[发明专利]一种基于SSI传感器的交流伺服系统位置闭环控制器

摘要

本发明公开了一种基于SSI传感器的交流伺服系统位置闭环控制器，其硬件包括FPGA、上位机、CAN总线通讯模块、传感器、传感器信号收发模块、伺服电机和模拟量输出模块；FPGA用于整个系统的数据交换与控制；上位机通过RS232接口同FPGA之间双向连接，实现参数的设置和读取，通过数据通讯接口与CAN总线通讯模块之间双向连接，CAN总线通讯模块通过CAN总线接口与FPGA双向连接，实现系统通讯数据的高速传输；传感器信号收发模块与FPGA之间通过I/O端口双向连接，用于传感器信号的采集；模拟量输出模块通过并行接口与FPGA之间双向连接通过专用接口与伺服电机双向连接，用于信号的转换和交流伺服电机的控制；控制器试验平台用于系统性能的试验验证。

主权项

1.一种基于SSI传感器的交流伺服系统位置闭环控制器，其特征在于，包括FPGA、上位机、CAN总线通讯模块、SSI传感器、传感器信号收发模块、伺服电机、模拟量输出模块、位置闭环控制算法和控制器软件；具体的，所述传感器信号收发模块将FPGA发出的单端时钟信号转换为差分信号，同时，传感器信号收发模块接收SSI传感器发出的差分数据信号，并将所述差分数据信号转换为单端数据信号；模拟量输出模块将FPGA计算的控制量转换为‑10～10V电压信号，输出到交流伺服电机的驱动器上，完成交流伺服电机的控制；在该系统中，上位机通过数据通讯接口与CAN总线通讯模块双向连接，CAN总线通讯模块通过CAN总线接口与FPGA双向连接，上位机通过RS232接口与FPGA之间双向连接，传感器信号收发模块与FPGA之间通过I/O端口双向连接，所述传感器信号收发模块与SSI传感器连接，模拟量输出模块通过并行接口与FPGA之间双向连接，所述模拟量输出模块通过伺服接口与伺服电机双向连接；位置闭环控制算法的流程步骤如下所示：步骤1.1、开始；步骤1.2、建立交流伺服系统的闭环传递函数；步骤1.3、对传递函数进行估计；步骤1.4、对传递函数作近似处理；步骤1.5、用零极点分布传递函数对传递函数作等价处理；步骤1.6、使用离散化方法，得到离散化的传递函数；步骤1.7、得到传递函数的近似和未经近似的1/s的Bode图；步骤1.8、采用MATLAB的SIMULINK模块封装技术，将Oustaloup方法近似的分数阶微积分进行封装；步骤1.9、结束；传感器信号收发模块时钟信号发送过程的流程如下所示：步骤2.1、时钟信号输出为高电平；步骤2.2、加载传感器参数；步骤2.3、发送时钟信号；步骤2.4、判断是否发送了width位，是则转到步骤2.5，否则转到步骤2.3；步骤2.5、保持50μs高电平，转到步骤2.3；传感器信号收发模块的时钟数据信号处理流程如下所示：步骤3.1、判断是否检测到时钟信号下降沿，是则转到步骤3.2，否则继续步骤3.1；步骤3.2、接收数据；步骤3.3、判断是否接收了width位，是则转到步骤3.4，否则转到步骤3.2；步骤3.4、将格雷码转换为二进制码；步骤3.5、判断是否完成转换，是则转到步骤3.6，否则转到步骤3.4；步骤3.6、数据存储；控制器软件中控制参数加载过程的流程步骤如下所示：步骤4.1、开始；步骤4.2、请求读取控制器参数；步骤4.3、判断是否已从EEPROM读出，是则转到步骤4.4，否则转到步骤4.2；步骤4.4、存储参数；步骤4.5、判断是否已读取全部参，是则转到步骤4.6，否则转到步骤4.4；步骤4.6、求出可供加载的控制参数；步骤4.7、请求加载控制器参数；步骤4.8、判断参数是否可供加载，是则转到步骤4.9，否则转到步骤4.7；步骤4.9、输出参数数值；步骤4.10、输出参数标识码；步骤4.11、判断是否完成参数加载，是则转到步骤4.12，否则转到步骤4.9；步骤4.12、参数加载完成。