驱动多台电机运行的控制方法、系统及设备

摘要

本发明公开了一种驱动多台电机运行的控制方法、系统及设备，系统包括驱动器、分时控制电路和多台电机，其中分时控制电路从驱动器获取地址信号；将驱动器的驱动电压输出端和反馈信号输入端与地址信号中当前需要驱动运行的电机电性连接，并关断驱动器的驱动电压输出端和反馈信号输入端与其余电机之间的电性连接；获取当前需要驱动运行的电机的工况信息，并将工况信息发送到驱动器的反馈信号输入端，使驱动器根据工况信息生成驱动电压驱动已连接的电机运行。本发明通过对电机的分时驱动，在电机较多的情况下，实现一台驱动器匹配多台电机目的，不仅能够减少驱动器和外围电缆数量，还能够降低系统成本和故障率，提高伺服驱动器利用率。

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其是涉及一种驱动多台电机运行的控制方法、系统及设备。

背景技术

在工业控制中，越来越多的用到伺服系统。现有的技术方案是一台伺服驱动器控制一台伺服电机带动一个轴的运行，在有多个轴的情况下需要多个伺服驱动器带动多个轴顺次运行。

但是，现有的技术方案必须根据被控制的轴数来匹配相应数量的驱动器、线缆和电机等。在这种多台伺服驱动器匹配多台电机带动多轴顺次运行的配置中，当一台伺服驱动器带动电机运行时，其余伺服驱动器则处于空闲状态。因此，现有的技术方案会导致伺服驱动器闲置率高，生产成本难以进一步下降，同时系统中驱动器、线缆、电机数量多，也会导致更高的故障率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种驱动多台电机运行的控制方法、系统及设备，在需要驱动的电机较多的情况下，能够减少电缆和驱动器的使用，并降低控制系统故障率。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种驱动多台电机运行的控制方法，包括：

从驱动器获取地址信号，所述地址信号包含多台电机中当前需要驱动运行的电机的信息；

将所述驱动器的驱动电压输出端和反馈信号输入端与所述地址信号中当前需要驱动运行的电机电性连接，并关断所述驱动器的驱动电压输出端和反馈信号输入端与其余电机之间的电性连接；

获取当前需要驱动运行的电机的工况信息，并将所述工况信息发送到所述驱动器的反馈信号输入端，使所述驱动器根据工况信息生成驱动电压驱动已连接的电机运行。

本发明实施例的驱动多台电机运行的控制方法至少具有如下有益效果：本发明驱动多台电机运行的控制方法通过对电机的分时驱动，在电机较多的情况下，实现一台驱动器匹配多台电机的目的，不仅能够减少驱动器和外围电缆数量，还能够降低系统成本和故障率，提高伺服驱动器利用率。

进一步，所述多台电机分别对应不同的地址信号；所述驱动器的驱动电压输出端和反馈信号输入端分别经由动力线切换电路和模拟量切换电路与多台所述电机电性连接；

将所述驱动器的驱动电压输出端和反馈信号输入端与所述地址信号中当前需要驱动运行的电机电性连接，并关断所述驱动器的驱动电压输出端与其余电机之间的电性连接，包括：

根据所述地址信号生成第一控制信号和第二控制信号；

分别将所述第一控制信号和第二控制信号发送给模拟量切换电路和动力线切换电路并执行；

其中，所述第一控制信号用于控制所述驱动器的反馈信号输入端与所述地址信号对应的电机之间的模拟量切换电路导通，并关断所述驱动器的反馈信号输入端与其余电机之间的第一开关电路；所述第二控制信号用于控制所述驱动器的驱动电压输出端与所述地址信号对应的电机之间的动力线切换电路导通，并关断所述驱动器的驱动电压输出端与其余电机之间的动力线切换电路。

进一步，所述获取当前需要驱动运行的电机的工况信息，并将所述工况信息发送到所述驱动器的反馈信号输入端，包括：

通过模拟量切换电路获取驱动器当前时刻连接的电机的位置信息和速度信息；

将所述位置信息和速度信息反馈给所述驱动器，使得所述驱动根据所述位置信息和速度信息调整输出的驱动电压。

第二方面，本发明的一个实施例提供了一种驱动多台电机运行的控制系统，包括驱动器、分时控制电路和多台电机，所述驱动器经由所述分时控制电路分别与多台所述电机连接；其中，

所述分时控制电路分别与所述驱动器的驱动电压输出端、地址信号输出端以及反馈信号输入端连接，并从所述驱动器的地址信号输出端获取地址信号，所述地址信号包含多台电机中当前需要驱动运行的电机的信息；

所述分时控制电路还分别与多台所述电机连接，并将所述驱动器的驱动电压输出端和反馈信号输入端与所述地址信号中当前需要驱动运行的电机电性连接，并关断所述驱动器的驱动电压输出端与其余电机之间的电性连接；以及获取当前需要驱动运行的电机的工况信息，并将所述工况信息发送到所述驱动器的反馈信号输入端，使所述驱动器根据工况信息生成驱动电压。

本发明驱动多台电机运行的控制系统通过分时控制电路对电机的分时驱动，在电机较多的情况下，实现一台驱动器匹配多台电机的目的，不仅能够减少驱动器和外围电缆数量，还能够降低系统成本和故障率，提高伺服驱动器利用率。

在本发明的一个实施例中，所述分时控制电路包括地址信号转换电路和多个模拟量切换电路；其中：

每一所述模拟量切换电路通过编码器线连接在所述驱动器的反馈信号输入端和每一所述电机的编码器之间；

所述地址信号转换电路的输入端通过地址信号线与所述驱动器的地址信号输出端连接，所述地址信号转换电路的输出端分别与每一所述模拟量切换电路的控制端连接，所述地址信号转换电路将驱动器输出的地址信号转换为第一控制信号，并根据所述第一控制信号控制所述模拟量切换电路的导通和关断。

进一步，所述分时控制电路还包括多个动力线切换电路和多个动态制动电路；其中：

每一所述电机经由一个动态制动电路、一个所述动力线切换电路及动力线连接到所述驱动器的驱动电压输出端；

所述地址信号转换电路的输出端分别与每一所述动力线切换电路和每一所述动态制动电路的控制端连接，所述地址信号转换电路将驱动器输出的地址信号转换为第二控制信号和第三控制信号，并根据所述第二控制信号和第三控制信号控制所述动力线切换电路和动态制动电路的导通和关断。

进一步，所述地址信号转换电路包括译码器和多个缓冲器，所述译码器的输入端与所述驱动器的地址信号输出端连接，所述译码器的多个输出端分别与每一所述缓冲器的输入端连接，所述译码器对所述地址信号进行处理，并经由所述缓冲器输出控制所述模拟量切换电路、动力线切换电路和动态制动电路的控制信号。

进一步，每一所述模拟量切换电路包括模拟量开关芯片，其中：

所述模拟量开关芯片的控制端与所述地址信号转换电路的输出端连接，所述模拟量开关芯片连接在所述驱动器的反馈信号输入端和每一所述电机之间，所述模拟量开关芯片根据接收到的控制信号来控制模拟量开关芯片的导通和关断；

每一所述动力线切换电路包括第一控制电路和第一开关电路，其中：

所述第一控制电路的输入端作为所述动力线切换电路的控制端，所述第一控制电路的输入端与所述地址信号转换电路的输出端连接，所述第一控制电路的输出端与所述第一开关电路的控制端连接，所述第一开关电路连接在所述驱动器的驱动电压输出端和所述每一所述动态制动电路之间，所述第一控制电路根据接收到的控制信号来控制第一开关电路的导通和关断；

每一所述动态制动电路包括第二控制电路和第二开关电路，其中：

所述第二控制电路的输入端作为动态制动电路的控制端，所述第二控制电路的输入端与所述地址信号转换电路的输出端连接，所述第一控制电路的输出端与所述第二开关电路的控制端连接，所述第二开关电路连接在每一所述动力线切换电路和每一所述电机之间，所述第二控制电路根据接收到的控制信号来控制第二开关电路的导通和关断。

在本发明的一个实施例中，所述第一开关电路、第一开关电路分别由继电器构成。

第三方面，本发明的一个实施例提供了一种多台伺服电机的控制设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有可在所述处理器中执行的计算机程序，且所述处理器执行所述计算机程序时实现上实施例所述的驱动多台电机运行的控制方法。

附图说明

图1是本发明实施例中驱动多台电机运行的控制系统的一具体实施例模块框图；

图2是本发明实施例中驱动多台电机运行的控制方法的一具体实施例流程示意图

图3是本发明实施例图1的控制系统中分时控制电路的一具体实施例结构示意图；

图4是本发明实施例控制系统中地址信号转换电路的一具体实施例结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第二”、“第三”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明的一个实施例中，提出一种驱动多台电机运行的控制方法，主要应用在驱动多台电机运行的控制系统中，该控制系统的系统框图如图1所示，包括驱动器20、分时控制电路30和多台电机40(电机1，…，电机n)，驱动器20从上位机50中获取程序控制指令信号并提取为地址信号，且驱动器20经由分时控制电路30、编码器线和动力线与多台电机40连接。

如图2所示，本发明实时通过以下步骤实现对多台电机40的分时控制，包括：

步骤S1，从驱动器获取地址信号，该地址信号包含多台电机中当前需要驱动运行的电机的信息。

具体地，驱动器20从上位机50的程序控制指令信号中获取地址信号，分时控制电路30通过地址信号线与驱动器20连接并接收地址信号，其中地址信号是驱动器20输出的数字信号，每台电机对应一个固定的地址信号。

步骤S2，将驱动器的驱动电压输出端和反馈信号输入端与地址信号中当前需要驱动运行的电机电性连接，并关断所述驱动器的驱动电压输出端和反馈信号输入端与其余电机之间的电性连接。

其中，分时控制电路30包括模拟量切换电路和动力线切换电路，多台电机40分别对应不同的地址信号；驱动器20的驱动电压输出端和反馈信号输入端分别经由动力线切换电路和模拟量切换电路与多台电机40电性连接。所述分时控制电路30接收到地址信号后，根据地址信号选择相应的电机与驱动器20连接并关断其余电机。具体地，分时控制电路30根据地址信号生成第一控制信号和第二控制信号；然后分别将第一控制信号和第二控制信号发送给模拟量切换电路和动力线切换电路并执行。其中，第一控制信号用于控制所述驱动器20的反馈信号输入端与地址信号对应的电机之间的模拟量切换电路导通，并关断驱动器20的反馈信号输入端与其余电机之间的第一开关电路；第二控制信号用于控制驱动器20的驱动电压输出端与地址信号对应的电机之间的动力线切换电路导通，并关断驱动器20的驱动电压输出端与其余电机之间的动力线切换电路。

在本发明的一个实施例中，假设一个驱动器20需要驱动四台电机，n＝4，则四台电机对应的地址信号分别为00、01、10、11，则地址信号与各个电机的关系如表1所示。

表1：

在本实施例中，分时控制电路30接收到地址信号后，根据表1的规则，若地址信号为00，则将电机1的编码器线和动力线与驱动器20接通，驱动器20可驱动电机1运行，此时电机2、3、4的编码器线和动力线与驱动器20断开，这三个电机处于静止状态，直到分时控制电路30接收到不同的地址信号。除此之外，本发明还可以通过对驱动器20设定输出几路地址信号，进而确定哪几台电机分时段切换运行。

步骤S3，获取当前需要驱动运行的电机的工况信息，并将所述工况信息发送到驱动器的反馈信号输入端，使驱动器根据工况信息生成驱动电压驱动已连接的电机运行。

驱动器20通过分时控制电路30与相应的电机接通后，需要根据电机的实际运行状态来输出三相电压，保证电机运行在最佳状态。具体地，分时控制电路30通过模拟量切换电路获取驱动器20当前时刻连接的电机的位置信息和速度信息；将位置信息和速度信息反馈给驱动器，使得驱动器根据所述位置信息和速度信息调整输出的驱动电压。

本发明驱动多台电机运行的控制方法通过对电机的分时驱动，在电机较多的情况下，实现一台驱动器匹配多台电机的目的，不仅能够减少驱动器和外围电缆数量，还能够降低系统成本和故障率，提高伺服驱动器利用率。

在本发明的一个实施例中，结合现场多轴顺次运行的使用工况，提出一种驱动多台电机运行的控制系统，具体如图1所示，主要包括驱动器20、分时控制电路30和多台电机40，其中驱动器20经由分时控制电路30分别与多台电机40连接。

其中，控制系统中的驱动器20与控制层的上位机50连接，从上位机50获取程序控制指令并转换为可被分时控制电路30读取的地址信号。分时控制电路30的一端分别与驱动器20的驱动电压输出端、地址信号输出端以及反馈信号输入端连接，并从驱动器20的地址信号输出端获取地址信号，该地址信号是驱动器输出的数字信号，其包含多台电机40中当前需要驱动运行的电机的信息，如每个电机的地址。分时控制电路30的另一端分别与多台电机40连接，在控制系统运行时，分时控制电路30根据地址信号将驱动器20的驱动电压输出端和反馈信号输入端与地址信号中当前需要驱动运行的电机电性连接，并关断驱动器的驱动电压输出端与其余电机之间的电性连接。

另一方面，分时控制电路30还获取当前需要驱动运行的电机的工况信息，具体地，当驱动器20带动电机运行时，驱动器20通过分时控制电路30和编码器线和与电机侧的编码器建立通讯连接，并获取电机侧的位置信息和速度信息，然后将这些工况信息发送到驱动器20的反馈信号输入端，使驱动器20根据工况信息生成相应驱动电压，并通过动力线为相应的电机提供三相电压。

在本发明的一个实施例中，分时控制电路的具体结构如图3所示，包括地址信号转换电路31、多个模拟量切换电路32、多个动力线切换电路33和多个动态制动电路34。其中，每一模拟量切换电路32通过编码器线连接在驱动器20的反馈信号输入端和每一电机的编码器信号线之间，地址信号转换电路31的输入端通过地址信号线与驱动器20的地址信号输出端DO1\DO2连接，地址信号转换电路31的输出端分别与每一模拟量切换电路32的控制端连接，地址信号转换电路31将驱动器20输出的地址信号转换为第一控制信号，并根据第一控制信号控制模拟量切换电路32的导通和关断。

具体地，每一模拟量切换电路32包括模拟量开关芯片，模拟量开关芯片的控制端与地址信号转换电路31的输出端连接，模拟量开关芯片连接在驱动器20的反馈信号输入端和每一电机之间，模拟量开关芯片根据接收到的控制信号来控制模拟量切换电路32的导通和关断。模拟量切换电路32根据第一控制信号实现编码器线PS+/PS-导通或断开的控制，且编码器线PS+/PS-是双向流通的信号线，故该处采用双向模拟量开关芯片实现通断控制。

参考图2，每一电机经由一个动态制动电路34、一个动力线切换电路33及动力线U/V/W连接到驱动器20的驱动电压输出端。地址信号转换电路31的输出端分别与每一动力线切换电路33和每一动态制动电路34的控制端连接，地址信号转换电路31将驱动器20输出的地址信号转换为第二控制信号和第三控制信号，并分别根据第二控制信号和第三控制信号控制动力线切换电路33和动态制动电路34的导通和关断。

对于驱动器20和电机40的连接，本发明采用开关电路接通驱动器20和电机40之间的编码器线和动力线。其中，每一动力线切换电路33包括第一控制电路和第一开关电路，其中第一控制电路的输入端作为动力线切换电路33的控制端，第一控制电路的输入端与地址信号转换电路31的输出端连接，第一控制电路的输出端与第一开关电路的控制端连接，第一开关电路连接在驱动器20的驱动电压输出端和每一动态制动电路34之间，第一控制电路根据接收到的控制信号来控制第一开关电路的导通和关断。

本实施例以第一开关电路由继电器构成为了进行说明，具体地，动力线切换电路33由第一控制电路和常开继电器构成。第一控制电路根据动力线切换电路33接收到的第二控制信号，对继电器进行控制，进而对动力线U、V、W的连接进行接通或断开。每次驱动器20输出的地址信号切换电机时，软件控制驱动器20断掉使能，此时电机动力线无负载电流流过，所以继电器的无负载切换动作的寿命会大大提高。

每一动态制动电路34包括第二控制电路和第二开关电路，其中第二控制电路的输入端作为动态制动电路34的控制端，第二控制电路的输入端与地址信号转换电路31的输出端连接，第二控制电路的输出端与第二开关电路的控制端连接，第二开关电路连接在每一动力线切换电路和每一电机之间，第二控制电路根据接收到的控制信号来控制第二开关电路的导通和关断。在本实施例中，以第二开关电路由常闭继电器构成为例，动态制动电路34能够对处于断开自由状态的垂直轴运动的电机提供一个反向力，减小垂直轴方向下落的距离。防止垂直轴方向运动的电机断开驱动器时处于失控下滑的状态。其中第二控制电路根据动态制动电路34接收到的第三控制信号，对常闭继电器进行控制，进而控制动力线U、V、W三相线短接或分开的控制。

根据图2可知，地址信号转换电路31可以对接收到的地址信号进行转换后，输出控制模拟量切换电路32、动力线切换电路33以及动态制动电路34的接通与关断的控制信号。在本发明实施例中，地址信号转换电路31的电路框图如图4所示，该地址信号转换电路31包括译码器和多个缓冲器，译码器的输入端与驱动器的地址信号输出端DO1/DO2连接，译码器的多个输出端Y1/Y2/…分别与每一缓冲器的输入端连接，译码器对地址信号进行处理，并经由任一缓冲器输出控制模拟量切换电路、动力线切换电路和动态制动电路的控制信号，该控制信号包括第一控制信号EL1/EL2/…、第二控制信号DL1/DL2/…和第三控制信号DB1/DB2/…。

本发明中地址信号是伺服驱动器输出的数字信号，将地址信号输入至译码器芯片，译码器的每路输出信号分别连接一个具有3通道的缓冲器，每个缓冲器分别输出对应电机的模拟量切换电路、动力线切换电路和动态制动电路的控制信号。且每台电机对应一个固定的地址信号，若地址信号中包含第一台电机的地址时，则与第一台电机对应的缓冲器输出的第一控制信号EL1、第二控制信号DL1和第三控制信号DB1均为低电平，并分别输出给模拟量切换电路、动力线切换电路和动态制动电路，则第一台电机处于接通状态；若模拟量切换电路、动力线切换电路和动态制动电路接收到的控制信号均为高电平，则与其连接的电机处于断开状态。本发明的控制系统还可以通过对驱动器设定输出几路地址信号，进而决定分时切换多少台电机运行。

本发明驱动多台电机运行的控制系统通过分时控制电路对电机的分时驱动，在电机较多的情况下，实现一台驱动器匹配多台电机的目的，不仅能够减少驱动器和外围电缆数量，还能够降低系统成本和故障率，提高伺服驱动器利用率。

在本发明的一个实施例中，提出一种多台伺服电机的控制设备，包括处理器和存储器。其中，存储器中存储有可在处理器中执行的计算机程序，且处理器执行计算机程序时实现如上实施例所述的驱动多台电机运行的控制方法。

本实施例中的多台伺服电机的控制设备与上述图2对应实施例中的驱动多台电机运行的控制方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的驱动多台电机运行的控制方法、系统及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的驱动多台电机运行的控制系统实施例仅仅是示意性的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或界面切换设备、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。