CN101364105A - 基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法。包括如下步骤：1)运动控制卡与数/模转换器之间采用SynqNet实时控制网络通信；2)由运动控制卡通过数/模转换器输出相同的运动指令到电机驱动器；3)使用两个电机分别驱动同一齿条上的两个齿轮，驱动功率由两个电机共同承担；4)由两个电机驱动器分别控制两个电机，并输出大小相等、方向相反的可调偏置转矩；5)使用同步补偿器和两电机回路输出交叉累加实现双电机严格同步运动；6)在齿条上安装直线光栅，其位置测量信息输入运动控制卡完成闭环控制。本发明显著提高了齿轮齿条传动系统的精度；偏置转矩可调，适用于不同负载及速度要求；实时性、可控性、可靠性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法。
背景技术
机械传动系统中，间隙是动力传递过程中一种常见的非线性特性，同时也是影响系统动态性能和稳态精度的重要因素。理想的精密传动装置，其输出与输入之间的关系是线性的，但由于间隙的存在，传递过程中产生回程误差，系统的输入与输出短时间内会失去运动联系，造成输出的突然中断，大大降低了传动的稳定性和精度。
传统的机械消隙方法中最常用的为弹簧消隙法，如文献“齿轮消隙功能实现探索”(胡超等，《机电工程》.2008，25(2)：11-14)中所述，该方法虽在实现上比较方便，但会增加机械部分的复杂性，降低可靠性，而且不适用于较大功率的传动。因此，在机床、航空、航天、造船等负载大、精度高的领域，需要提供一种精度高、可控性好、适用功率范围广的消除传动间隙的方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于实时控制网络的双电机驱动提高运动控制精度的方法。
基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法包括如下步骤：
1)运动控制卡与数/模转换器之间采用SynqNet实时控制网络通信；
2)由运动控制卡通过数/模转换器输出相同的运动指令到两个电机驱动器；
3)使用两个电机分别驱动同一齿条上的两个齿轮，驱动功率由两个电机共同承担；
4)由两个电机驱动器分别控制两个电机，并输出大小相等、方向相反的可调偏置转矩；
5)使用同步补偿器和两电机回路输出交叉累加实现双电机严格同步运动；
6)在齿条上安装直线光栅，其位置测量信息输入运动控制卡完成闭环控制，提高运动控制精度。
所述的运动控制卡与数/模转换器之间采用SynqNet总线通信步骤：运动控制卡和数/模转换器采用美国DANAHER公司生产的ZMP卡和RMB卡，两者之间采用Synqnet网络通信，并采用RING形式的网络拓扑结构。
所述的由运动控制卡通过数/模转换器输出相同的运动指令到两个电机驱动器步骤：运动控制卡只发出一个运动指令信号，通过Synqnet网络传送到数/模转换器，数/模转换器将该信号转换成模拟量，并输出相同的两路信号，分别送入两个电机驱动器。
所述的使用同步补偿器和两电机回路输出交叉累加实现双电机严格同步运动步骤：第一个电机驱动器PI控制模块输出与第二个电机驱动器PI控制模块输出作差后输入至同步补偿器，补偿器做负反馈至第一个电机驱动器PI模块输入处，实现补偿器同步补偿功能；经补偿器同步后的两电机控制回路输出再进行交叉累加，实现两电机的严格同步。
所述的在齿条上安装直线光栅，其位置测量信息输入运动控制卡完成闭环控制，提高运动控制精度步骤：在齿条上安装光栅尺，在双电机所在平台上安装光栅读书头，光栅信号通过数/模转换器，再通过Synqnet网络读入运动控制卡，在运动控制卡内实现闭环控制。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1)显著提高了齿轮齿条传动系统的精度；
2)偏置转矩可调，适用于不同负载及速度要求；
3)实时性、可控性、可靠性好。
附图说明
图1为依据本发明实施方式的双驱动消隙系统力矩关系图；
图2为依据本发明实施方式的双驱动消隙系统控制系统框图；
图3为依据本发明实施方式的系统组成图；
图中：1#电机输出转矩11、2#电机输出转矩12、合成转矩13、1#电机驱动模块21、同步误差补偿模块22、2#电机驱动模块23、1#电机控制信号24、2#电机控制信号25、偏置转矩26、1#电机负载对象27、2#电机负载对象28。
具体实施方式
基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法包括如下步骤：
1)运动控制卡与数/模转换器之间采用SynqNet实时控制网络通信；
2)由运动控制卡通过数/模转换器输出相同的运动指令到两个电机驱动器；
3)由两个电机驱动器分别控制两个电机驱动同一齿条上的两个齿轮，驱动功率由两个电机共同承担；
4)由两个电机驱动器分别控制两个电机输出大小相等、方向相反的可调偏置转矩；
5)使用同步补偿器和两电机回路输出交叉累加实现双电机严格同步运动；
6)在齿条上安装直线光栅，其位置测量信息输入运动控制卡完成闭环控制。提高运动控制精度。
所述的运动控制卡与数/模转换器之间采用SynqNet总线通信步骤：运动控制卡和数/模转换器采用美国DANAHER公司生产的ZMP卡和RMB卡，两者之间采用Synqnet网络通信，并采用RING形式的网络拓扑结构。ZMP卡通过Synqnet控制网络与RMB卡进行数字量数据交换。
所述的由运动控制卡通过数/模转换器输出相同的运动指令到两个电机驱动器步骤：运动控制卡只发出一个运动指令信号，通过Synqnet网络传送到数/模转换器，即RMB卡中，RMB卡将该信号转换成模拟量，并输出相同的两路信号，分别送入两个电机驱动器的模拟量输入口。
所述的使用两个电机分别驱动同一齿条上的两个齿轮，驱动功率由两个电机共同承担步骤：驱动器和电机采用美国DANAHER公司生产的S600驱动器和AKM41H永磁同步电机，S600驱动器驱动两个电机运转，带动电机上的两个齿轮，共同驱动齿条运行。
所述的由两个电机驱动器分别控制两个电机，并输出大小相等、方向相反的可调偏置转矩步骤：结合图1对该步骤作详细叙述。如图1所示，1#电机的输出转矩11与2#电机的输出转矩12共同作用在负载上，输出合成转矩13。转矩指令在OA段时，1#电机与2#电机输出在叠加各自的偏置转矩后，1#电机输出正向转矩，2#电机输出反向转矩，此时电1#电机为主动电机，2#电机起辅助消隙作用；转矩指令落在A点右侧时，1#电机与2#电机皆输出正向转矩，2#电机跨过齿间隙，辅助1#电机共同驱动齿条运动，此时出现间隙；转矩指令为负的时候同理。因此如要求系统完全消隙，在转矩指令一定的情况下，需要调节偏置转矩，使得运动落在AB段内。偏置转矩可通过驱动器中的电流偏置参数进行调节，这使得本发明适用于各种不同情况下的消隙需求。如要求在负载运动前消隙，偏置转矩可设置较小；要求在满载运行时都不出现间隙，偏置转矩设置应不小于负载连续转矩的一半；要求在加减速时也无间隙，偏置转矩应不小于负载连续转矩。
所述的使用同步补偿器和两电机回路输出交叉累加实现双电机严格同步运动步骤：结合图2对该步骤作详细叙述。如图2所示，运动控制卡发出控制指令r输入两电机控制回路，分别经由驱动器控制模块21、23与同步误差补偿模块22输出控制信号24、25，经交叉累加实现精确同步后，与偏置转矩26累加输入负载模块27，28。实际结构中，ZMP卡通过网线接入RMB卡，组成Synqnet控制网络；RMB卡的模拟量输出分别接入到两S600驱动器的模拟量输入1#接口中，同时驱动器的模拟量输出1#接口分别接入另一驱动器的模拟量输入2#接口中，实现交叉累加同步功能；同步补偿器为S600驱动器的内部功能模块，可通过调节驱动器参数实现对同步补偿器的调节，实现同步。
所述的在齿条上安装直线光栅，其位置测量信息输入运动控制卡完成闭环控制，提高运动控制精度步骤：在齿条上安装德国HEIDENHAIN公司生产的LS328C直线光栅尺，在双电机所在平台上安装光栅读数头，光栅信号通过RMB卡，再通过Synqnet网络读入ZMP卡，在运动控制卡内实现闭环控制。
如上各步骤的系统组成图如图3所示。由研华IPC-610P4-250工控机中的ZMP卡通过Synqnet控制网络与RMB卡进行数字量数据交换，RMB卡与1#和2#S600驱动器之间通过模拟量进行数据交换；1#S600驱动器与2#S600驱动器之间进行关联接线实现同步交叉累加；设定两个S600驱动器内部电流偏置参数，加入大小相等、方向相反的偏置转矩；而后1#和2#驱动器分别驱动1#和2#电机，再由1#和2#电机带动两个齿轮在齿条上实现消隙运动；在齿条上安装HEIDENHAIN直线光栅尺，通过RMB卡读入工控机，实现闭环控制。
Claims (5)
1.一种基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
1)运动控制卡与数/模转换器之间采用SynqNet实时控制网络通信；
2)由运动控制卡通过数/模转换器输出相同的运动指令到两个电机驱动器；
3)使用两个电机分别驱动同一齿条上的两个齿轮，驱动功率由两个电机共同承担；
4)由两个电机驱动器分别控制两个电机，并输出大小相等、方向相反的可调偏置转矩；
5)使用同步补偿器和两电机回路输出交叉累加实现双电机严格同步运动；
6)在齿条上安装直线光栅，其位置测量信息输入运动控制卡完成闭环控制，提高运动控制精度。
2.根据权利要求1所述的一种基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法，其特征在于所述的运动控制卡与数/模转换器之间采用SynqNet总线通信步骤：运动控制卡和数/模转换器采用美国DANAHER公司生产的ZMP卡和RMB卡，两者之间采用Synqnet网络通信，并采用RING形式的网络拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法，其特征在于所述的由运动控制卡通过数/模转换器输出相同的运动指令到两个电机驱动器步骤：运动控制卡只发出一个运动指令信号，通过Synqnet网络传送到数/模转换器，数/模转换器将该信号转换成模拟量，并输出相同的两路信号，分别送入两个电机驱动器。
4.根据权利要求1所述的一种基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法，其特征在于所述的使用同步补偿器和两电机回路输出交叉累加实现双电机严格同步运动步骤：第一个电机驱动器PI控制模块输出与第二个电机驱动器PI控制模块输出作差后输入至同步补偿器，补偿器做负反馈至第一个电机驱动器PI模块输入处，实现补偿器同步补偿功能；经补偿器同步后的两电机控制回路输出再进行交叉累加，实现两电机的严格同步。
5.根据权利要求1所述的一种基于实时控制网络的双电机驱动提高运动精度的控制方法，其特征在于所述的在齿条上安装直线光栅，其位置测量信息输入运动控制卡完成闭环控制，提高运动控制精度步骤：在齿条上安装光栅尺，在双电机所在平台上安装光栅读书头，光栅信号通过数/模转换器，再通过Synqnet网络读入运动控制卡，在运动控制卡内实现闭环控制。
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