[发明专利]一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统，属于光纤陀螺技术领域。

背景技术

光纤陀螺主要用于测量敏感载体的空间运动姿态，对导航系统的性能发挥起着非常关键的作用；光纤环是光纤陀螺的核心部件，光纤环的绕制方式、缠绕时的外部条件以及缠绕时光纤上的张力是影响光纤陀螺性能的主要因素。在光纤缠绕过程中，各轴伺服电机会频繁的启动、停止并进行多轴协同控制；如果伺服电机的启动、停止控制不当，就会出现启动抖动和停止过冲的现象；如果伺服电机的响应速度较慢，控制精度较低，不仅影响光纤绕环时的张力控制精度，严重时还会导致光纤脱落或者拉断光纤，导致绕环失败。目前工业中普遍使用的伺服电机及驱动器，集成度较低，不能满足光纤缠绕机多轴伺服电机联动协同控制的高性能要求。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统，能够在不改变现有光纤缠绕机工作环境的前提下，提高各轴伺服电机的动态响应速度及控制精度，增大伺服电机控制系统的幅值裕度和相角裕度，实现光纤绕环时的高精度、快速、平稳绕纤。

本发明一种适用于光纤缠绕机的伺服电机控制系统包括伺服电机综合控制模块、伺服功率变换模块、伺服电机、伺服传动机构、伺服电机控制系统通信接口模块、伺服电源模块和伺服信号反馈模块；所述伺服电机综合控制模块由伺服电机控制FPGA模块和伺服电机控制DSP模块组成；所述伺服功率变换模块由SVPWM信号生成模块、驱动隔离模块和IPM模块组成；所述伺服传动机构由行星减速器、联轴器、电机侧同步带轮、同步带和机械轴侧同步带轮组成；所述伺服电源模块由伺服控制电源模块和伺服驱动电源模块组成；所述伺服信号反馈模块由伺服电机电流采样模块、伺服电机位置采样模块和伺服电机速度估计模块组成；所述伺服电机电流采样模块由电流传感器和电流信号处理模块组成；所述伺服电机位置采样模块由光电码盘和光电码盘信号处理模块组成。

本发明与现有技术相比的优点是：

(1)本发明的伺服电机控制系统集成了伺服电机综合控制模块、伺服功率变换模块等各个系统模块，适用于光纤缠绕机的多轴电机联动协同控制，集成度高，效率高；

(2)本发明的伺服电机控制FPGA模块接收来自伺服电机控制系统通信接口模块的指令，发送给伺服电机控制DSP模块进行电机三环控制解算，将解算指令发送给伺服功率变换模块；接收伺服电机电流采样模块、伺服电机位置采样模块和伺服电机速度估计模块的信号，并将信号发送给伺服电机控制DSP模块用于三环闭环反馈控制；伺服电机控制FPGA模块实现了多任务的实时综合调度，执行效率高；

(3)本发明的伺服电机控制DSP模块根据伺服电机控制FPGA模块发送的指令信号及反馈信号实时进行位置环、速度环和电流环的闭环控制，位置环和速度环的带宽高，伺服电机的位置、速度控制精度高，动态响应快，稳定性好；

(4)本发明的伺服功率变换模块根据伺服电机控制FPGA模块发送的解算指令，实时生成SVPWM信号，通过驱动隔离模块和IPM模块的转换，驱动伺服电机执行；该模块隔离了控制电与伺服驱动电，增强了伺服控制系统的抗电磁干扰能力；该模块动作迅速，响应速度快，驱动能力强；

(5)本发明的伺服传动机构实现了伺服电机与机械轴的连接传动，通过行星减速器和同步带轮，增大了系统的减速比，不仅提升了系统的扭矩驱动能力，而且使得伺服电机工作在高转速模式下，进一步提升了伺服电机的控制精度与响应速度；

(6)本发明的伺服信号反馈模块实时反馈系统的电流、速度、位置参数，实现了闭环控制，提高了控制精度和系统的稳定性；光电码盘信号处理模块实现了光电码盘采样信号的四倍频，提高了光电码盘的采样精度，进而提高了伺服电机控制系统的控制精度；

(7)本发明的伺服电机控制系统设计合理、易于实现，适用于各种类型的光纤缠绕机和绕线设备的多轴伺服电机联动协同控制，具有较高的应用价值。

附图说明

图1是本发明伺服电机控制系统原理框图。

图中：

1.伺服电机综合控制模块2.伺服功率变换模块3.伺服电机4.伺服传动机构

5.伺服电机控制系统通信接口模块6.伺服电源模块7.伺服信号反馈模块

11.伺服电机控制FPGA模块12.伺服电机控制DSP模块

21.SVPWM信号生成模块22.驱动隔离模块23.IPM模块

41.行星减速器42.联轴器43.电机侧同步带轮44.同步带

45.机械轴侧同步带轮