基于6U标准板卡的一体式两轴伺服控制系统
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摘要：针对伺服系统中独立设计的各功能模块之间需要诸多电气接线的问题，研发了一套完全自主产权的、集基于6u标准的控制板、电源转换板、角度编码板、功率驱动板于一体的两轴伺服控制系统，介绍了系统及各组成模块的功能及工作原理及系统的特点。实际应用证明，该系统具有较高的通用性、可靠性、维修性、电磁兼容性。
中图分类号：TN91134文献标识码：A文章编号：1004373X(2011)22020602
Integral 2axis Servo Control System Based on 6U Standard Board
CAO Fulu, SUN Xiangliang, ZHANG Pengnian, HU Weihua
(Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an 710100, China)
Abstract： To solve the continuity problem of many wires to interconnect independent modules of a servo control system, an integral 2axis servo control system with independent intellectual property rights was developed. The system is based on 6U standard controller board, power conversion board, resolvertodigital converter (RDC) board and power driver board. The functions and working principles of the system and the modules are discussed. The characteristics of the system are analyzed. The actual application proves the system has the advantages of versatility, high reliability, maintainability and electromagnetic compatibility.
Keywords： 6U standard board; integral mode; servo control system; electric wiring
收稿日期：201107100引言
伺服系统中包含能源设备、检测设备、控制设备、放大装置、辅助设备等功能模块［14］。各功能块的相对独立设计，导致系统各功能块之间的电气连接需要较多的接线。诸多的电气接线不利于系统的通用性、可靠性、可维修性［56］及电磁兼容性设计［78］。基于上述问题，本文研发了完全自主产权的一套基于6U标准［9］板卡的一体式两轴伺服控制系统。
1系统组成与功能
系统组成框图如图1所示。该系统集控制板、功率驱动板、电源转换板、角度编码板于一体，各功能板均采用基于6U标准的板卡，插拔式装配设计，相互之间采用母板式连接。该系统主要完成的功能有：控制板实时地向两块角度编码板同时发送同步脉冲，通过两串行接口分别接收两块角度编码板反馈的两轴驱动机构的当前位置信息，按照上位机控制命令的要求，并依据开关量信号表征的系统当前状态，在确保系统安全运行的情况下，进行位置闭环后，输出模拟速度给定信号，控制功率驱动板输出合适的电机驱动信号，完成对两轴驱动机构的随动控制。
2各模块的功能
2.1电源转换板
系统输入电源为工频交流220 V，系统内控制板、功率驱动板、轴角编码板均采用直流24 V供电。考虑到该系统对基于直流24 V、直流48 V、直流72 V等电压等级电机的伺服系统的通用性，电源转换板采取了通用性设计。它的功能框图如图2所示。
图1系统组成框图图2电源转换板功能框图该电源转换板首先将交流输入滤波后，经AC/DC模块转换成直流，再经DC/DC降压并滤波处理后输出系统所需的控制电源直流24 V/2 A、功率电源直流24 V/10 A及功率电源直流48 V/10 A。
2.2轴角编码板
系统所采用轴角编码板的功能框图如图3所示。轴角编码板向系统旋转变压器送出两路正弦激磁信号，接收两路正弦及余弦感应信号，将接收到的反应伺服机构当前位置的正余弦信号进行编码处理，形成位置编码，并在接收到同步触发脉冲后，经串行口实时送出当前位置编码。
图3轴角编码板功能框图2.3功率驱动板
系统功率驱动板的功能框图如图4所示。功率驱动板包含速度环与电流环两级环路，即将接收到的差分速度给定信号与速度反馈信号处理后求差，经速度调节器后作为电流环给定信号，将该信号与处理后的电流反馈信号求差再经过电流环调节器后输出，该模拟输出经PWM产生电路转换成PWM信号，再经功率放大后输出给电机，完成对伺服电机的驱动，并对连续多次的故障信号进行锁存实现电路保护［10］。
图4功率驱动板功能框图2.4控制板
系统的控制板功能框如图5所示。控制板的主要功能是实时地向两块轴角编码板同时发送同步脉冲，通过两串行接口分别接收两块角度编码板反馈的角度编码，并通过串行接口接收上位机控制命令，依据开关量信号表征的系统当前状态，在确保系统安全运行的情况下，进行位置闭环后，向功率驱动板输出模拟速度给定信号。
3系统的特点
该系统所具有的主要特点有：各功能板卡均采用6U标准尺寸，具有较高的集成度； 统一了接口连接器， 减少了器件种类；采用插拔式装配设计，安装方式稳定可靠，易于维修；电源转换板考虑通用性设计，输出功率电源直流24 V/10 A及功率电源直流48 V/10 A，在母板上进行简单的跳线设计，即可满足驱动直流24 V，48 V以及72 V等电压等级的电机的需求；功率驱动板可以适用直流24～72 V的电源输入范围，具有一定的通用性；系统采用一体式屏蔽机箱设计，具有较好的电磁兼容性。
图5系统控制板功能框图4结语
综上所述，该系统集基于6U标准尺寸的控制板、功率驱动板、电源转换板、角度编码板等诸板卡于一体，插拔式装配设计，相互之间采用母板式连接。实际应用表明，该系统具有较高的通用性、可靠性、维修性和电磁兼容性。
参考文献
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作者简介: 曹富禄男，1980年出生，河南商丘人，硕士研究生，工程师。研究方向为雷达伺服系统。