火炮交流伺服驱动器通用控制模块

技术领域

本发明属于火炮随动系统交流伺服驱动器电路设计技术领域，具体涉及一种火炮交流伺服驱动器通用控制模块，其为交流伺服驱动器控制电路的模块化设计及通用化设计技术。

背景技术

火炮随动系统中交流伺服驱动器控制高低交流伺服电机和方位交流伺服电机按照给定的转速运动，控制火炮身管方位和高低两个方向的运动。要实现对交流伺服电机的转速控制，主要通过交流伺服驱动器的控制电路和驱动电路两部分共同完成，其中控制电路通过接收上位机的速度主令信号及电机位置反馈和相电流反馈，并对接收信号进行处理和计算，输出控制信号给驱动电路，驱动电路通过隔离及功率放大后控制功率管的通断，达到控制输出到交流伺服电机电流和电压的目的，从而控制交流伺服电机的转速。其控制原理框图如附图1所示。交流伺服驱动器的控制电路是交流伺服驱动器的核心和关键部件，其电路设计的好坏直接影响交流伺服驱动器的性能。

目前控制电路的设计中关于接口和内部电路均不统一，不同的设计者具有不同的形式，造成控制电路的功能、性能没有达到最优，对不同的控制对象没有良好的适用性，对不同的功能要求没有良好的通用性和兼容性，同时，产品的体积较大，无法满足产品的轻量化和高可靠性的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：为了解决控制电路目前存在的问题，如何提供一种通用性控制模块，实现控制电路的模块化、小型化，可以应用于不同的控制对象，适应不同的控制要求。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种火炮交流伺服驱动器通用控制模块，所述通用控制模块包括：接口模块、I/O隔离模块、电源转换模块、通信模块、位置解算模块、运算和控制模块、逻辑控制模块、信号调理模块。

其中，所述通信模块用于完成上位机和通用控制模块之间的数字通信功能，该模块包括CAN通信模块、485串口通信模块、232串口通信模块，以适应和上位机不同的通信要求。

其中，所述位置解算模块用于将电机转子角度信号转换成数字量，所述位置解算模块包括光电编码器位置解算模块和旋变位置解算模块，以适应不同的电机转子位置反馈形式。

其中，所述I/O隔离模块用于对输入输出控制模块的数字I/O信号进行电气隔离和电平匹配。

其中，所述信号调理模块用于对输入的模拟量进行滤波和电压调节，调节后输入到运算和控制模块进行A/D转换。

其中，所述逻辑控制模块用于对运算和控制模块输出到驱动模块的六路PWM信号以及驱动模块输出到运算和控制模块的保护信号进行逻辑处理，保证运算和控制模块的六路PWM信号在正常工作情况下的可靠传输。

其中，所述电源转换模块用于将火炮提供的标准控制电源转换成各模块需要的工作电源，包括+5V和±12V。

其中，所述接口模块包括接口模块1和接口模块2；接口模块1用于实现上位机和通用控制模块之间的信息传送及控制供电，接口模块2用于实现通用控制模块和驱动模块之间的信息传送。

其中，按照通用化、模块化设计方法对所述火炮交流伺服驱动器通用控制模块内的各功能模块进行电路设计，其中涉及的电子元器件选用体积小功能可靠的贴片产品，按照最小化布局的多层板设计方法进行印制板布局和设计，形成了130mm×85mm尺寸的控制模块产品。

其中，所述通用控制模块能够适应不同的通信方式需求和不同的控制对象需求。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明的交流伺服驱动器的控制模块根据模块化和通用化的设计思路，选用通过大量使用验证的经典电路对各功能模块进行设计，然后通过合理、最小化布局，体积小，可靠性高；本发明提供了CAN、RS485和RS232三种上位机和控制模块之间的通信方式，使用者可以根据不同的情况灵活选取；该控制模块可以应用于不同类型的电机控制，例如用于旋转变压器位置反馈的电机控制，也可用于光电编码器位置反馈的电机控制，即可以控制交流伺服电机，也可以控制直流及直流无刷电机，上述不同电压体制和不同功率等级的电机均可应用该控制模块来完成控制。

附图说明

图1为交流伺服驱动器控制原理框图。

图2为控制模块的功能模块框图。

图3为控制模块的最小化布局。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为达到上述目的，该控制模块采用如下设计思路：

1、根据控制电路的功能，按照模块化的思路梳理控制电路的功能模块；

2、根据不同的控制对象和控制要求，对控制电路的功能模块再进一步的细分；

3、对细分后的每个功能模块进行电路的设计及参数、器件的选取，保证每个模块的功能都能完整可靠的实现；

4、将每个功能模块在控制模块内部进行合理、最小化的布局，形成完整的控制模块。

具体而言，为解决上述技术问题，本发明提供一种火炮交流伺服驱动器通用控制模块，所述通用控制模块包括：接口模块、I/O隔离模块、电源转换模块、通信模块、位置解算模块、运算和控制模块、逻辑控制模块、信号调理模块。

其中，所述通信模块用于完成上位机和通用控制模块之间的数字通信功能，该模块包括CAN通信模块、485串口通信模块、232串口通信模块，以适应和上位机不同的通信要求。

其中，所述位置解算模块用于将电机转子角度信号转换成数字量，所述位置解算模块包括光电编码器位置解算模块和旋变位置解算模块，以适应不同的电机转子位置反馈形式。

其中，所述I/O隔离模块用于对输入输出控制模块的数字I/O信号进行电气隔离和电平匹配。

其中，所述信号调理模块用于对输入的模拟量进行滤波和电压调节，调节后输入到运算和控制模块进行A/D转换。

其中，所述逻辑控制模块用于对运算和控制模块输出到驱动模块的六路PWM信号以及驱动模块输出到运算和控制模块的保护信号进行逻辑处理，保证运算和控制模块的六路PWM信号在正常工作情况下的可靠传输。

其中，所述电源转换模块用于将火炮提供的标准控制电源转换成各模块需要的工作电源，包括+5V和±12V。

其中，所述接口模块包括接口模块1和接口模块2；接口模块1用于实现上位机和通用控制模块之间的信息传送及控制供电，接口模块2用于实现通用控制模块和驱动模块之间的信息传送。

其中，按照通用化、模块化设计方法对所述火炮交流伺服驱动器通用控制模块内的各功能模块进行电路设计，其中涉及的电子元器件选用体积小功能可靠的贴片产品，按照最小化布局的多层板设计方法进行印制板布局和设计，形成了130mm×85mm尺寸的控制模块产品。

其中，所述通用控制模块能够适应不同的通信方式需求和不同的控制对象需求。

实施例1

本实施例按照模块化的思路梳理出控制电路的功能模块如图2，其中包括：

(1)通信模块完成上位机和控制模块之间的数字通信功能，该模块包括CAN通信模块、485串口通信模块、232串口通信模块，以适应和上位机不同的通信要求；

(2)位置解算模块将电机转子角度信号转换成数字量，该模块包括光电编码器位置解算模块和旋变位置解算模块，以适应不同的电机转子位置反馈形式；

(3)I/O隔离模块对输入输出控制模块的数字I/O信号进行电气隔离和电平匹配；

(4)信号调理模块对输入的模拟量进行滤波和电压调节，调节后输入到运算和控制模块进行A/D转换；

(5)逻辑控制模块对运算控制模块输出到驱动模块的六路PWM信号以及驱动模块输出到控制模块的保护信号进行逻辑处理，保证控制模块的六路PWM信号在正常工作情况下的可靠传输；

(6)电源转换模块将火炮提供的标准控制电源转换成各模块需要的工作电源，包括+5V和±12V；

(7)接口模块1实现上位机和控制模块之间的信息传送及控制供电，接口模块2实现控制模块和驱动模块之间的信息传送；

(8)按照布局合理、最小化实现的布局如附图3所示。

本实施例的技术内容还包括上述功能模块的器件选型及电路的实现。

(1)为了提高通信的抗干扰能力，通信模块均选用自带隔离DC/DC的芯片，其中CAN通信模块选用美国AD公司的ADM3053收发器，通信速率可高达1Mbps，总线支持可达110个节点，20引脚的SOIC封装，外围电路简单；485串口通信模块选用AD公司ADM2682E收发器，通信速率16Mbps，总线最多支持256个节点连接；232串口通信模块选用AD公司ADM3251E收发器,通信速率460kbps。

(2)光电编码器位置解算模块选用美国TI公司的SN65175D对光电编码器输出的位置差分信号进行电平转换，通过DSP外设的QEP电路对正交编码脉冲进行计数，根据脉冲的个数和频率，分别确定电机的角位置和角速度；旋变位置解算模块选用AD公司AD2S83AP，将旋转变压器输出的相位正交的两路正弦变化的模拟量转化为相对应的数字量，DSP可以直接读入进行角位置和角速度的计算。

(3)I/O隔离模块采用光电耦合器对输入输出数字信号进行隔离，选用美国安华高公司的贴片光耦ACPL-217完成；

(4)信号调理模块集成运放对输入模拟量进行滤波和运算，采用美国BB公司的OPA2277U贴片双路集成运放；

(5)逻辑控制模块采用美国ALTERA公司EPM570T100可编程逻辑器件实现控制模块和驱动模块之间的逻辑控制；

(6)运算和控制模块是整个控制模块的核心部件，选用美国TI公司C2000系列的主流器件TMS320LF28335PGFA,主频高达150MHz，32位浮点计算单元，片载256K×16闪存，同时具有丰富的外设来完成电机的控制；

(7)电源转换模块将输入28V控制电源采用经典的电源转换模块实现5V/1A、±15V/1A的电源转换；

(8)接口模块1通过接插件对外连接，接口模块2通过接插件与驱动模块连接。

(9)通过上述的器件选型、电路设计及最小化布局，形成了130mm×85mm的控制模块产品。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。