本實(shí)用新型涉及一種集成式多通道輸出伺服控制驅(qū)動(dòng)器，具有多路控制驅(qū)動(dòng)輸出能力。

背景技術(shù)：
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隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步及國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)的快速推進(jìn)，武器裝備正朝著高、精、尖方向發(fā)展，而其對(duì)伺服產(chǎn)品也提出了更高的技術(shù)要求。機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)本身，具有“全數(shù)字化、批量生產(chǎn)性強(qiáng)、維護(hù)方便”等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。而功率電子技術(shù)、控制技術(shù)以及稀土永磁材料等技術(shù)的成熟與進(jìn)步，促進(jìn)了機(jī)電伺服這一產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)成為航天伺服技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。如今，機(jī)電伺服的應(yīng)用越來越廣泛，以其“極佳的可靠性和實(shí)用性”折服了軍、民多方用戶單位。與此同時(shí)，用戶對(duì)其集成度要求也越來越高。

機(jī)電伺服系統(tǒng)一般由伺服控制驅(qū)動(dòng)器、機(jī)電作動(dòng)器和伺服電池組成。伺服控制驅(qū)動(dòng)器通過總線接收控制系統(tǒng)的擺角指令，同時(shí)采集機(jī)電作動(dòng)器的線位移、電機(jī)相電流和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)位置、電流和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，最終實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器推動(dòng)負(fù)載，達(dá)到伺服控制的目的。

傳統(tǒng)的多通道機(jī)電伺服系統(tǒng)采用多臺(tái)智能單機(jī)的分布式控制形式，以四通道機(jī)電伺服系統(tǒng)為例，一般由一臺(tái)伺服控制器、四臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器和四臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器組成，每臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器，或由兩臺(tái)雙通道伺服控制驅(qū)動(dòng)器和四臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器組成，每臺(tái)伺服控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器。以上組成方式的優(yōu)點(diǎn)在于伺服控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器或伺服控制驅(qū)動(dòng)器的功能單一，同種類產(chǎn)品之間可實(shí)現(xiàn)互換。但是其體積和重量相對(duì)較大，在一些體積和重量指標(biāo)要求苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是在航空航天飛行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用受到極大的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本實(shí)用新型的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種集成式多通道輸出伺服控制驅(qū)動(dòng)器，有效降低安裝空間，減小產(chǎn)品質(zhì)量，簡(jiǎn)化系統(tǒng)電氣連接，節(jié)約生產(chǎn)成本。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：一種集成式多通道輸出伺服控制驅(qū)動(dòng)器，包括殼體、功率板、電源板和控制板；殼體由上殼體和下殼體對(duì)接而成，其中上殼體和下殼體結(jié)構(gòu)相同，高度不同，下殼體底面帶有4個(gè)安裝法蘭；在上殼體和下殼體的底部分別安裝一塊功率板，每塊功率板螺接一塊電源板；控制板通過減振墊固連在金屬板上，再將金屬板安裝在高度高的殼體上部，功率板、電源板和控制板之間通過連接器方式電氣連接。

所述每塊功率板設(shè)計(jì)有一個(gè)動(dòng)力電源接口和多個(gè)伺服電機(jī)接口，每塊功率板通過動(dòng)力電源接口與外部輸入的高壓直流電連接，通過伺服電機(jī)接口與伺服電機(jī)連接。

所述控制板設(shè)計(jì)有一個(gè)反饋信號(hào)接口和一個(gè)控制總線信號(hào)接口，控制板通過反饋信號(hào)接口與多個(gè)機(jī)電作動(dòng)器連接，通過控制總線信號(hào)接口與外部總線連接，同時(shí)接收外部輸入的控制電壓。

所述伺服控制驅(qū)動(dòng)器下殼體底面的每個(gè)法蘭上還設(shè)置有減振器，每個(gè)減振器包括兩個(gè)減振墊、一個(gè)限位片以及一個(gè)限位襯套，減振墊為帶有圓柱凸臺(tái)的圓形橡膠墊，限位襯套為帶有圓柱凸臺(tái)的圓形金屬墊，且減振墊以及限位襯套中心均開有通孔，限位襯套通孔外徑和減振墊通孔內(nèi)徑相同，減振墊凸臺(tái)外徑與法蘭內(nèi)徑相同，兩個(gè)減振墊分別位于法蘭的上下兩端，且兩個(gè)減振墊的凸臺(tái)均插入法蘭中，限位襯套從下往上穿過兩個(gè)減振墊，在法蘭上端減振墊上放置限位片，限位片、限位襯套和兩個(gè)減振墊通過螺釘與法蘭緊固連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果：

(1)傳統(tǒng)的控制驅(qū)動(dòng)器殼體由一個(gè)主殼體和蓋板組成，各個(gè)板串聯(lián)安裝在主殼體上，本實(shí)用新型采用的殼體分為上殼體和下殼體兩部分，各個(gè)板分別安裝在上下殼體上，具有安裝簡(jiǎn)單、測(cè)試便捷的優(yōu)點(diǎn)。

(2)本實(shí)用新型的兩塊功率板分別與上殼體和下殼體安裝連接，能夠使控制驅(qū)動(dòng)器在工作中最大限度的通過殼體散熱，提高了產(chǎn)品的可靠性。

(3)傳統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部各板通過板與板串連的方式與殼體底部連接。而本實(shí)用新型內(nèi)部的每塊功率板螺接一塊電源板后分別與上殼體和下殼體連接，控制板通過減振墊固連于金屬板后裝在下殼體的上部，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯提高，與傳統(tǒng)方式相比，內(nèi)部的板級(jí)振動(dòng)放大明顯降低，有效提高了產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性。

(4)與傳統(tǒng)的伺服控制驅(qū)動(dòng)器相比，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)備高度集成，使機(jī)電伺服系統(tǒng)的電子設(shè)備單機(jī)數(shù)量達(dá)到最簡(jiǎn)化。按照傳統(tǒng)的使用模式，若要實(shí)現(xiàn)同等的功能和性能，“一驅(qū)一”方案需5臺(tái)電子設(shè)備(控制器和驅(qū)動(dòng)器)，“一驅(qū)二”方案也需2臺(tái)電子設(shè)備，而采取本實(shí)用新型的方案，伺服系統(tǒng)僅需1臺(tái)電子設(shè)備單機(jī)，有效減小了電子設(shè)備單機(jī)的安裝空間，減輕了電子設(shè)備單機(jī)的總重量。

附圖說明：

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為伺服控制驅(qū)動(dòng)器電氣接口示意圖；

圖3為減振器示意圖；

圖4為控制板組成示意圖；

圖5為功率板組成示意圖；

圖6為電源板組成示意圖。

具體實(shí)施方式：

本實(shí)用新型提出一種集成式多通道輸出伺服控制驅(qū)動(dòng)器，利用該伺服控制驅(qū)動(dòng)器能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器，從而較現(xiàn)有技術(shù)相比，減小了機(jī)電伺服系統(tǒng)安裝空間，減輕了產(chǎn)品質(zhì)量，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)電氣連接。

如圖1所示，本實(shí)用新型集成式多通道輸出伺服控制驅(qū)動(dòng)器包括殼體、功率板4、電源板5和控制板3，殼體包括上殼體1和下殼體2，其中上殼體1和下殼體2結(jié)構(gòu)相同，高度不同，下殼體2底面帶有4個(gè)安裝法蘭。殼體內(nèi)部采用層式結(jié)構(gòu)，在上殼體1和下殼體2的底部分別安裝一塊功率板4，每塊功率板4螺接一塊電源板5。控制板3采用金屬骨架支撐結(jié)構(gòu)，通過減振墊固連在金屬板上，再將金屬板安裝在高度高的殼體上部，圖1所示顯示的為下殼體高度較高，所以控制板3安裝在下殼體上部。功率板4、電源板5和控制板3之間通過連接器方式電氣連接。連接好后，上殼體1和下殼體2對(duì)接完成整個(gè)伺服控制驅(qū)動(dòng)器的裝配。

每塊功率板4設(shè)計(jì)有一個(gè)動(dòng)力電源接口和多個(gè)伺服電機(jī)接口，每塊功率板4通過動(dòng)力電源接口與外部輸入的高壓直流電連接，通過伺服電機(jī)接口與伺服電機(jī)連接。

控制板3設(shè)計(jì)有反饋信號(hào)接口和控制總線信號(hào)接口，控制板3通過反饋信號(hào)接口與多個(gè)機(jī)電作動(dòng)器連接，通過控制總線信號(hào)接口與外部總線連接接收外部信號(hào)，同時(shí)反饋遙測(cè)信號(hào)，同時(shí)接收外部輸入的控制電壓。

如圖3所示，伺服控制驅(qū)動(dòng)器下殼體2底面的每個(gè)法蘭上還設(shè)置有減振器6，每個(gè)減振器包括兩個(gè)減振墊61、一個(gè)限位片62以及一個(gè)限位襯套63，減振墊61為帶有圓柱凸臺(tái)的圓形橡膠墊，限位襯套63為帶有圓柱凸臺(tái)的圓形金屬墊，且減振墊61以及限位襯套63中心均開有通孔，限位襯套63通孔外徑和減振墊61通孔內(nèi)徑相同，減振墊61凸臺(tái)外徑與法蘭內(nèi)徑相同，兩個(gè)減振墊61分別位于法蘭的上下兩端，且兩個(gè)減振墊61的凸臺(tái)均插入法蘭中，限位襯套63從下往上穿過兩個(gè)減振墊61，在法蘭上端減振墊61上放置限位片62，限位片62、限位襯套63和兩個(gè)減振墊61通過螺釘與法蘭緊固連接。通過該方式減振，減振效率可達(dá)到80％以上。

以四通道輸出伺服控制驅(qū)動(dòng)器為例：

四通道輸出伺服控制驅(qū)動(dòng)器共有八個(gè)電氣接口。如圖2所示，兩塊功率板采用同一個(gè)動(dòng)力電源接口，用來接收功率電。其中一塊功率板具有電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口I和電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口IV，另一塊功率板具有電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口III和電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口II，電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口I用來驅(qū)動(dòng)機(jī)電作動(dòng)器I的伺服電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口II用來驅(qū)動(dòng)機(jī)電作動(dòng)器II的伺服電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口III用來驅(qū)動(dòng)機(jī)電作動(dòng)器III的伺服電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口IV用來驅(qū)動(dòng)機(jī)電作動(dòng)器IV的伺服電機(jī)。

控制板設(shè)計(jì)有兩個(gè)反饋信號(hào)接口(第一反饋信號(hào)接口和第二反饋信號(hào)接口)以及一個(gè)控制總線信號(hào)接口，第一反饋信號(hào)接口用來接收機(jī)電作動(dòng)器I和機(jī)電作動(dòng)器IV的旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)和線位移信號(hào)，第二反饋信號(hào)接口用來接收機(jī)電作動(dòng)器II和機(jī)電作動(dòng)器III的旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)和線位移信號(hào)，控制總線信號(hào)接口用來接收+28V控制電以及1553B總線信號(hào)。

本實(shí)用新型進(jìn)一步給出控制板、電源板、功率板的實(shí)現(xiàn)方式。

如圖4所示，控制板包括DSP電路、CPLD邏輯控制電路、總線接口電路、信號(hào)調(diào)理電路、旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路、電源變換電路以及保護(hù)控制電路。

信號(hào)調(diào)理電路采集伺服電機(jī)的線位移信號(hào)和電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為DSP電路能夠接收的電壓信號(hào)輸出給DSP電路。旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路采集機(jī)電作動(dòng)器伺服電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為DSP電路能夠接收的數(shù)字信號(hào)輸出給DSP電路。保護(hù)控制電路接收功率板輸入的故障信號(hào)，輸出給DSP電路?？偩€接口電路接收外部輸入的指令信號(hào)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸出給DSP電路。總線接口電路采用4Mbps通信速率的1553B總線實(shí)現(xiàn)。DSP電路分別采集信號(hào)調(diào)理電路和旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路輸出的電壓信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，根據(jù)接收的指令信號(hào)、電壓信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)運(yùn)算，得到3N路脈寬調(diào)制信號(hào)，并輸出給CPLD邏輯控制電路，N為通道數(shù)；DSP電路當(dāng)接收到保護(hù)控制電路輸入的故障信號(hào)時(shí)，停止向CPLD邏輯控制電路發(fā)送脈寬調(diào)制信號(hào)。

CPLD接收DSP的3N路獨(dú)立脈寬調(diào)制信號(hào)，并負(fù)責(zé)時(shí)序邏輯控制，將DSP的3N路脈寬調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成帶互補(bǔ)死區(qū)的6N路(3N組橋臂)PWM輸出信號(hào)，6N路PWM信號(hào)分N組輸送給2塊功率板，控制N個(gè)IPM的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)N臺(tái)伺服電機(jī)的同步控制。電源變換電路接收外部輸入的電源，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂瓢迳细麟娐匪璧碾娫?，用于為控制板上各電路供電?/p>

以N＝4為例，控制板選用DSP+CPLD控制框架，DSP負(fù)責(zé)將12路獨(dú)立的PWM控制信號(hào)輸出給CPLD，CPLD負(fù)責(zé)時(shí)序邏輯控制，并將DSP的12路PWM控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成帶互補(bǔ)死區(qū)的24路(12組橋臂)PWM輸出信號(hào)，24路PWM信號(hào)分4組輸送給2塊功率板，進(jìn)而控制4個(gè)IPM的開關(guān)。DSP采用主頻高達(dá)150MHz的高速處理器，同步實(shí)現(xiàn)對(duì)4臺(tái)機(jī)電作動(dòng)器的快速實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。

如圖5所示，每塊功率板包括多個(gè)大功率開關(guān)器件IPM、電流采樣電路、光電隔離電路、吸收保護(hù)電路和母線電壓采集電路，當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，兩塊功率板均包括N/2個(gè)大功率開關(guān)器件IPM，當(dāng)N為奇數(shù)時(shí)，其中一塊功率板包括(N+1)/2個(gè)大功率開關(guān)器件IPM，另一塊功率板包括(N-1)/2個(gè)大功率開關(guān)器件IPM。

光電隔離電路接收控制板輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)，并對(duì)接收的每組脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行光電隔離處理，將處理后的一組脈寬調(diào)制信號(hào)輸出給一個(gè)大功率開關(guān)器件IPM。

吸收保護(hù)電路對(duì)外部輸入的高壓直流電(如160V)進(jìn)行濾波處理后輸出給大功率開關(guān)器件IPM和母線電壓采集電路。高壓直流電輸入接口中分別設(shè)計(jì)了地面電源供電接點(diǎn)和伺服電池供電接點(diǎn)，使控制驅(qū)動(dòng)器可以分別在地面電源和伺服電池供電條件下工作，吸收保護(hù)電路接收外部地面電源輸入電壓的一端設(shè)計(jì)了二極管反向截止電路，可防止由于地面電源供電線路的正、負(fù)端短路而影響伺服電池向伺服控制驅(qū)動(dòng)器供電。

每個(gè)大功率開關(guān)器件IPM根據(jù)光電隔離電路輸出的一組脈寬調(diào)制信號(hào)對(duì)吸收保護(hù)電路輸出的高壓直流電進(jìn)行斬波處理，輸出一組交流電驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)動(dòng)作。

電流采樣電路用于采集伺服電機(jī)的電流信號(hào)，輸出給控制板的信號(hào)調(diào)理電路。

母線電壓采集電路對(duì)吸收保護(hù)電路輸出的高壓直流電進(jìn)行分壓處理，將處理后的電壓輸出給電源板。

如圖6所示，電源板包括EMI抑制器、多組功率驅(qū)動(dòng)電源變換電路以及母線電壓轉(zhuǎn)換電路，功率驅(qū)動(dòng)電源變換電路組數(shù)與對(duì)應(yīng)功率板上的大功率開關(guān)器件IPM個(gè)數(shù)相同。

EMI抑制器接收外部輸入的電源，進(jìn)行濾波后輸出給功率驅(qū)動(dòng)電源變換電路。

每組功率驅(qū)動(dòng)電源變換電路將EMI抑制器濾波后的外部輸入電源電壓轉(zhuǎn)換為四組獨(dú)立的功率驅(qū)動(dòng)電源電壓輸出給對(duì)應(yīng)功率板上的一個(gè)大功率開關(guān)器件IPM。

母線電壓轉(zhuǎn)換電路接收對(duì)應(yīng)功率板上母線電壓采集電路輸出的電壓，將其轉(zhuǎn)化為DSP電路能夠接收的電壓信號(hào)通過DSP電路輸出給外部系統(tǒng)。

集成式四通道輸出伺服控制驅(qū)動(dòng)器采用DSP+CPLD數(shù)控方案，有效實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)伺服控制器和四臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器的功能、性能，主要實(shí)現(xiàn)伺服機(jī)構(gòu)與上位機(jī)間的全數(shù)字信息通訊、機(jī)電作動(dòng)器閉環(huán)控制、伺服機(jī)構(gòu)內(nèi)部所需的二次電源變換等功能?？刂瓢逋瓿煽偩€通訊、多路功率驅(qū)動(dòng)模塊控制的功能，充分利用DSP的資源，實(shí)現(xiàn)伺服控制單元小型化。電源板使用高集成化多路輸出開關(guān)電源替代多個(gè)單路輸出電源模塊，實(shí)現(xiàn)了功率驅(qū)動(dòng)二次電源變換的小型化。功率板通過合理布局走線，將兩塊大功率全橋IPM模塊及配套電路集成到一塊PCB板上，實(shí)現(xiàn)了功率驅(qū)動(dòng)單元小型化。

本實(shí)用新型的伺服控制驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了資源整合以及產(chǎn)品的一體化設(shè)計(jì)，利用本實(shí)用新型的伺服控制驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的伺服系統(tǒng)，有效降低安裝空間，減小產(chǎn)品質(zhì)量，簡(jiǎn)化系統(tǒng)電氣連接，節(jié)約生產(chǎn)成本。

本實(shí)用新型未詳細(xì)說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。