[发明专利]一种基于三芯片架构的伺服驱动器

摘要

本发明公开了一种基于三芯片架构的伺服驱动器，包括伺服驱动器，所述伺服驱动器包括ARM处理器、外设模块、存储模块、EtherCAT接口模块、IO模块一、FPGA处理器一、并行总线模块、IO模块二、编码器接口模块、FPGA处理器二、串口通信模块、电机驱动模块、电流采样单元和故障检测单元，所述ARM处理器包括Linux嵌入式系统、EtherCAT模块、位置环模块、速度环模块、外设控制模块、IO控制模块和通信模块三，ARM处理器用于获取和处理外部控制器产生的控制指令，并通过并行总线模块发送给所述FPGA处理器一，所述FPGA处理器一和FPGA处理器二共同协作控制伺服电机的动作。本发明不仅解决了伺服电机的驱动问题，而且实现了伺服驱动器的模块化设计。

主权项

1.一种基于三芯片架构的伺服驱动器，包括伺服驱动器(1)，其特征在于：所述伺服驱动器(1)包括ARM处理器(105)、外设模块(101)、存储模块(102)、EtherCAT接口模块(103)、IO模块一(104)、FPGA处理器一(108)、并行总线模块(106)、IO模块二(107)、编码器接口模块(109)、FPGA处理器二(111)、串口通信模块(110)、电机驱动模块(112)、电流采样单元(113)和故障检测单元(114)，所述ARM处理器(105)包括Linux嵌入式系统(1051)、EtherCAT模块(1052)、位置环模块(1053)、速度环模块(1054)、外设控制模块(1055)、IO控制模块(1056)和通信模块三(1057)，ARM处理器(105)用于获取和处理外部控制器(3)产生的控制指令，并通过并行总线模块(106)发送给所述FPGA处理器一(108)，所述外设模块(101)包括显示模块(1011)、键盘输入模块(1012)和串行通信模块(1013)，外设模块(101)用于为用户提供伺服驱动器(1)交互界面，并将用户需求通过串口送入ARM处理器(105)，所述存储模块(102)包括DDR模块(1021)、EEPROM模块(1022)、Flash模块(1023)和SD卡模块(1024)，用于存储伺服驱动器(1)的程序、功能码信息，并为后期程序升级、工艺块开发做准备；所述EtherCAT接口模块(103)用于控制现场多个伺服电机(2)并联组网的情况，能够为伺服控制系统提供可靠、快速和稳定的现场总线网络；所述键盘输入模块(1012)用于输入，所述IO模块一(104)和IO模块二(107)能够为用户提供控制伺服驱动器(1)的端子输入方式；所述显示模块(1011)用于输出，所述IO模块一(104)和IO模块二(107)能够通过外接端子输出伺服驱动器(1)的实时状态；所述FPGA处理器一(108)包括编码器解析模块(1081)、BJT抱闸控制模块(1082)、通信模块一(1083)和通信模块二(1084)，FPGA处理器一(108)用于整合控制指令和编码器信号，并通过连接器与所述FPGA处理器二(111)进行串口通信；所述并行总线模块(106)用于ARM处理器(105)与FPGA处理器一(108)之间的数据交互；所述编码器接口模块(109)包括编码器模块(1091)和断线检测模块(1092)，编码器接口模块(109)用于伺服电机速度、位置和编码器接线状态的实时监测；所述FPGA处理器二(111)包括电流环模块(1111)、PWM生成与死区补偿模块(1112)、故障检测与保护模块(1113)和通信模块四(1114)，FPGA处理器二(111)用于响应控制指令并通过所述电机驱动模块(112)控制伺服电机(2)的运行状态；所述串口通信模块(110)用于FPGA处理器一(108)和FPGA处理器二(111)之间的数据交互，采用公母相对的连接器互连，遵循RS485串口通信协议，所述连接器将伺服驱动器分为控制部分和功率部分，能够保证一套控制板配合不同功率的功率板和伺服电机；所述电机驱动模块(112)通过内部的整流电路对输入的三相电进行整流，再通过正弦PWM电压型逆变器变频来驱动伺服电机，以实现对伺服电机的调速、运行、停止、步进和匀速操作；所述电流采样单元(113)用于采样电机绕组电流，并将采样电流作为反馈信号使伺服驱动器实现电流闭环，从而实现磁场的定向控制；所述故障检测单元(114)用于实时监控所述电机驱动模块(112)和所述伺服电机(2)的三相电流和温度信息，以保障伺服系统的准确、正常运作，所述FPGA处理器一(108)和FPGA处理器二(111)共同协作控制伺服电机的动作。