基本单元一周期寄存器、比较寄存器、计数寄存器，其中周期寄存器、比较寄存器是带 影子寄存器的。具体使用中，伺服驱动器需要间隔一段时间采集上位控制指令，同时采集伺 服电机的传感器反馈的即时电流、即时速度、即时位置等状态信息，采用既定的控制算法， 对伺服驱动器的电流环、速度环、位置环进行闭环调节控制，这个调节控制的间隔时间就是 控制周期。电流环控制周期一般根据功率模块的开关频率和DSP主频等参数确定；而速度 环、位置环的控制周期相同，一般是电流环控制周期的整数倍，即执行整数倍的电流环控制 周期(执行的电流环控制周期个数也叫电流环执行次数倌)后执行一次速度环、位置环控 制周期。现有多轴伺服驱动系统含有多个轴伺服驱动器，一般认为多轴伺服驱动系统共同 接收上位控制器的指令就可以实现多轴伺服驱动器之间的同步，但实际执行时每个轴伺服 驱动器却存在不同步。造成不同步的因素有一、每个轴伺服驱动器上电并使能起始时间点 是随机的，因此各轴伺服驱动器控制环的控制周期存在起始误差；二、每个轴伺服驱动器的 时钟基础易受晶振精度、环境温度等影响，即使采用很高精度的时钟晶体，各轴伺服驱动器 控制环的控制周期的实际长度并不完全一致，即各轴伺服驱动器控制环的控制周期长度的 存在误差。经示波器观测(如图2所示)，各轴伺服驱动器控制环的控制周期因误差形成的 相对滑动，控制周期起始点呈现从低到高再从高到低的重复过程；从图2中可以分析出，各 轴伺服驱动器控制环的控制周期之间的最大误差达到半个控制周期。上述多轴伺服驱动系统存在的误差将一定程度地影响到多轴伺服驱动系统进行 加工时的精度。经检索发现公开号CN101038491A的中国专利公开了一种《与高速串行通讯配合 的自我同步的交流伺服系统》，该系统存在的问题是1)该系统基于高速串行通讯，脱离集 中控制方式，因此无法提升现有主流的集中多轴系统性能；2)由于将并行多路脉冲指令变 成了高速串行数据，对上级主机操作系统提出很高的要求，必须使用实时操作系统，否则不 能保证发送串行数据的实时性；同时对下层各轴伺服驱动器也提出了很高的要求，每个轴 伺服驱动器需要增加高速、高性能和高成本的器件，并且最终的执行效果仍低于传统的集 中控制方式；3)该系统的主轴伺服驱动器发送的同步信号必须是高速持续的，其它从轴伺服驱动器每时每刻都依靠同步信号来执行每一步，一步错步步错，增加了该系统的使用风 险。综合成本、可靠性、运行效果等多方面来分析，目前CN101038491A的中国专利系统相比 集中控制方式而言性价比较低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提出一种能够有效减少各轴伺服驱动器控制环控制周 期之间的误差，从而实现各轴伺服驱动器同步的多轴伺服驱动系统；同时给出一种该多轴 伺服驱动系统的同步控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的第一技术方案是一种多轴伺服驱动系统， 包括上位控制器、二个以上的伺服驱动器和伺服电机，所述伺服驱动器内含FPGA单元、DSP 单元、电流环控制环路单元、速度环控制环路单元、位置环控制环路单元和辅助电路；所述 伺服驱动器的输入端连接上位控制器，其输出端连接伺服电机；所述伺服驱动器含有皿 中断处理樽块目.彼此连接有同步通讯总线所沭伺服驱动器之一是将其同步中断处理樽块 设置为定时向同步通讯总线发送同步信号的主伺服驱动器，其余伺服驱动器是将其厘M 断处理樽块设置为从同步通讯总线接收同步信号并根据同步信号产牛中断、修改电流环控 制周期长度设定倌和将谏度环内的电流环执行次数倌清零的从伺服驱动器。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的第二技术方案是上述第一技术方案的一 种多轴伺服驱动系统的同步控制方法，包括以下步骤(1)选定任一伺服驱动器作为主伺服驱动器，其余伺服驱动器作为从伺服驱动器， 将主伺服驱动器的同步中断处理模块设置为定时向同步通讯总线发送同步信号，将从伺服 驱动器的同步中断处理模块设置为从同步通讯总线接收送同步信号；(2)上电初始化，各伺服驱动器按其原始电流环控制周期长度设定倌产生电流环 控制周期长度(3)主伺服驱动器按设定时间间隔发出同步信号到同步通讯总线，从伺服驱动器 通过同步通讯总线接受同步信号并产生同步中断，所述同步中断设为最高优先级别的可屏 蔽中断；(4)在从伺服驱动器产生的第一次同步中断中，同步中断处理樽块读取电流环计时长度倌,将中断后的第二个电流环控制周期长 度设定倌修改为新电流环控制周期长度设定倌,并桉新电流环控制周期长度设定倌产牛中 断后的第二个电流环控制周期长度，新电流环控制周期长度设定值=原始电流环控制周期长度设定值+电流环计时 长度值，同时，同步中断处理模块将速度环内的电流环执行次数倌清零，然后，同步中断处理樽块将中断后的第三个及以后的电流环控制周期长度设定倌 重新恢复为原始电流环控制周期长度设定倌,并桉原始电流环控制周期长度设定倌产牛中 断后的第三个及以后的电流环控制周期长度；(5)在从伺服驱动器产生的第二次同步中断及后续同步中断中，同步中断处理模 块R将中断后的第二个电流环控制周期长度设定倌修改为新电流环控制周期长度设定倌，当电流环计时长度值> 1/2原始电流环控制周期长度设定值时，新电流环控制周期长度设定值=2X原始电流环控制周期长度设定值-电流环计时长度值，当电流环计时长度值< 1/2原始电流环控制周期长度设定值时，新电流环控制周 期长度设定值=原始电流环控制周期长度设定值+电流环计时长度值，然后，同步中断处理樽块将中断后的第三个及以后的电流环控制周期长度设定倌 重新恢复为原始电流环控制周期长度设定倌，并桉原始电流环控制周期长度设定倌产牛中 断后的第三个及以后的电流环控制周期长度；(6)如果从伺服驱动器在设定时间间隔内未收到同步信号，则跳转至步骤(3)重 新开始同步调节；否则重复步骤(5)。本专利技术的多轴伺服驱动系统及其同步控制方法的有益效果是由于通过设定的主 伺服驱动器发出同步信号并经同步通讯总线被其他从伺服驱动器接收，使从伺服驱动器定 时产牛最高优先级别的中断，再通过设置的同步中断处理樽块对从伺服驱动器的定时器的 周期寄存器和比较寄存器内的电流环控制周期长度设定倌和电流环执行次数倌讲行动杰 修改，从而可以使各伺服驱动器的各控制环的控制周期的起始点在产生同步中断后不断重 新对齐因此相比现有多轴伺服驱动系统的电流环控制周期长度设定倌均是不变的固定 值，本专利技术的系统和方法使各伺服驱动器的各控制环的控MMffl之间的误差在同步中断间 隔内得以大大缩小，而且即使出现偶尔的同步信本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多轴同步伺服驱动系统，包括上位控制器、二个以上的伺服驱动器和伺服电机，所述伺服驱动器内含ＦＰＧＡ单元、ＤＳＰ单元、电流环控制环路单元、速度环控制环路单元、位置环控制环路单元和辅助电路；所述伺服驱动器的输入端连接上位控制器，其输出端连接伺服电机；其特征在于：所述伺服驱动器含有同步中断处理模块且彼此连接有同步通讯总线；所述伺服驱动器之一是将其同步中断处理模块设置为定时向同步通讯总线发送同步信号的主伺服驱动器，其余伺服驱动器是将其同步中断处理模块设置为从同步通讯总线接收同步信号并根据同步信号产生中断、修改电流环控制周期长度设定值和将速度环内的电流环执行次数值清零的从伺服驱动器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳德伟，刘剑东，
申请(专利权)人：南京雪曼机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：84