在精密定位控制的要求越來越高的工業(yè)控制領域，作為執(zhí)行機構的伺服電機以其響應速度快，定位精度高的優(yōu)勢特點而得到了廣泛的應用。而同步交流伺服驅動裝置,即是控制系統(tǒng)與伺服電機中間不可缺少的環(huán)節(jié)。

　　在自動化領域很多場合需要實現單軸的重復、高速、高精度定位，通常情況下為了實現這樣的功能需要有一個上位機和一套伺服系統(tǒng)(包括伺服驅動裝置和伺服電 機)組成。而具有單軸控制功能的同步交流伺服驅動裝置(以下簡稱單軸驅動裝置)，因為其自身具有單軸控制功能，可以在組成上述的單軸控制系統(tǒng)時，不需要上位機，簡化了系統(tǒng)的組成;因為其沒有與上位機或單軸控制器之間的通訊接口，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，從整體上降低了系統(tǒng)成本。

　　單軸驅動裝置簡介

　　單軸驅動裝置通過采用數字信號處理器(dsp)和大規(guī)?？删幊涕T陣(cpld)實現全數字式控制。功率部分采用大功率的智能功率模塊(ipm)，具備完善 的保護功能。單軸驅動裝置的輸入/輸出口為可編程口，可靈活配置，能滿足多種不同應用場合的需要。為了滿足用戶對單軸控制的需要，設置有用戶可編程的程序段，用戶通過在程序的編輯運動控制指令來實現單軸運動和輸入輸出的控制。

　　硬件設計

　　單軸驅動裝置主要由電源電路、接口電路、按鍵顯示、dsp、cpld和功率電路組成。

　　dsp的i/o口與按鍵顯示相連，接口電路與cpld相連接。dsp與cpld通過dsp的外部數據總線相連，dsp通過它的外部數據總線，從cpld輸 入或輸出相應的控制信號。dsp輸出的pwm信號經中間驅動電路后送功率電路中的ipm模塊。電源電路負責提供整個裝置內部的電源。

　　dsp是整個單軸驅動裝置的核心，它負責對用戶程序段中的運動指令進行解釋執(zhí)行，并輸出相應的pwm信號給ipm功率模塊，控制電機運行。dsp采用的是 ti公司的tms320lf2407a，芯片具有低成本、低功耗、高性能的處理能力。它采用高性能靜態(tài)cmos技術，哈佛結構，使供電電源降為 3.3v，4級流水線作業(yè)，40mips的執(zhí)行速度，指令周期為25ns;32k字的片內flash程序存儲器，2.5k字的片內ram;片內集成了2個事件管理模塊eva和evb，每個包括:兩個16位通用定時器;8個16位脈寬調制通道。片內集成光電編碼器接口電路;具有16通道10位ad轉換器、 can、spi、sci通信模塊等多種片內設備，幾乎不用外接外設。并且該模塊支持多種觸發(fā)方式。

　　cpld的主要作用是為dsp和外部可編程io提供一個通路，并負責單軸驅動裝置的邏輯、報警處理。cpld選用的是lattice公司的 ispmach4128。該芯片采用3.3v供電，i/o口5v容忍，最高速度達333mhz，具有128個宏單元、68個io口，功耗低。其性能指示能 夠滿足設計需要。

　　功率電路采用三菱公司的ipm功率模塊，具有短、過流、高溫、欠壓保護功能。廣泛應用于供電、電機驅動等領域。

　　軟件設計

　　dsp單軸功能軟件設計

　　單軸驅動裝置其功能實現主要dsp內部的軟件實現。通用型伺服驅動裝置的dsp軟件功能主要是實現對伺服電機的位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的控制;此時驅動裝置通過接收上位機的指令來驅動電機運動。單軸驅動裝置，它可以讓用戶自行編輯單軸運動程序，并按照程序做單軸循環(huán)運行及輸入、輸出信號處理。它可以運行在 手動模式和自動運行模式。在手動模式下，它可以通過輸入點和手輪信號來驅動電機運行;在自動運行模式下，它能獨立按用戶程序驅動電機做單軸循環(huán)運行及輸 入、輸出信號處理。

　　單軸驅動裝置中，dsp通過解釋程序段中的用戶編輯的運動指令，將其轉換為相應的位置指令或速度指令和相應的io點處理。以廣州數控的da98b為例，單 軸編程指令在da98b工作在單軸控制方式下供用戶編寫運動控制程序所用的指令，一共有三條:pos位置指令、spd速度指令和end循環(huán)結束指令。

　　指令的格式，以pos指令為例:

　　cpld軟件設計

　　+vhdl方式。底層功能模塊采用vhdl語言進行設計，最頂層采用原理圖設計，將底層功能模塊有機的整合到一起，實現完整的io控制及邏輯報警處 理。

　　cpld功能模塊主要由雙向數據總線模塊，地址譯碼模塊，數字輸入模塊，數字輸出模塊和邏輯報警處理模塊等組成。

　　雙向數據總線模塊和地址譯碼模塊組成了數據總線接口，與dsp的外部數據總線相連。數字輸入模塊的功能是將外部數字量和裝置內部的數字量送到雙向數據總線模塊。數字輸出模塊的功能是將雙向數據總線送來的數字量分配到外部輸 出口和裝置內部。邏輯報警處理模塊的功能是將裝置內部產生的報警信號進行邏輯處理，并產生相應的報警信號和報警控制信號，以保護裝置內部的重要部分。

　　由于單軸驅動裝置的各種優(yōu)點，使得其應用領域相當廣泛，表2所示為其可以適用的控制領域。

　　它由廣州數控設備有限公司生產的da98b交流伺服單軸控制裝置(包括伺服電機)、主軸電機、滑臺和其它一些器件構成。該 款單軸裝置擴展了4對i/o點，用戶編程簡單，操作方便，性價比高。圖中伺服電機與滑臺的絲桿連接，伺服電機帶絲桿轉動，絲桿再推動滑臺上的主軸電機進退。sq1-sq3為3個定位接近開關，主軸電機的起、停由單軸控制裝置輸出信號控制。首先滑臺在sq1位置時，按啟動按鈕，啟動單軸循環(huán);伺服電機以 1000r/min正轉，滑臺快進到sq2位置，sq2輸出高電平，使伺服電機轉速降為100r/min，同時單軸裝置輸出信號啟動主軸電機轉動;滑臺慢 速攻進到sq3位置后，受sq3控制停止攻進，并延時1s;然后伺服電機以100 r/min反轉，滑臺攻退到sq2位置后，主軸電機停轉;伺服電機轉速變?yōu)?000 r/min反轉，滑臺快退到sq1位置后停止;完成一次循環(huán)。該循環(huán)可以由用戶編程定義循環(huán)次數或無限循環(huán)。

　　結語

　　單軸驅動裝置與通用伺服驅動裝置相比，方便簡單的控制優(yōu)勢顯現，簡潔的用戶編程手段或遠程編程，在自動化領域的應用前景可觀。