一种用于数控系统电机主轴转速的控制系统技术方案

一种用于数控系统电机主轴转速的控制系统，包括嵌入式Linux数控系统主站和通过EtherCAT通信协议总线通信连接的数控系统从站。嵌入式Linux数控系统主站通过软电路层周期性地向数控系统从站的伺服装置发送速度指令值控制电机按其旋转；数控系统从站的伺服装置周期性地将速度反馈值反馈给嵌入式Linux数控系统主站，构成全闭环控制系统。本实用新型专利技术采用闭环控制方法，基本上无干扰，稳定性较好，故障率低，传送速度快，全闭环控制的循环时间达到1μs，控制精度可达到1nm，电机主轴的转速达到16000rpm，稳定性和可靠性都得到了保障。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电机主轴转速的控制系统，特别是涉及一种用于数控系统电机主轴转速的控制系统。
技术介绍
数控系统中通过伺服驱动器控制电机主轴转速的常见控制方式有1、变频器实现主轴模拟量控制数字控制和模拟控制是数控系统配置的两种机床主轴控制方式。由于经济型数控车床对主轴的功率、控制精度和动态响应等要求不高，使用变频器实现主轴模拟量控制是低端数控车床的首选方式。2、模拟量PLC控制电机主轴转速触摸屏是人机对话接口，最初的指令信息要从这里输入。输入的信息通过通讯端口传送到PLC。经PLC运算后，PLC输出模拟量，并连接到伺服控制器的模拟量输入端口。 伺服控制器对接收到的模拟量进行内部运算，而后驱动伺服电机达到相应的转速。伺服电机通过测速元件将转速信息反馈到伺服控制器，形成闭环系统。实现电机转速稳定的效果。3、PC机并口伺服驱动板脉冲控制电机主轴转速以上做法的缺点通过变频器对电机主轴控制适用于经济型数控车床。当对主轴的功率、控制精度和动态响应等要求很高的场合时不适用；采用模拟量控制时抗干扰能力弱，实时性不强；伺服驱动板依赖于具体的硬件，当换成其它伺服系统时，需要更换伺服驱动板。现有技术中，中国专利申请号CN200820239247公开一种机械压力机数控液压垫的控制系统，它存在不足的问题是(1)它使用windows操作系统，运用TwinCAT软件，这套软件运行系统经常会导致系统蓝屏死机，造成控制系统不稳定；(2)它采用专用的模拟量输入输出板卡和伺服阀，伺服驱动板依赖于具体的硬件；(3)它采用专用硬件结构实现电气控制，硬件冗余。由于采用硬件控制，易造成故障率升高，维护成本较高，可靠性无法保障。
技术实现思路
本技术针对上述数控系统中采用模拟量控制电机主轴的抗干扰性较差，实时性不强的问题；针对上述数控系统中采用专用伺服驱动板卡，故障率较高，专用伺服驱动板灵活性较差(如果伺服系统更换成其它厂家的伺服驱动器，需要更换伺服驱动板)；针对上述数控系统采用windows操作系统产生蓝屏不稳定的缺点。本技术提供一种用于数控系统电机主轴转速的控制系统，其抗干扰性较强、实时性较好、稳定性和可靠性均均较好。为达到上述的目的，本技术采取的技术方案是一种用于数控系统电机主轴转速的控制系统，包括嵌入式Linux数控系统主站和数控系统从站，嵌入式Linux数控系统主站与数控系统从站之间通过EtherCAT通信协议总线相互通信连接；所述嵌入式Linux数控系统主站包括控制模块和主站接口模块；所述控制模块包括带有网卡的嵌入式硬件平台和置于嵌入式硬件平台上的软体部分；所述软体部分里包括嵌入式Linux用户空间和嵌入式Linux内核空间；所嵌入式Linux用户空间里的应用层内置有包含SoE协议的EtherCAT通信协议栈；所述嵌入式Linux内核空间里置有嵌入式 Linux操作系统以及包含软电路层、EtherCAT通信协议栈内态驱动模块和网卡驱动模块的驱动层；所述数控系统从站包括带有从站接口的伺服装置和与其连接的电机，其中从站接口与上述嵌入式Linux数控系统主站内的主站接口模块连接；所述嵌入式Linux数控系统主站通过嵌入式Linux用户空间里的应用层内的 EtherCAT通信协议栈内的SoE协议向软电路层发出主轴控制字，使能于数控系统从站内的伺服装置；通过嵌入式Linux内核空间里的软电路层周期性地发出速度指令值，并通过 EtherCAT通信协议总线传送给数控系统从站内的伺服装置，伺服装置按照接收到该速度指令值控制电机旋转；伺服装置通过KherCAT通信协议总线周期性地将速度反馈值反馈给嵌入式Linux数控系统主站内驱动层内的软电路层，以此完成闭环控制。本技术的有益效果本技术控制系统是全闭环控制，而且基本是在软件部分内进行循环。所以， 不受外界干扰，基本上无干扰稳定性较好，故障率低。而且减少了伺服驱动的硬件，极大地提高了数控系统的伺服闭环控制的质量，使得数控系统的实时控制取得了显著的进步和提升。本技术中的嵌入式Linux数控系统主站与数控系统从站之间所有的通信往来都是通过EtherCAT通信协议总线，在用户空间里置有EtherCAT通信协议栈，在驱动层内含有EtherCAT通信协议栈内态驱动模块。所以，本技术具有EtherCAT通信协议栈的所有的优点，其传送速度快，使得全闭环控制的循环时间达到1 μ s。本技术的主站是嵌入式Linux数控系统主站，采用了嵌入式Linux操作系统， 设置为嵌入式硬件平台。所以本技术的稳定性和可靠性都比较好。本技术的稳定性和可靠性都得到了保障，全闭环控制的循环速度又快。所以， 控制精度可达到lnm，电机主轴的转速达到16000rpm。附图说明图1是本技术用于数控系统电机主轴转速的控制系统一实施例的结构示意图。图2是图1中主站与从站具体运行一实施例的结构示意图。具体实施方式如图1所示，本技术的用于数控系统电机主轴转速的控制系统包括嵌入式 Linux数控系统主站1和数控系统从站2。其中嵌入式Linux数控系统主站1包括控制模块11和主站接口模块12。数控系统从站2包括带从站接口 21的伺服装置(或称伺服驱动装置)22，与伺服装置22连接的电机23。在本实施例中，主站接口模块12为标准网口 RJ45网口。数控系统从站2中的伺服装置22为AMK KW-r03伺服驱动器，其控制方式为速度控制。控制电机为0. Skw永磁同步交流伺服电机。从站接口 21也是标准网口与主站接口模块12的标准网口 RJ45网口连接，EtherCAT通信协议总线(包括SoE协议)通过该标准网口使嵌入式Linux数控系统主站与数控系统从站之间相互通信。所述嵌入式Linux数控系统主站中的控制模块11内部的具体结构如图2所示。控制模块11内包括带有网卡的嵌入式硬件平台和运行于嵌入式硬件平台上的软体部分。如图2所示，在本实施例中，嵌入式硬件平台为嵌入式X86硬件平台，在嵌入式X86硬件平台上的网卡为8139网卡。所述软体部分包括嵌入式Linux用户空间和嵌入式Linux内核空间。如图2所示，位于嵌入式Linux用户空间里的应用层内包含主轴转速接口、包含 SoE协议的EtherCAT通信协议栈和应用接口(或称用户应用接口)。所述EtherCAT通信协议栈包含SoE协议。SoE(SERC0S OVEREtherCAT)协议是指在KherCAT通信协议下运行的 SERCOS协议定义的伺服设备行规。具体地说，也就是使用EtherCAT通信协议操作SERCOS 设备行规所定义的伺服参数和控制数据。如图2所示，位于嵌入式Linux内核空间里有嵌入式Linux操作系统和驱动层。驱动层内包含软电路层、EtherCAT通信协议栈内态驱动模块和网卡驱动模块。其中软电路层内包含云动控制层、主轴控制层和位于两者之间的单位换算模块。如图1、图2所示，由嵌入式Linux数控系统主站1发出主轴的速度给定值至数控系统从站2，并接收数控系统从站2中电机主轴的速度反馈值。嵌入式Linux数控系统主站1的驱动层内的软电路层自定义的配置文件，在该配置文件中定义为两个线程基础线程和伺服线程。基础线程为嵌入式Linux数控系统主站1至数控系统从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李春良，叶华，高春风，
申请(专利权)人：上海三一精机有限公司，
类型：实用新型
国别省市：