基于Can总线Elmo驱动器的双轴电机伺服系统研究

于伟光

(沈阳新松机器人自动化股份有限公司辽宁沈阳110169)

摘要：电机伺服系统是机器人或工业自动化的重要组成部分，基于Can总线Elmo驱动器的双轴伺服系统不但可以采用Canopen应用协议，方便控制器与驱动器间的通信，而且通过提升驱动器的性能，大大提高了伺服系统的控制精度。

关键词：Can总线；驱动器；伺服系统；电机

1引言

伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。根据动力执行机构的不同，伺服系统又分很多种，比如液压伺服系统、气动伺服系统、电机伺服系统等，本文讨论的是电机伺服系统。

CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)的简称[1]，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

Elmo是运动控制领域卓越及独特的解决方案供应商，专注于运动控制相关产品的开发、制造及营销。Elmo产品完全在以色列开发及制造，自1988年成立以来，Elmo引领了全球范围内运动控制领域的创新性突破。

本文介绍一种基于Can总线接口的Elmo驱动器的双轴电机伺服系统，依据Can总线的特性及Elmo驱动器强大的功能，可实现双轴电机的同步实时控制。

2基于CAN总线的Elmo驱动器简介

Elmo驱动器以其良好的可靠性，得到工业自动领域的广泛认可，其功能强大，接口丰富，体积小巧、使用便捷。根据功率或电流不同，可选择不同型号的产品。可适应多种编码器接口，比如ssi、biss、endata等。与控制器通信接口也有多种选择，比如Can、Ethercat、RS232等，本文只介绍Can总线的Elmo伺服驱动器。

基于Can总线的Elmo采用Canopen应用层协议，可实现力矩、位置、速度等多种控制模式。Elmo驱动器配有上位机调试软件，可方便用户对其进行参数配置，比如电机参数、编码器参数、pid参数等。Elmo驱动器在安全保护上有电流过载保护（2倍过载）、温度保护、限位保护、限速保护等。还可以实现位置映射、位置偏移等功能。常用的伺服功能基本都可以在Elmo驱动器上找到。

3系统组成及原理

电机伺服系统一般由伺服电机、伺服减速器、伺服驱动器、伺服控制器等组成，每一组成部份都发挥着其不可替代的作用。

伺服电机是系统的执行机构，也是伺服系统控制的目标对象。

伺服减速器是一种变速装置，一般与电机轴连接，通过对电机转速的变换，达到提高输出扭矩的作用。

伺服驱动器是电机的直接控制部件，可实时输出电机所需的电压信号，对电机进行控制。

伺服控制器是伺服系统主控单元，通过Can总线控制两个Elmo驱动器，从而达到控制两个电机的目的。

伺服系统的工作流程起始于伺服控制器，终止于减速器或负载。由伺服控制器通过Can总线发送上电指令给伺服驱动器，使电机上电使能，然后根据当前操作模式，发送运动指令给驱动器，使电机运动。例如在位置运动模式下，伺服控制器分别发送两个轴的目标位置给两个驱动器，然后发送开始运动指令，两个电机根据收到的开始运动指令的时间，分别开始向各自的目标位置运动，当到达目标位置后，停止运动，并反馈结果给控制器。最后，控制器发送下电指令给两个驱动器，完成本次运动过程。

4系统精度与特性

伺服系统的核心在于运动精度的控制，而运动精度一般分为静态精度和动态精度。

系统的静态精度指伺服完成一次运动并且电机停止运动之后，电机或负载的实际位置与控制系统计划要到达的目标位置之间的误差大小。静态精度一般又可分为编对位置精度和重复位置精度，绝对位置精度指的从任意位置到任意位置的误差大小；而重复位置精度指从A点到B点做往复运动，每次到达B点的位置偏差。伺服系统的重复精度一般要远高于绝对位置精度。

系统的动态精度指的是电机或负载从静止开始，经过加速、匀速、减速，最后停止，全过程每个时间点与控制系统规划的过程是否一致，这里不仅有轨迹上存在的误差，时序上的误差也是动态精度所要衡量的一部分。

系统精度的大小一般取决于控制算法的优劣、编码器的精度、减速机的精度，以及驱动器的性能。在工程实践中，编码器一般是10位~19位，再经过减速器降速，可以说由编码器引起的误差非常小，所以一般系统误差主要考虑减速器的结构误差以及驱动器的性能，在设计选型时，也要重点考虑减速器的精度以及驱动器的性能。

5结束

近年来，随着机器人行业的发展，多轴电机伺服系统的需要也越来越多，基于Can总线的Elmo驱动器的广泛应用，不仅可以方便多轴系统的控制，也提高了伺服系统的控制精度。当然，伺服系统中每一组成部分都至关重要，只有提升了各个部件的性能和精度，才能从整体上提高伺服系统的性能。

参考文献：

[1]王帅宇,张宇河,郭萱.基于CAN总线伺服控制系统的设计及控制方法[J].北京理工大学学报，2006，26(5)：421-424.