在精密定位控制的要求越來越高的工業(yè)控制領(lǐng)域，作為執(zhí)行機構(gòu)的伺服電機以其響應(yīng)速度快，定位精度高的優(yōu)勢特點而得到了廣泛的應(yīng)用。而同步交流伺服驅(qū)動裝置,即是控制系統(tǒng)與伺服電機中間不可缺少的環(huán)節(jié)。

　　在自動化領(lǐng)域很多場合需要實現(xiàn)單軸的重復(fù)、高速、高精度定位，通常情況下為了實現(xiàn)這樣的功能需要有一個上位機和一套伺服系統(tǒng)(包括伺服驅(qū)動裝置和伺服電 機)組成。而具有單軸控制功能的同步交流伺服驅(qū)動裝置(以下簡稱單軸驅(qū)動裝置)，因為其自身具有單軸控制功能，可以在組成上述的單軸控制系統(tǒng)時，不需要上位機，簡化了系統(tǒng)的組成;因為其沒有與上位機或單軸控制器之間的通訊接口，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，從整體上降低了系統(tǒng)成本。

　　單軸驅(qū)動裝置簡介

　　單軸驅(qū)動裝置通過采用數(shù)字信號處理器(dsp)和大規(guī)?？删幊涕T陣(cpld)實現(xiàn)全數(shù)字式控制。功率部分采用大功率的智能功率模塊(ipm)，具備完善 的保護功能。單軸驅(qū)動裝置的輸入/輸出口為可編程口，可靈活配置，能滿足多種不同應(yīng)用場合的需要。為了滿足用戶對單軸控制的需要，設(shè)置有用戶可編程的程序段，用戶通過在程序的編輯運動控制指令來實現(xiàn)單軸運動和輸入輸出的控制。

　　硬件設(shè)計

　　單軸驅(qū)動裝置主要由電源電路、接口電路、按鍵顯示、dsp、cpld和功率電路組成。

　　dsp的i/o口與按鍵顯示相連，接口電路與cpld相連接。dsp與cpld通過dsp的外部數(shù)據(jù)總線相連，dsp通過它的外部數(shù)據(jù)總線，從cpld輸 入或輸出相應(yīng)的控制信號。dsp輸出的pwm信號經(jīng)中間驅(qū)動電路后送功率電路中的ipm模塊。電源電路負(fù)責(zé)提供整個裝置內(nèi)部的電源。

　　dsp是整個單軸驅(qū)動裝置的核心，它負(fù)責(zé)對用戶程序段中的運動指令進行解釋執(zhí)行，并輸出相應(yīng)的pwm信號給ipm功率模塊，控制電機運行。dsp采用的是 ti公司的tms320lf2407a，芯片具有低成本、低功耗、高性能的處理能力。它采用高性能靜態(tài)cmos技術(shù)，哈佛結(jié)構(gòu)，使供電電源降為 3.3v，4級流水線作業(yè)，40mips的執(zhí)行速度，指令周期為25ns;32k字的片內(nèi)flash程序存儲器，2.5k字的片內(nèi)ram;片內(nèi)集成了2個事件管理模塊eva和evb，每個包括:兩個16位通用定時器;8個16位脈寬調(diào)制通道。片內(nèi)集成光電編碼器接口電路;具有16通道10位ad轉(zhuǎn)換器、 can、spi、sci通信模塊等多種片內(nèi)設(shè)備，幾乎不用外接外設(shè)。并且該模塊支持多種觸發(fā)方式。

　　cpld的主要作用是為dsp和外部可編程io提供一個通路，并負(fù)責(zé)單軸驅(qū)動裝置的邏輯、報警處理。cpld選用的是lattice公司的 ispmach4128。該芯片采用3.3v供電，i/o口5v容忍，最高速度達333mhz，具有128個宏單元、68個io口，功耗低。其性能指示能 夠滿足設(shè)計需要。

　　功率電路采用三菱公司的ipm功率模塊，具有短、過流、高溫、欠壓保護功能。廣泛應(yīng)用于供電、電機驅(qū)動等領(lǐng)域。

　　軟件設(shè)計

　　dsp單軸功能軟件設(shè)計

　　單軸驅(qū)動裝置其功能實現(xiàn)主要dsp內(nèi)部的軟件實現(xiàn)。通用型伺服驅(qū)動裝置的dsp軟件功能主要是實現(xiàn)對伺服電機的位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的控制;此時驅(qū)動裝置通過接收上位機的指令來驅(qū)動電機運動。單軸驅(qū)動裝置，它可以讓用戶自行編輯單軸運動程序，并按照程序做單軸循環(huán)運行及輸入、輸出信號處理。它可以運行在 手動模式和自動運行模式。在手動模式下，它可以通過輸入點和手輪信號來驅(qū)動電機運行;在自動運行模式下，它能獨立按用戶程序驅(qū)動電機做單軸循環(huán)運行及輸 入、輸出信號處理。

　　單軸驅(qū)動裝置中，dsp通過解釋程序段中的用戶編輯的運動指令，將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的位置指令或速度指令和相應(yīng)的io點處理。以廣州數(shù)控的da98b為例，單 軸編程指令在da98b工作在單軸控制方式下供用戶編寫運動控制程序所用的指令，一共有三條:pos位置指令、spd速度指令和end循環(huán)結(jié)束指令。

　　指令的格式，以pos指令為例:

　　cpld軟件設(shè)計

　　+vhdl方式。底層功能模塊采用vhdl語言進行設(shè)計，最頂層采用原理圖設(shè)計，將底層功能模塊有機的整合到一起，實現(xiàn)完整的io控制及邏輯報警處 理。

　　cpld功能模塊主要由雙向數(shù)據(jù)總線模塊，地址譯碼模塊，數(shù)字輸入模塊，數(shù)字輸出模塊和邏輯報警處理模塊等組成。

　　雙向數(shù)據(jù)總線模塊和地址譯碼模塊組成了數(shù)據(jù)總線接口，與dsp的外部數(shù)據(jù)總線相連。數(shù)字輸入模塊的功能是將外部數(shù)字量和裝置內(nèi)部的數(shù)字量送到雙向數(shù)據(jù)總線模塊。數(shù)字輸出模塊的功能是將雙向數(shù)據(jù)總線送來的數(shù)字量分配到外部輸 出口和裝置內(nèi)部。邏輯報警處理模塊的功能是將裝置內(nèi)部產(chǎn)生的報警信號進行邏輯處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的報警信號和報警控制信號，以保護裝置內(nèi)部的重要部分。

　　由于單軸驅(qū)動裝置的各種優(yōu)點，使得其應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，表2所示為其可以適用的控制領(lǐng)域。

　　它由廣州數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的da98b交流伺服單軸控制裝置(包括伺服電機)、主軸電機、滑臺和其它一些器件構(gòu)成。該 款單軸裝置擴展了4對i/o點，用戶編程簡單，操作方便，性價比高。圖中伺服電機與滑臺的絲桿連接，伺服電機帶絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿再推動滑臺上的主軸電機進退。sq1-sq3為3個定位接近開關(guān)，主軸電機的起、停由單軸控制裝置輸出信號控制。首先滑臺在sq1位置時，按啟動按鈕，啟動單軸循環(huán);伺服電機以 1000r/min正轉(zhuǎn)，滑臺快進到sq2位置，sq2輸出高電平，使伺服電機轉(zhuǎn)速降為100r/min，同時單軸裝置輸出信號啟動主軸電機轉(zhuǎn)動;滑臺慢 速攻進到sq3位置后，受sq3控制停止攻進，并延時1s;然后伺服電機以100 r/min反轉(zhuǎn)，滑臺攻退到sq2位置后，主軸電機停轉(zhuǎn);伺服電機轉(zhuǎn)速變?yōu)?000 r/min反轉(zhuǎn)，滑臺快退到sq1位置后停止;完成一次循環(huán)。該循環(huán)可以由用戶編程定義循環(huán)次數(shù)或無限循環(huán)。

　　結(jié)語

　　單軸驅(qū)動裝置與通用伺服驅(qū)動裝置相比，方便簡單的控制優(yōu)勢顯現(xiàn)，簡潔的用戶編程手段或遠(yuǎn)程編程，在自動化領(lǐng)域的應(yīng)用前景可觀。