具体实施方式

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

图3-图6示出了根据本发明提供的磁输送线驱动系统的一种优选的实施方案。

其中，图3示出了本发明磁输送线驱动系统的模块示意图。

一种磁输送线驱动系统200，用于根据指令驱动磁输送线的执行机构100，磁输送线驱动系统包括：

运动控制单元210，根据指令生成驱动指令。

多个位置传感单元240，数量与电机定子110相对应，用于检测电机动子120的数量信息和位置信息。在一个实施例中，位置传感单元可为光栅尺或者磁栅尺。

电机控制单元220，根据驱动指令以及电机动子120的数量信息和位置信息，计算有效轴的数量信息和地址信息，生成用于选择指定的电机定子110的电机定子选择指令及用于生成指定的驱动电流的逆变设定指令；

以及多个电机驱动单元230，数量与电机定子110相对应，根据电机定子选择指令及逆变设定指令，生成并向相应的电机定子110提供驱动电流。

整个系统中，通过由电机控制单元中对计算工作进行集中调度和执行，使得数量最大的电机驱动单元230的结构得到大规模简化，从而极大地降低了成本。

图4示出了本发明磁输送线驱动系统一种实施方式的电机驱动单元230的结构示意图，其中包括：

驱动通信模块231，用于实现电机驱动单元230与外部的数据传输。

在一个实施例中，数据传输包括多个电机驱动单元230之间的数据传输以及电机驱动单元230与电机控制单元220之间的数据传输。在一个实施例中，数据传输采取双向以太网通信，也可用光纤等其它方式。

在一个实施例中，驱动通信模块231的端口可以采用一个或多个网口或者光口，以便多个电机驱动单元230通过相互形成串联。

由于驱动通信模块231的通信仅包含：输入：1)逆变设定2)系统控制，输出：1)电流与状态反馈。通信周期为电流环的计算周期，在一个实施例中，为50uS。因此，电机驱动单元的通信格式简单且间隔很短，带来系统的可靠性和检错特性提高。

波形发生模块232，根据逆变设定指令生成逆变控制波形。在一个实施例中，逆变控制波形为SPWM波形。

功率驱动逆变模块233，根据逆变控制波形，生成并向指定的电机定子110提供驱动电流。

在一个实施例中，电机驱动单元230还包括：采集模块234，用于采集所述电机定子110中的各相电流信息、电压信息以及温度信息，并向电机控制单元220反馈。

在一个实施例中，电机驱动单元230还包括：故障处理模块235，基于磁输送线中电机动子的速度信息、位置信息、以及电机定子的各相电流信息判断是否出现影响磁输送线运行的故障，例如：超差故障，在出现故障时，向功率驱动逆变模块233输出停机指令。

在一个实施例中，电机驱动单元230还包括：电源管理模块236，用于管理电机驱动单元230内部的所有电源供电，包括内部的模块以及功率驱动电源。

在一个实施例中，驱动通信模块231、波形发生模块232、采集模块234、故障处理模块235可以集成在一个主控芯片中。在一个实施例中，该主控芯片为一小容量FPGA芯片。

在一个实施例中，多个电机驱动单元230可以集成在到一块PCB板上，通过合用电源管理模块236与驱动通信模块231，可以进一步降低成本与系统复杂性。

由于不需要复杂的计算，因此本发明规定电机驱动单元，不需要采用现有技术方案中昂贵的DSP和大容量FPGA，芯片和其它电子元器件的数量也大大降低，降低成本的同时带来可靠性的提高。

图5示出了本发明磁输送线驱动系统一种实施方式的电机控制单元220的结构示意图，其中包括：

第一通信模块221，用于实现电机控制单元220与电机驱动单元230和/或位置传感单元240之间的数据传输；

第二通信模块222，用于实现电机控制单元220与运动控制单元210的数据传输；

有效轴管理模块223，根据位置传感单元240提供的电机动子120的数量信息和位置信息，计算有效轴的数量信息和地址信息，生成电机定子选择指令；

至少一个电机计算模块224，根据驱动指令、电机定子选择指令以及电机驱动单元230提供的电机定子110中的各相电流信息，生成并向电机驱动单元230输出逆变设定指令。

在一个实施例中，电机计算模块224还可针对磁输送线的干扰进行补偿计算，例如：静摩擦力、动摩擦力、齿槽力等。在一个实施例中，电机控制单元220还包括：

计算资源调度分配模块225，根据电机定子选择指令，选择一个或多个电机计算模块224，从而使选定的电机计算模块224完成计算；通过应用计算资源调度分配模块225，可以时分复用电机计算模块224。例如：一个控制周期可以为16个有效轴完成计算。

保存与分发模块226：将计算结果保存并分发到第一通信模块221。

图6示出了本发明磁输送线驱动系统一种实施方式的运动控制单元210的结构示意图，其中包括：

程序执行模块211，用于根据指令生成驱动指令。在一个实施例中，指令可以是来自用户或其他上位设备输出的程序指令。

碰撞检测模块212，用于基于驱动指令以及由电机控制单元220上报的电机动子120的位置信息判断驱动指令是否会引起电机动子120碰撞，在判断结果为否的情况下，向电机控制单元220输出驱动指令，在判断结果为是的情况下，等待直到判断结果为否时再输出驱动指令。

在一个实施例中，运动控制单元210还进一步包括：

电机定子管理模块213，用于管理系统的电机定子110，在有外部新增的电机定子加入时，向程序执行模块反馈，分配资源和命令程序，在系统内部的电机定子退出时，向程序执行模块反馈，回收并重新分配资源和命令程序。

在一个实施例中，运动控制单元210与电机控制单元220可以集成在一个控制器中。

图7示出了本发明磁输送线驱动系统的另一种实施方式，

其中，每个电机驱动单元230及位置传感器240包含上级通信口与下级通信口(以太网或者光纤)，组成环路。电机控制单元220从上级通信口发出带有枚举命令的通信包，开始枚举地址，第一个电机驱动单元230/位置传感器240地址为1，下一个为2，以此类推。直到经过最后一个电机驱动单元230/位置传感器240，返回电机控制单元220。

由于在这个系统上，通信比较频繁，通讯周期必须小于控制周期，而在串联成环路的情况下，数据包每经过一个电机驱动单元都会引入一定的延迟，为了避免绝对延迟过大，因此，根据本发明的另一种实施方式，当电机轴数量很大时，例如大于80个电机轴,可以新增若干个环路，使电机驱动单元230及位置传感器240到每一个电机的通讯延迟都小于控制周期。

在一个实施例中，系统中所有的环路要求统一编址，每个环路上的地址都是连续的，不同环路的地址范围不同，每个环路即系统上每一个电机轴的地址都是唯一的。例如：

如果环路的数量过多，根据本发明的另一种实施方式，磁输送线驱动系统还可以包括：

交换控制单元250，根据电机定子选择指令，实现电机控制单元220与各个环路上的位置传感单元240和/或电机驱动单元230之间的数据传输。交换控制单元250识别数据包头部的地址信息，将数据包送到对应的环路上的电机驱动单元230及位置传感器240。对应环路返回的数据包也能通过最快的通道返回电机控制单元220。

图8示出了本发明磁输送线驱动系统的控制方法的流程示意图。

控制方法包括：

步骤S100，驱动指令生成步骤，运动控制单元210根据用户或其他外部指令生成驱动指令。

在一个实施例中，步骤S100进一步包括：步骤S110，碰撞检测步骤，运动控制单元210判断驱动指令是否会引起电机动子碰撞，在判断结果为否的情况下，输出驱动指令，在判断结果为是的情况下，等待直到判断结果为否时再输出驱动指令。

步骤S200，电机动子检测步骤，位置传感单元240获取电机动子的数量信息、位置信息。

步骤S300，有效轴地址计算步骤，电机控制单元220根据电机动子的数量信息、位置信息，计算有效轴的数量信息和地址信息。

步骤S400，电机定子选择步骤，电机控制单元220根据有效轴的地址信息，生成电机定子选择指令；

在一个实施例中，步骤S400进一步包括：步骤S410，计算资源调度步骤，电机控制单元220根据电机定子选择指令，分配所需的计算资源用于控制环计算步骤。

步骤S500，控制环计算步骤，电机控制单元220根据电机动子的位置信息、电机定子的各相电流信息以及前一周期的逆变设定指令，分别完成位置环、速度环、电流环的计算，生成逆变设定指令。

在一个实施例中，上述位置环、速度环、电流环的计算中，最外环为位置环，接收位置指令、补偿和位置反馈，输出速度指令；中间为速度环，接收位置环给出的速度指令、补偿和速度反馈，输出电流指令，最内部为电流环，采用FOC(磁场定向控制)控制，接收电流指令、补偿和电流反馈，直接给出逆变指令。

步骤S600，驱动电流生成步骤，电机控制单元220保存逆变设定指令，并根据电机定子选择指令选择相应的电机定子，由相应电机驱动单元230生成驱动电机定子的驱动电流。

在一个实施例中，电机驱动单元230同时将电机实际电流反馈给电流环，电机旋转产出的角位移或者直线位置反馈给速度环和位置环。

重复上述步骤，对电机动子形成闭环控制，达到精确的位置和速度控制。

本发明提供的磁输送线的一优选的实施方式，包括：

一种磁输送线，长度为5米，每米包含16个电机轴，共有3个动子沿磁输送线往复运动，因此，该磁输送线执行机构包括80个电机定子与3电机动子，其中最大有效轴为10个，约占总轴数的12.5％。

驱动系统包括：

1)80个磁位置传感器

2)80个电机驱动单元

其中，每个电机驱动单元包括：驱动通信模块、波形发生模块、功率驱动逆变模块、采集模块。采用一个小容量FPGA(9K等效逻辑单元)即可完成了相关的所有控制功能。

每4个电机驱动单元集成在一个电机驱动板中，共20个电机驱动板。

3)驱控一体运动控制器1个：每个运动控制器集成1个运动控制单元和1个电机控制单元。

其中，运动控制单元包括：程序执行模块；

电机控制单元包括：第一通信模块、第二通信模块、有效轴管理模块、电机计算模块、计算资源调度分配模块、保存与分发模块。

驱动系统的运行控制步骤采用闭环控制，具体如下：

上电初始化时，系统默认没有电机动子存在。

程序执行模块生成驱动指令。

磁位置传感器周期性检测电机动子的位置，通过第一通信模块向电机控制单元传输。

采集模块周期性检测电机定子的电流，通过第一通信模块向电机控制单元传输。

有效轴管理模块获取相关的信息(位置，速度，电流)后，计算得到3个动子有效轴地址，形成电机定子选择指令。

计算资源调度分配模块将动子有效轴计算分配给对应的计算资源。

由电机计算模块完成控制相关计算(包括：位置环、速度环、电流环)，向保存与分发模块输出结果。

保存与分发模块保存本次结果，并根据地址依次输出给电机驱动单元。

数据包依次传输到对应的地址电机驱动单元，并进入功率驱动逆变模块，产生对应的三相电流。

重复前面的过程，对电机动子产生闭环控制效果。

由上述实施例可知，本发明提供的磁输送线驱动系统、磁输送线以及磁输送线驱动系统的控制方法，能够从源头上解决现有技术中存在的问题，通过将计算集中到电机控制单元中进行集中计算，使得数量最大的电机驱动单元得到大规模简化，从而极大地降低了成本；使得电机驱动单元不需要复杂的计算，因而单元本身所需的的芯片和其它电子元器件的数量也大大降低，降低成本的同时也带来可靠性的提高；通过设置计算资源调度分配模块以及交换控制单元，使得电机控制单元到每一个电机驱动单元的通讯延迟都小于控制周期的同时，能够支持多个环路，在避免系统出现延迟的情况下，提高了系统的可扩展性。

这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。