一種伺服電機(jī)控制器及控制方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種伺服電機(jī)控制器，其應(yīng)用于伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括一可編程邏輯器件；所述可編程邏輯器件包括外圍接口邏輯、輸出調(diào)制模塊和通過(guò)在線編程得到的控制運(yùn)算模塊；本申請(qǐng)實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的控制算法不需要多個(gè)硬件處理器，僅需一片可編程邏輯器件，減少了芯片的個(gè)數(shù)，減少了電路板的重量、降低了電路布線難度，降低了主處理器和協(xié)處理器之間的接口復(fù)雜度，從而大大減少了控制器的成本；同時(shí)，通過(guò)可編程邏輯器件中的多個(gè)控制運(yùn)算模塊分別對(duì)每個(gè)伺服電機(jī)的被控參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，保證了運(yùn)算速度，提高了伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。因此，本申請(qǐng)實(shí)施例解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】—種伺服電機(jī)控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及伺服控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種伺服電機(jī)控制器及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在伺服控制系統(tǒng)中，通過(guò)伺服電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的位置、速度和電流的控制。現(xiàn)有技術(shù)以DSP (digital signal processor,數(shù)字信號(hào)處理器)或單片機(jī)作為伺服電機(jī)控制器的主處理器，執(zhí)行位置控制運(yùn)算、速度控制運(yùn)算及電流環(huán)控制運(yùn)算。由于上述控制運(yùn)算過(guò)程復(fù)雜，如基于空間矢量控制算法的電流環(huán)控制運(yùn)算頻繁的進(jìn)行乘法、積分、微分等運(yùn)算，當(dāng)需要同時(shí)對(duì)伺服控制系統(tǒng)中的多個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，單個(gè)DSP或單片機(jī)難以滿足運(yùn)算速度要求；而若采用多個(gè)DSP或單片機(jī)，雖然能滿足運(yùn)算速度的要求，但增加系統(tǒng)成本，不利于推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本申請(qǐng)目的在于提供一種伺服電機(jī)控制器及控制方法，以解決現(xiàn)有伺服電機(jī)控制器難以兼顧成本和運(yùn)算速度的問(wèn)題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┤缦录夹g(shù)方案:
[0005]一種伺服電機(jī)控制器，應(yīng)用于具有至少一個(gè)伺服電機(jī)的伺服控制系統(tǒng)，包括可編程邏輯器件；
[0006]所述可編程邏輯器件包括外圍接口邏輯、輸出調(diào)制模塊和通過(guò)在線編程得到的控制運(yùn)算模塊；
[0007]所述外圍接口邏輯用于獲取所述伺服電機(jī)的被控參數(shù)反饋值；
[0008]所述控制運(yùn)算模塊用于根據(jù)所述被控參數(shù)反饋值和預(yù)設(shè)的被控參數(shù)目標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，以生成一調(diào)制波信號(hào)；
[0009]所述輸出調(diào)制模塊用于根據(jù)所述調(diào)制波信號(hào)生成相應(yīng)的伺服電機(jī)控制信號(hào)；其中，
[0010]所述外圍接口邏輯、輸出調(diào)制模塊、控制運(yùn)算模塊和所述伺服電機(jī)一一對(duì)應(yīng)。
[0011]優(yōu)選的，所述可編程邏輯器件包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA。
[0012]優(yōu)選的，所述被控參數(shù)反饋值包括電流反饋值、速度反饋值和位置反饋值；所述被控參數(shù)目標(biāo)值包括速度目標(biāo)值和位置目標(biāo)值；
[0013]所述外圍接口邏輯包括電流反饋接口、速度反饋接口和位置反饋接口 ；
[0014]所述電流反饋接口用于獲取所述電流反饋值；
[0015]所述速度反饋接口用于獲取所述速度反饋值；
[0016]所述位置反饋接口用于獲取所述位置反饋值；
[0017]所述可編程邏輯器件還包括通用串行接口 UART ;所述通用串行接口 UART用于獲取所述被控參數(shù)目標(biāo)值。
[0018]優(yōu)選的，所述控制運(yùn)算模塊包括軟核處理器和空間矢量控制算法模塊FOC ；[0019]所述軟核處理器用于根據(jù)所述速度反饋值和速度目標(biāo)值進(jìn)行速度控制運(yùn)算、根據(jù)所述位置反饋值和位置目標(biāo)值進(jìn)行位置控制運(yùn)算，并根據(jù)所述速度控制運(yùn)算結(jié)果和位置控制運(yùn)算結(jié)果生成電流參考信號(hào)；
[0020]所述空間矢量控制算法模塊FOC用于根據(jù)所述電流參考信號(hào)和電流反饋值進(jìn)行電流環(huán)控制運(yùn)算，并生成所述調(diào)制波信號(hào)。
[0021]優(yōu)選的，所述輸出調(diào)制模塊包括PWM模塊，用于將所述調(diào)制波信號(hào)與一三角波形式的所述載波信號(hào)進(jìn)行比較，得到所述伺服電機(jī)控制信號(hào)。
[0022]優(yōu)選的，所述被控參數(shù)反饋值為數(shù)字信號(hào)形式的被控參數(shù)反饋值；所述伺服電機(jī)控制器還包括采集轉(zhuǎn)換電路；所述伺服控制系統(tǒng)或所述伺服電機(jī)控制器還包括被控參數(shù)傳感器；
[0023]所述被控參數(shù)傳感器用于對(duì)所述伺服電機(jī)的被控參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，以得到模擬信號(hào)形式的被控參數(shù)檢測(cè)值；
[0024]所述采集轉(zhuǎn)換電路用于對(duì)所述被控參數(shù)檢測(cè)值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到所述被控參數(shù)反饋值，并將所述被控參數(shù)反饋值輸出至所述外圍接口邏輯。
[0025]一種伺服電機(jī)控制方法，應(yīng)用于具有伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的伺服控制系統(tǒng)，包括:
[0026]獲取所述伺服電機(jī)的被控參數(shù)反饋值和被控參數(shù)目標(biāo)值；
[0027]根據(jù)所述被控參數(shù)反饋值和被控參數(shù)目標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，生成一調(diào)制波
信號(hào);
[0028]根據(jù)所述調(diào)制波信號(hào)生成相應(yīng)的伺服電機(jī)控制信號(hào)。
[0029]優(yōu)選的，所述被控參數(shù)反饋值包括電流反饋值、速度反饋值和位置反饋值；所述被控參數(shù)目標(biāo)值包括速度目標(biāo)值和位置目標(biāo)值。
[0030]優(yōu)選的，所述根據(jù)所述被控參數(shù)反饋值和被控參數(shù)目標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，生成一調(diào)制波信號(hào),包括:
[0031 ] 根據(jù)所述速度反饋值和速度目標(biāo)值進(jìn)行速度控制運(yùn)算；
[0032]根據(jù)所述位置反饋值和位置目標(biāo)值進(jìn)行位置控制運(yùn)算；
[0033]根據(jù)所述速度控制運(yùn)算結(jié)果和位置控制運(yùn)算結(jié)果生成電流參考信號(hào)；
[0034]根據(jù)所述電流參考信號(hào)和電流反饋值進(jìn)行電流環(huán)控制運(yùn)算，并生成所述調(diào)制波信號(hào)。
[0035]優(yōu)選的，所述根據(jù)所述調(diào)制波信號(hào)生成相應(yīng)的伺服電機(jī)控制信號(hào)，包括:
[0036]將所述調(diào)制波信號(hào)與一三角波形式的載波信號(hào)進(jìn)行比較，得到所述伺服電機(jī)控制信號(hào)。
[0037]從上述的技術(shù)方案可以看出，本申請(qǐng)將可編程邏輯器件作為伺服電機(jī)的主處理器，利用可編程邏輯器件的片上可編程技術(shù)生成多個(gè)控制運(yùn)算模塊，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行控制運(yùn)算；本申請(qǐng)實(shí)現(xiàn)控制算法不需要多個(gè)硬件處理器，僅需一片可編程邏輯器件，減少了芯片的個(gè)數(shù)，減少了電路板的重量、降低了電路布線難度，降低了主處理器和協(xié)處理器之間的接口復(fù)雜度，從而大大減少了控制器的成本；同時(shí)，通過(guò)可編程邏輯器件中的多個(gè)控制運(yùn)算模塊分別對(duì)每個(gè)伺服電機(jī)的被控參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，保證了運(yùn)算速度，提高了伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。因此，本申請(qǐng)實(shí)施例解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0038]為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0039]圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例一提供的伺服電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0040]圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例二提供的伺服電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0041]圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例三提供的伺服電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0042]圖4為本申請(qǐng)實(shí)施例四提供的伺服電機(jī)控制方法的流程圖；
[0043]圖5為本申請(qǐng)實(shí)施例五提供的伺服電機(jī)控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖,對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0045]本申請(qǐng)實(shí)施例公開(kāi)了一種伺服電機(jī)控制器及控制方法，以解決現(xiàn)有伺服電機(jī)控制器難以兼顧成本和運(yùn)算速度的問(wèn)題。
[0046]本申請(qǐng)實(shí)施例提供的伺服電機(jī)控制器，應(yīng)用于具有至少一個(gè)伺服電機(jī)的伺服控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。
[0047]本申請(qǐng)實(shí)施例一提供的伺服電機(jī)控制器包括可編程邏輯器件。如圖1所示，可編程邏輯器件100包括外圍接口邏輯110、控制運(yùn)算模塊120和輸出調(diào)制模塊130。
[0048]外圍接口邏輯110用于獲取伺服電機(jī)的被控參數(shù)反饋值；控制運(yùn)算模塊120用于根據(jù)外圍接口邏輯110獲取的被控參數(shù)反饋值和預(yù)設(shè)的被控參數(shù)目標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，生成一調(diào)制波信號(hào)；輸出調(diào)制模塊130用于根據(jù)控制運(yùn)算模塊120生成的調(diào)制波信號(hào)生成相應(yīng)的伺服電機(jī)控制信號(hào)。
[0049]本實(shí)施例中，依次連接的外圍接口邏輯110、控制運(yùn)算模塊120、輸出調(diào)制模塊130構(gòu)成一個(gè)可編程邏輯單元，每個(gè)可編程邏輯單元對(duì)應(yīng)控制一個(gè)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的一對(duì)一控制?；诳删幊踢壿嬈骷?00的片上可編程功能，可事先通過(guò)開(kāi)發(fā)工具編輯得到控制伺服電機(jī)所需的控制算法程序，應(yīng)用時(shí)，在可編程邏輯器件100上對(duì)該控制算法程序進(jìn)行在線燒錄，即可得到所需數(shù)量的控制運(yùn)算模塊120。
[0050]由上述控制器結(jié)構(gòu)可知，本申請(qǐng)實(shí)施例將可編程邏輯器件作為伺服電機(jī)的主處理器，利用可編程邏輯器件的片上可編程技術(shù)生成多個(gè)控制運(yùn)算模塊，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行控制運(yùn)算；本申請(qǐng)實(shí)現(xiàn)控制算法不需要多個(gè)硬件處理器，僅需一片可編程邏輯器件，減少了芯片的個(gè)數(shù)，減少了電路板的重量、降低了電路布線難度，降低了主處理器和協(xié)處理器之間的接口復(fù)雜度，從而大大減少了控制器的成本；同時(shí)，通過(guò)可編程邏輯器件中的多個(gè)控制運(yùn)算模塊分別對(duì)每個(gè)伺服電機(jī)的被控參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，保證了運(yùn)算速度，提高了伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。因此，本申請(qǐng)實(shí)施例解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
[0051 ] 具體的，本申請(qǐng)實(shí)施例所述的可編程邏輯器件包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA。[0052]伺服控制系統(tǒng)中，伺服電機(jī)的控制主要包括電流控制、速度控制和位移控制。為實(shí)現(xiàn)上述控制，本申請(qǐng)實(shí)施例二提供了如圖2所示的伺服電機(jī)控制器。該伺服電機(jī)控制器包括可編程邏輯器件100 ;可編程邏輯器件100包括多個(gè)可編程邏輯單元和至少一個(gè)通用串行接口 140 (即 UART, Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)。
[0053]通用串行接口 140用于實(shí)現(xiàn)可編程邏輯器件100與伺服系統(tǒng)上位機(jī)的通信，以獲取由上位機(jī)預(yù)設(shè)的速度目標(biāo)值、位置目標(biāo)值等被控參數(shù)目標(biāo)值，并將其輸出至每個(gè)可編程邏輯單元。需要說(shuō)明的是，由于每個(gè)可編程邏輯單元的結(jié)構(gòu)是相同的，故圖2中重點(diǎn)示出了一個(gè)可編程邏輯單元的結(jié)構(gòu)。
[0054]可編程邏輯單元包括外圍接口邏輯110、控制運(yùn)算模塊120和輸出調(diào)制模塊130?；谄峡删幊碳夹g(shù)，可編程邏輯器件可根據(jù)伺服系統(tǒng)中的伺服電機(jī)個(gè)數(shù)生成相應(yīng)數(shù)量的可編程邏輯單元，每個(gè)伺服電機(jī)設(shè)有一個(gè)可編程邏輯單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的一對(duì)一控制。
[0055]外圍接口邏輯110包括電流反饋接口 111、速度反饋接口 112、位置反饋接口 113。其中，外圍接口邏輯110用于實(shí)現(xiàn)與伺服電機(jī)的通信；具體的，電流反饋接口 111用于獲取伺服電機(jī)的電流反饋值，速度反饋接口 112用于獲取伺服電機(jī)的速度反饋值，位置反饋接口 113用于獲取伺服電機(jī)的位置反饋值。
[0056]控制運(yùn)算模塊120包括軟核處理器121和空間矢量控制算法模塊122 (即F0C，F(xiàn)ield Oriented Control)。
[0057]軟核處理器121分別與速度反饋接口 112、位置反饋接口 113和通用串行接口 140連接，用于根據(jù)上述速度反饋值和速度目標(biāo)值進(jìn)行速度控制運(yùn)算；同時(shí)，根據(jù)上述位置反饋值和位置目標(biāo)值進(jìn)行位置控制運(yùn)算；并根據(jù)上述速度控制運(yùn)算結(jié)果和位置控制運(yùn)算結(jié)果生成電流參考信號(hào)?；谄峡删幊碳夹g(shù)，可通過(guò)SOPC開(kāi)發(fā)工具(SOPC Builder)生成上述速度控制運(yùn)算、位置控制運(yùn)算以及生成電流參考信號(hào)所需程序，進(jìn)而在需要時(shí)，通過(guò)在FPGA等可編程邏輯器件上進(jìn)行在線燒錄即可得到軟核處理器121。
[0058]空間矢量控制算法模塊122與軟核處理器121連接，用于根據(jù)軟核處理器121生成的電流參考信號(hào)和電流反饋值進(jìn)行基于空間矢量控制算法的電流環(huán)控制運(yùn)算，并生成以調(diào)制波信號(hào)。基于片上可編程技術(shù)，可通過(guò)DSP開(kāi)發(fā)工具(DSP Builder)生成上述電流環(huán)控制運(yùn)算所需程序，進(jìn)而在需要時(shí)，通過(guò)在FPGA等可編程邏輯器件上進(jìn)行在線燒錄即可得到空間矢量控制算法模塊122。
[0059]輸出調(diào)制模塊130與空間矢量控制算法模塊122連接，具體可采用PWM模塊，用于將空間矢量控制算法模塊122生成的調(diào)制波信號(hào)與預(yù)設(shè)的三角波形式的載波信號(hào)進(jìn)行比較，得到開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，將該開(kāi)關(guān)控制信號(hào)輸出值驅(qū)動(dòng)器，以控制驅(qū)動(dòng)器的功率管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制。基于片上可編程技術(shù)，可通過(guò)VHDL語(yǔ)言生成輸出調(diào)制模塊130所需程序，進(jìn)而在需要時(shí)，通過(guò)在FPGA等可編程邏輯器件上進(jìn)行在線燒錄即可。
[0060]由上述結(jié)構(gòu)及功能可知，本申請(qǐng)實(shí)施例將可編程邏輯器件作為伺服電機(jī)的主控制器件，利用片上可編程技術(shù)生成多個(gè)可編程邏輯單元，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行控制；其中，每個(gè)可編程邏輯單元獲取相應(yīng)伺服電機(jī)的電流反饋值、速度反饋值、位置反饋值及相應(yīng)的目標(biāo)值，通過(guò)軟核處理器和空間矢量控制算法模塊進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算。相對(duì)于現(xiàn)有通過(guò)一個(gè)DSP或單片機(jī)控制多個(gè)伺服電機(jī)的方法，每個(gè)空間矢量控制算法模塊122針對(duì)一個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的電流控制運(yùn)算，運(yùn)行時(shí)間只需要一個(gè)時(shí)鐘周期，大大提高了電流環(huán)控制的運(yùn)算速度；相對(duì)于現(xiàn)有通過(guò)多個(gè)DSP或單片機(jī)控制多個(gè)伺服電機(jī)的方法，伺服電機(jī)個(gè)數(shù)增加，不需要相應(yīng)增加硬件的個(gè)數(shù)，只需在同一個(gè)可編程邏輯器件中增加相應(yīng)數(shù)量的軟核處理器、空間矢量控制算法模塊及輸出調(diào)制模塊，從而減少了芯片的個(gè)數(shù)，減少了電路板的重量、降低了電路布線難度，降低了主處理器和協(xié)處理器之間的接口復(fù)雜度，大大減少了硬件成本。因此，本申請(qǐng)實(shí)施例解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
[0061]一般的，伺服控制系統(tǒng)通過(guò)相應(yīng)的傳感器采集伺服電機(jī)的電流、位置、速度等參數(shù)的反饋信號(hào)，傳感器直接輸出的信號(hào)為模擬信號(hào)，而FPGA等可編程邏輯器件只能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，故本申請(qǐng)?zhí)峁┝藞D3所示的伺服電機(jī)控制器，其包括可編程邏輯器件100和采集轉(zhuǎn)換電路200。
[0062]可編程邏輯器件100包括多個(gè)可編程邏輯單元和至少一個(gè)通用串行接口 140 (由于每個(gè)可編程邏輯單元的結(jié)構(gòu)是相同，故圖3中僅重點(diǎn)示出了一個(gè)可編程邏輯單元)。每個(gè)可編程邏輯單元包括外圍接口邏輯110、控制運(yùn)算模塊120和輸出調(diào)制模塊130。
[0063]米集轉(zhuǎn)換電路200與伺服電機(jī) 對(duì)應(yīng),并與相應(yīng)伺服電機(jī)的位置傳感器、電流傳感器等傳感器連接，用于對(duì)位置傳感器輸出的位置模擬信號(hào)和速度模擬信號(hào)，以及電流傳感器輸出的電流模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而分別得到位置反饋值、速度反饋值和電流反饋值，并輸出至外圍接口邏輯110。
[0064]被控參數(shù)目標(biāo)值，如速度目標(biāo)值、位置目標(biāo)值由上位機(jī)提供，其本身即為數(shù)字信號(hào)，故不需轉(zhuǎn)換，直接通過(guò)通用串行接口 140傳輸至控制運(yùn)算模塊120。
[0065]基于上述伺服電機(jī)控制器，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種伺服電機(jī)控制方法，應(yīng)用于具有伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的伺服控制系統(tǒng)。參照?qǐng)D4，該方法包括如下步驟:
[0066]S401:獲取所述伺服電機(jī)的被控參數(shù)反饋值和被控參數(shù)目標(biāo)值；
[0067]S402:根據(jù)所述被控參數(shù)反饋值和被控參數(shù)目標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，生成一調(diào)制波信號(hào)；
[0068]S403:根據(jù)所述調(diào)制波信號(hào)生成相應(yīng)的伺服電機(jī)控制信號(hào)。
[0069]上述方法可由實(shí)施例一?三任一項(xiàng)所述的伺服控制器執(zhí)行，不需要多個(gè)硬件處理器，僅需一片可編程邏輯器件，通過(guò)在線燒錄得到的多個(gè)控制運(yùn)算模塊分別對(duì)每個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，既保證了運(yùn)算速度，提高了伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度，又減少了芯片的個(gè)數(shù)，減少了電路板的重量、降低了電路布線難度，降低了主處理器和協(xié)處理器之間的接口復(fù)雜度，大大減少了硬件成本，解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
[0070]由于伺服控制系統(tǒng)中，伺服電機(jī)的控制主要包括電流控制、速度控制和位移控制，故本申請(qǐng)實(shí)施例中的被控參數(shù)反饋值至少包括電流反饋值、速度反饋值和位置反饋值；所述被控參數(shù)目標(biāo)值至少包括速度目標(biāo)值和位置目標(biāo)值。因此，基于上實(shí)施例二所述的伺服電機(jī)控制器，本申請(qǐng)實(shí)施例五提供了如圖5所示的伺服電機(jī)控制方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的電流控制、速度控制和位移控制；具體包括步驟:
[0071]S501:獲取所述伺服電機(jī)的電流反饋值、速度反饋值和位置反饋值，以及速度目標(biāo)值和位置目標(biāo)值；
[0072]S502:根據(jù)所述速度反饋值和速度目標(biāo)值進(jìn)行速度控制算法運(yùn)算，同時(shí)根據(jù)所述位置反饋值和位置目標(biāo)值進(jìn)行位置控制算法運(yùn)算；
[0073]S503:根據(jù)所述速度控制運(yùn)算結(jié)果和位置控制運(yùn)算結(jié)果生成電流參考信號(hào)；[0074]S504:根據(jù)所述電流參考信號(hào)和電流反饋值進(jìn)行電流環(huán)控制運(yùn)算，并生成調(diào)制波
信號(hào);
[0075]S505:將所述調(diào)制波信號(hào)與一三角波形式的載波信號(hào)進(jìn)行比較，得到伺服電機(jī)控制信號(hào)。
[0076]由上述方法可知，本申請(qǐng)實(shí)施例基于片上可編程技術(shù)，利用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)上述伺服電機(jī)控制方法，既保證了運(yùn)算速度，提高了伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度，又減少了芯片的個(gè)數(shù)，減少了電路板的重量、降低了電路布線難度，降低了主處理器和協(xié)處理器之間的接口復(fù)雜度，大大減少了硬件成本，解決了現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。
[0077]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，所述程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤(pán)、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(Random AccessMemory, RAM)等。
[0078]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本申請(qǐng)。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請(qǐng)的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本申請(qǐng)將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種伺服電機(jī)控制器，應(yīng)用于具有至少一個(gè)伺服電機(jī)的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括可編程邏輯器件； 所述可編程邏輯器件包括外圍接口邏輯、輸出調(diào)制模塊和通過(guò)在線編程得到的控制運(yùn)算模塊； 所述外圍接口邏輯用于獲取所述伺服電機(jī)的被控參數(shù)反饋值； 所述控制運(yùn)算模塊用于根據(jù)所述被控參數(shù)反饋值和預(yù)設(shè)的被控參數(shù)目標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，以生成一調(diào)制波信號(hào)； 所述輸出調(diào)制模塊用于根據(jù)所述調(diào)制波信號(hào)生成相應(yīng)的伺服電機(jī)控制信號(hào)；其中， 所述外圍接口邏輯、輸出調(diào)制模塊、控制運(yùn)算模塊和所述伺服電機(jī)一一對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)控制器，其特征在于，所述可編程邏輯器件包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的伺服電機(jī)控制器，其特征在于，所述被控參數(shù)反饋值包括電流反饋值、速度反饋值和位置反饋值；所述被控參數(shù)目標(biāo)值包括速度目標(biāo)值和位置目標(biāo)值； 所述外圍接口邏輯包括電流反饋接口、速度反饋接口和位置反饋接口 ； 所述電流反饋接口用于獲取所述電流反饋值； 所述速度反饋接口用于獲取所述速度反饋值； 所述位置反饋接口用于獲取所述位置反饋值； 所述可編程邏輯器件還包括通用串行接口 UART ;所述通用串行接口 UART用于獲取所述被控參數(shù)目標(biāo)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服電機(jī)控制器，其特征在于，所述控制運(yùn)算模塊包括軟核處理器和空間矢量控制算法模塊FOC ； 所述軟核處理器用于根據(jù)所述速度反饋值和速度目標(biāo)值進(jìn)行速度控制運(yùn)算、根據(jù)所述位置反饋值和位置目標(biāo)值進(jìn)行位置控制運(yùn)算，并根據(jù)所述速度控制運(yùn)算結(jié)果和位置控制運(yùn)算結(jié)果生成電流參考信號(hào)； 所述空間矢量控制算法模塊FOC用于根據(jù)所述電流參考信號(hào)和電流反饋值進(jìn)行電流環(huán)控制運(yùn)算，并生成所述調(diào)制波信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的伺服電機(jī)控制器，其特征在于，所述輸出調(diào)制模塊包括PWM模塊，用于將所述調(diào)制波信號(hào)與一三角波形式的所述載波信號(hào)進(jìn)行比較，得到所述伺服電機(jī)控制信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)控制器，其特征在于，所述被控參數(shù)反饋值為數(shù)字信號(hào)形式的被控參數(shù)反饋值；所述伺服電機(jī)控制器還包括采集轉(zhuǎn)換電路；所述伺服控制系統(tǒng)或所述伺服電機(jī)控制器還包括被控參數(shù)傳感器； 所述被控參數(shù)傳感器用于對(duì)所述伺服電機(jī)的被控參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，以得到模擬信號(hào)形式的被控參數(shù)檢測(cè)值； 所述采集轉(zhuǎn)換電路用于對(duì)所述被控參數(shù)檢測(cè)值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到所述被控參數(shù)反饋值，并將所述被控參數(shù)反饋值輸出至所述外圍接口邏輯。
7.一種伺服電機(jī)控制方法，應(yīng)用于具有伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:獲取所述伺服電機(jī)的被控參數(shù)反饋值和被控參數(shù)目標(biāo)值； 根據(jù)所述被控參數(shù)反饋值和被控參數(shù)目標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，生成一調(diào)制波信號(hào); 根據(jù)所述調(diào)制波信號(hào)生成相應(yīng)的伺服電機(jī)控制信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的伺服電機(jī)控制方法，其特征在于，所述被控參數(shù)反饋值包括電流反饋值、速度反饋值和位置反饋值；所述被控參數(shù)目標(biāo)值包括速度目標(biāo)值和位置目標(biāo)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的伺服電機(jī)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述被控參數(shù)反饋值和被控參數(shù)目標(biāo)值進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)算，生成一調(diào)制波信號(hào)，包括: 根據(jù)所述速度反饋值和速度目標(biāo)值進(jìn)行速度控制運(yùn)算； 根據(jù)所述位置反饋值和位置目標(biāo)值進(jìn)行位置控制運(yùn)算； 根據(jù)所述速度控制運(yùn)算結(jié)果和位置控制運(yùn)算結(jié)果生成電流參考信號(hào)； 根據(jù)所述電流參考信號(hào)和電流反饋值進(jìn)行電流環(huán)控制運(yùn)算，并生成所述調(diào)制波信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的伺服電機(jī)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述調(diào)制波信號(hào)生成相應(yīng)的伺服電機(jī)控制信號(hào)，包括: 將所述調(diào)制波信號(hào)與一三角波形式的載波信號(hào)進(jìn)行比較，得到所述伺服電機(jī)控制信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK103441727SQ201310419004
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】任智新 申請(qǐng)人:北京經(jīng)緯恒潤(rùn)科技有限公司