通用型电液位置伺服驱动器

摘要

本发明涉及一种通用型电液位置伺服驱动器。目前的电液伺服系统驱动器主要还是采用分布式结构。本发明中SSI转换模块外接SSI位移传感器连接，用作驱动器对输入信号的前置处理，ARM7核心是驱动器的核心；操作面板是一个可视化交互式操作界面，主要由液晶显示、键盘输入和LED指示灯组成；串口电平转换模块为驱动器提供外部控制接口，计算机可以过串口电平转换模块对伺服驱动器实现数据的实时通信和系统的精确控制；DA转换放大模块采用ARM7自身提供的DA模块，为伺服阀或者比例阀提供控制电信号；电源模块用于给驱动器各个模块提供电源。本发明简单，集成化程度更高高，并且操作方便，成本更低，有利于大范围地推广使用。

权利要求

1.通用型电液位置伺服驱动器，包括SSI转换模块、ARM7核心、串口电平转换模块、DA转换放大模块、电源模块和操作面板，其特征在于：所述的SSI转换模块外接SSI位移传感器连接，用作驱动器对输入信号的前置处理，将同步串行信号转化为驱动器能够处理的异步串行信号；

所述的ARM7核心是驱动器的核心，其用于对输入信号的处理并产生输出信号、系统参数的存储；

所述的操作面板是一个可视化交互式操作界面，主要由液晶显示、键盘输入和LED指示灯组成，液晶显示用于显示驱动器的运行状态和实时参数，方便操作人员掌握系统的运行状态并进行下一步操作；键盘输入方便用户对伺服系统的运行参数进行分类分参数具体设定；LED指示灯实时提示系统运行状态；

所述的串口电平转换模块为驱动器提供外部控制接口，计算机通过串口电平转换模块对伺服驱动器实现数据的实时通信和系统的精确控制；

所述的DA转换放大模块采用ARM7自身提供的DA模块，输出信号为标准的0-10V电压信号或者4-20mA的电流信号，为伺服阀或者比例阀提供控制电信号；

所述的电源模块输入电源由单相交流电供电，输入电压为220V，输出直流电压3.3V和

24V，用于给驱动器各个模块提供电源。

说明书

通用型电液位置伺服驱动器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种应用于电液位置伺服系统的集成型驱动器，特别是涉及一种具有数字显示、面板控制和外部控制功能的通用型电液伺服驱动器。

背景技术

[0002] 21世纪末，电液伺服系统发展迅速，在工业控制领域发挥的作用越来越大。电液伺服系统是一种电气装置和液压执行机构相结合的反馈控制系统，最常见的有电液位置伺服系统、电液速度控制系统和电液力控制系统。电液伺服系统将执行机构的输出量作为控制量，主要解决控制量的跟随问题，在保证足够精度的前提下实现控制量对给定量的及时跟踪，所以电液伺服系统又称随动系统。常用的液压执行机构有液压缸和液压马达。

[0003] 目前的电液伺服系统驱动器主要还是采用分布式结构，具体实现方式有集成数据采集及处理板卡的工控机模式和集成高速高精度AD芯片的单片机模式。这些驱动器实现方式的不足之处在于：其一，液压缸位移信号的AD变换精度有限，不适应长行程液压缸的位移反馈，例如16位精度AD芯片，要达到0.01mm位移反馈精度，液压缸行程只能限制在600mm以内；其二，AD变换的高精度和高速性要求使得驱动器实现较困难，同时满足1ms转换速率和16位以上精度的AD芯片也比较少，成本较高；其三，采用分布式结构搭建，要求技术人员必须具有较高的硬件和软件基础，例如采用工控机模式，则需要技术人员熟悉数据采集卡及工控机编程应用技术，例如采用单片机模式，则需要技术人员熟悉单片机系统硬件及软件编程应用技术。综上所述，以上的不足大大限制了电液伺服驱动技术的应用。申请号为200710125448.6的专利伺服控制器，通过闭环控制单元，驱动单元，单片机设定单元实现了伺服系统的闭环控制，系统运行参数需通过单片机编程设定，增加了非专业人员的操作难度，不利于伺服控制器的推广使用。

发明内容

[0004] 本发明目的在于提供一种应用于电液位置伺服系统的驱动器，是一种集位移反馈、PID运算和控制输出为一体的集成型驱动器，是一种具有数字显示、面板控制和外部控制功能的电液伺服驱动器，是一种操作应用类似于交流变频器的通用型电液伺服驱动器。

[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 通用型电液位置伺服驱动器包括SSI转换模块、ARM7核心、串口电平转换模块、DA转换放大模块、电源模块和操作面板。

[0007] 所述的SSI转换模块和SSI位移传感器连接，具有25位精度，可以实现行程3m，分辨率1um，1ms采样的位移反馈，用作驱动器对输入信号的前置处理，将同步串行信号转化为驱动器能够处理的异步串行信号。

[0008] 所述的ARM7核心是驱动器的核心，其主要功能在于用户程序的编写、对输入信号的处理并产生输出信号、系统参数的存储。其中程序中的PID控制算法，计算耗时达到200us以下。

[0009] 所述的操作面板是一个可视化交互式操作界面，主要由液晶显示、键盘输入和LED指示灯组成，液晶显示用于显示驱动器的运行状态和实时参数，方便操作人员掌握系统的运行状态并进行下一步操作；键盘输入方便用户对伺服系统的运行参数进行分类分参数具体设定；LED指示灯实时提示系统运行状态。

[0010] 所述的串口电平转换模块为驱动器提供了外部控制接口，计算机可以过串口电平转换模块对伺服驱动器实现数据的实时通信和系统的精确控制。

[0011] 所述的DA转换放大模块采用ARM7自身提供的DA模块(10位DA输出，1ms的模拟量建立时间)，输出信号为标准的0-10v电压信号或者4-20ma的电流信号，为伺服阀或者比例阀提供控制电信号。

[0012] 所述的电源模块输入电源由单相交流电供电，输入电压为220V，输出直流电压3.3V和24V，用于给驱动器各个模块提供电源。

[0013] 本发明相比于现有技术具有以下有益效果：相比传统的采用模数转换模块，集成于驱动器的SSI模块提高了输入信号的分辨率，分辨率可以达到25为精度，并且降低了安装成本；驱动器的操作面板方便了用户对驱动器运行参数的设定和查看，操作简单方便，显示直观；串口电平转换模块的加入方便了工业控制计算机和驱动器的通信和驱动器功能的扩展；相比较用可编程逻辑控制器和计算机组合实现电液位置伺服系统的控制，本发明更加简单，集成化程度更高高，并且操作方便，成本更低，有利于大范围地推广使用。

附图说明

[0014] 图1为驱动器接口布置图；

[0015] 图2为驱动器面板布置图；

[0016] 图3为驱动器系统原理图；

[0017] 图中：1、LED指示灯；2、设定参数；3、实时参数；4、向上按钮；5、运行按钮；6、向下按钮；7、停止按钮；8、报警指示灯；9、模式转换开关；10、确定按钮；11、模式按钮。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图，对本发明作进一步描述。

[0019] 如图1所示，一种集位移反馈、PID运算和控制输出为一体的集成型驱动器，其提供的外部接口如下：

[0020] SSI转化模块和外部位移SSI传感器直接相连，其中clock+，clock-为时钟信号，data+，data-为数据信号，24VDC，GND为驱动器为位移传感器提供的电源接口，SSI转化模块一次输出8位数据，传感器精度多于8位的分多次传输。

[0021] DA转换放大模块集成在ARM7中，精度为10位，输出信号类型为标准的2-20ma电流信号或者0-10V的电压信号，上述输出信号直接和伺服阀连接，通过伺服阀可以对液压执行机构进行伺服控制。

[0022] 串口电平转换模块用于将ARM7内部的3.3V电压信号转化为模块的3V工作电压，ARM7的P0.0用于串行数据的发送，P0.1用于串行数据的接收，模块的输出和9针的标准串口数据线连接。

[0023] 电源模块输入电源由单相交流电供电，输入电压为220V，输出直流电压3.3V和24V，用于给驱动器各个模块提供电源。

[0024] 操作面板由液晶显示、键盘输入和LED指示灯三部分组成。ARM7的端口P0.27-P1.22连接液晶显示模块，提供数码管的字控制信号和位控制信号，液晶显示模块和操作面板的多位数码管连接，用于显示驱动器的运行状态和实时参数；键盘输入模块连接操作面板上的7个按钮，ARM7的端口P0.20-P0.26分别对应7个按钮的控制信号。LED指示灯模块由ARM7的端口P1.23-P1.30控制，用于显示操作面板上的指示灯。

[0025] 如图2所示，操作面板给操作人员提供了一个可视化的交互式操作界面，主要由液晶显示、键盘输入和LED指示灯三部分组成：

[0026] 液晶显示部分用于显示驱动器的设定参数2和实时参数3，设定参数2包括开始位置，终止位置等，实时参数3包括位移，速度，加速度等，不同参数之间可以通过向上按钮4，向下按钮6进行切换。

[0027] 键盘输入部分包括6个按钮和一个模式转换开关9。6个按钮分别为：模式按钮11、向上按钮4、运行按钮5、停止按钮7、向下按钮6、确定按钮10。模式选按钮11用于选择不同的设定参数；向上按钮4显示上一个设定参数或者进行参数的值设定；向下按钮6显示下一个设定参数或者进行参数的值设定；确定按钮10用于确认用户设定的参数；运行按钮5激活用户的参数设置并驱动驱动器，按下运行按钮5时，驱动器开始工作；停止按钮7停止驱动器的运行，按下停止按钮7时，驱动器停止工作；系统模式转换开关9转换驱动器的运行模式，驱动器提供给用户的运行模式有自动和手动两种；

[0028] LED指示灯1提示系统的运行模式和状态，系统运行模式有自动和手动两种，运行和停止LED指示灯用于提示系的运行状态，正向和反向LED指示灯提示液压执行机构的运动方向。报警指示灯8用于提示系统的状态，当系统出错时，报警指示灯8点亮，驱动器发出蜂鸣声。

[0029] 如图3所示，驱动器的系统原理如下：

[0030] 首先，用户利用操作面板对系统参数进行设定，用户利用模式转换开关（9）选择驱动器运行模式，待参数设定后，按下运行按钮（5），驱动器开始工作。

[0031] 然后，驱动器利用25位高精度的SSI位移传感器采集实际位移信号，输出信号Pv给驱动器的ARM7核心，输出信号Pv和自动曲线发生器或者手动曲线发生器输出的理论位移Sp进行比较，生成误差信号Er，系统中事先编好的PID运算模块通过对误差信号Er的处理，计算生成输出信号PIDout，输出信号PIDout需要经过数模放大处理后生成标准的电压Uout或电流信号Iout，从而控制伺服阀等驱动机构对液压缸等执行机构的位置进行实时伺服控制。

[0032] 最后，执行机构的位置信号又被SSI位移传感器采集并进入下一次控制循环。