CN102142800B

CN102142800B - 舞台同步升降控制系统和方法

Info

Publication number: CN102142800B
Application number: CN201010597122.5A
Authority: CN
Inventors: 李明; 戎志刚; 刘道强; 丁亮; 肖杨
Original assignee: SHENZHEN HYVISION DIGITAL FILM Inc
Current assignee: Huaqiang infante (Shenzhen) Film Co. Ltd.
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: CN102142800A

Abstract

一种舞台升降同步控制系统和方法，涉及电机驱动同步控制系统，特别涉及整体舞台升降的电机驱动同步控制系统和方法。舞台升降同步控制系统包括两台以上电机、与电机配合的起变频器；所述电机上配备增量式编码器；所述变频器，配备PG卡、制动单元、制动电阻；还包括控制器，控制器向变频器发送指令；D/A模块，控制器和变频器通过D/A模块连接；晶体管I/O模块，绝对编码器，用于舞台提升位置检测；所述变频器连接电机，增量式编码器的信号输送给PG卡，PG卡反馈到变频器。本发明解决了现有异步电机没有配重的工况下，驱动的平台跨度大，同步精度高的高精度同步控制问颗。

Description

舞台同步升降控制系统和方法

技术领域

本发明涉及舞台电机驱动同步控制系统，特别涉及整体舞台升降的电机驱动同步控制系统和方法。

背景技术

在传统的舞台同步传动系统中，当各执行机构输入功率较大或各执行机构之间的距离较远时，一般采用独立控制的非刚性联接传动方法，即实行多电机同步驱动。但在同步驱动系统中，由于系统受诸多因素的影响，各部分将会产生不同程度的波动，转速偏离正常值，造成系统的不同步运行。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种同步偏差较小的舞台升降同步控制系统。

本发明的目的之二在于提供一种同步偏差较小的舞台升降同步控制方法。

本发明的目的之一可以这样实现，设计一种舞台升降同步控制系统，包括两台以上电机、与电机配合的变频器；所述电机上配备增量式编码器；所述变频器，配备PG卡、制动单元、制动电阻；还包括控制器，控制器向变频器发送指令；D/A模块，控制器和变频器通过D/A模块连接；晶体管I/O模块；绝对编码器，用于舞台提升位置检测；所述变频器连接电机，增量式编码器的信号输送给PG卡，PG卡反馈到变频器。

本发明的目的之二可以这样实现，设计一种舞台升降同步控制方法，采集位移信号通过控制器的比较和运算得出控制量，补偿给变频器控制电机运转纠正偏差；采用位置闭环控制和自动速度调节环控制；其中自动速度调节环控制给定信号以主变频器为定值，而其它的变频器为变值。

本发明解决了现有异步电机没有配重的工况下，驱动的平台跨度大，同步精度高的高精度同步控制问题。本发明既具有快速的动态响应又具备高精度的稳态定位性能，达到自动纠正的功能。达到了平台跨度长20米，同步提升位置偏差在±2mm的要求。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的系统结构示意图；

图2是本发明较佳实施例的功能模块图。

图3是本发明较佳实施例的PID控制算法流程图。

图4是本发明较佳实施例的平台定位调试曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图1、图2所示，一种舞台升降同步控制系统，包括两台以上电机、与电机配合的变频器；

所述电机上配备增量式编码器；

所述变频器，配备PG卡、制动单元、制动电阻；

还包括控制器，控制器向变频器发送指令；

D/A模块，控制器和变频器通过D/A模块连接；

晶体管I/O模块，

绝对编码器，用于舞台提升位置检测；

所述变频器连接电机，增量式编码器的信号输送给PG卡，PG卡反馈到变频器。

该系统还包括继电器I/O模块，用于接收变频器发送报警信号后系统断电。

主电源向所有变频器提供电源，经各自独立整流逆变控制。每个变频器各自连接一个电机，电机上都带有编码器，脉冲信号输入到PG卡，通过转换反馈到变频器，组成矢量控制的速度闭环系统。每个变频器有各自独立的制动单元和制动电阻，当电机处于制动状态或平台在下降时，整流电压增高，通过制动单元将能量消耗在制动电阻上，达到准备定位。控制器与变频器采用D/A模块连接。各元件之间的相互连接及外部设备的接线采用端子连接，每个端子分别标有端子排名称及端子号。

本发明的控制方法采用位置闭环控制和自动速度调节环控制；其中自动速度调节环控制给定信号以主变频器为定值，而其它的变频器为变值。将自动速度调节环(ASR)调节之前的给定信号以主变频器为定值，而其它的变频器为变值，通过控制器的运算送到对应的从变频器，在位移的精度上保证同步，并根据最终反馈的位移信号进行比较，通过增量式PID运算后，补偿给从变频器，达到自动纠正的功能。

如图2所示，舞台升降同步控制系统，包括两台以上起升变频器，其中一台为主变频器1、其余则为从变频器2，主变频器上配备的PG卡3、制动单元4、制动电阻5，从变频器上配备的PG卡6、制动单元7、制动电阻8；主电机9、从电机10，主电机上配备的增量式编码器11、从电机上配备的增量式编码器12；控制器13，即单片机/PLC；D/A模块14，晶体管I/O模块15，继电器I/O模块16，主电机的平台提升位置检测用的多圈绝对编码器17，从电机的平台提升位置检测用的多圈绝对编码器18。

本发明采用电机速度闭环控制，位置PID闭环控制，在位置闭环控制的基础上增加了自动速度调节环(ASR)，由比值系数K构成的前馈通道，称为比值控制或前馈控制。比值控制与位置跟随控制的有机结合，明显提高了平台的位置同步控制性能。

控制器13同时向主变频器1、从变频器2发出方向指令，给定频率通过运算同时发给主变频器1、从变频器2，主变频器1接收的频率是控制器13给定的固定频率，从变频器2接收的频率＝给定频率*K，从低速到高速的整个调速范围内，比值K系数是自动可变的，其特性曲线是非线性的，从而保证了在动态过程中平台的同步关系。主变频器1、从变频器2各自通过编码器的反馈信号通过PG运算补偿变频器形成速度闭环系统。

如图3所示，位移通过主多圈绝对编码器17采集定值r(k)、从多圈绝对编码器18采集脉冲计算值y(k)后反馈到控制器13进行计算偏差e(k)并进行比较，通过PID运算补偿给从变频器2的控制量U(k)，本发明采用积分分离PID控制，消除静差，提高精度，减小系统较大的超调，甚至振荡。

积分分离PID控制算法离散化PID控制算式为：

其中，κ为采样序号，k＝0，1，2...；Kp、Ki、Kd分别表示比例、积分、微分系数。

在实际中，执行机构需要的是控制量的增量，根据递堆原理可得增量式PID控制算式为：

ΔU(k)＝K_pΔe(k)+K_ie(k)+

K_d〔Δe(k)-Δe(k-1)〕

其中

Δe(k)＝e(k)-e(k-1)

式中：Kp-比例调节系数。是按比例反映系统的偏差，系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作用，以减少误差。取值范围在2.0～3.0之间。

Ki-积分调节系数。使系统消除稳态误差，提高无差度。积分作用的强弱取决于积分时间，常数Ti越小，积分作用就越强。取值范围在0.2～0.6之间。

Kd-微分调节系数。微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。取值范围在0.1～0.4之间。

为了减少电源系统波动等因素引起的外来干扰，在编制控制算法时，必须考虑利用积分环节，即采用一段时间内连续稳定的输入信号而不是某一瞬时值的输入信号进行PID运算，以消除累积误差，使转数在一定的范围内可调。从而达到同步精度高，确保了平台的稳定性。

如图4所示，为平台定位调试曲线截图。曲线1：主轴给定值；曲线2：主轴实际位置值；曲线3：从轴给定值；曲线4：从轴实际位置值。主轴给定的PID参数：Kp＝2.5；Ki＝0.5；Kd＝0.4。从轴给定的PID参数为：Kp＝2.6；Ki＝0.5；Kd＝0.3。通过调整PID参数后，主从的位置曲线明显得到了提高，平台的左右偏差也基本上到达了控制要求。

控制器13根据确定的Kp、Ki、Kd及采样周期T进行PID运算。通过现场监控达到了平台跨度长20米，同步提升位置偏差均在±2mm的要求。

Claims

1.一种舞台升降同步控制系统的控制方法，其特征在于：舞台升降同步控制系统，包括两台以上电机、与电机配合的变频器、控制器、D/A模块、晶体管I/O模块、绝对编码器；所述电机上配备增量式编码器；所述变频器，配备PG卡、制动单元、制动电阻；控制器，控制器向变频器发送指令；D/A模块，控制器和变频器通过D/A模块连接；绝对编码器，用于舞台提升位置检测；

所述变频器连接电机，增量式编码器的信号输送给PG卡，PG卡反馈到变频器；

采集位移信号通过控制器的比较和运算得出控制量，补偿给变频器控制电机运转纠正偏差；采用位置闭环控制和自动速度调节环控制；其中自动速度调节环控制给定信号以主变频器为定值，而其它的变频器为变值。

2.根据权利要求1所述的舞台升降同步控制方法，其特征在于：绝对编码器反馈的位移信号，通过控制器进行比较和进行PID运算后，补偿给从变频器。

3.根据权利要求2所述的舞台升降同步控制方法，其特征在于：所述PID控制算式为：

\begin{matrix} U (k) = K_{p} e (k) + \\ K_{i} Σ_{i = 0}^{n} e (i) + K_{d} [e (k) - e (k - 1)] \end{matrix}

其中：U(k)为控制量；e(i)为偏差；e(k)为偏差；k为采样序号，k＝0，1，2…；Kp、Ki、Kd分别表示比例调节系数、积分调节系数、微分调节系数。

4.根据权利要求2所述的舞台升降同步控制方法，其特征在于：需计算增量时，PID控制算式为：

ΔU(k)=K_pΔe(k)十K_ie(k)+

K_d〔Δe(k)-Δe(k-1)〕

其中

Δe(k)＝e(k)-e(k-1)

式中:ΔU(k)为控制量的增量；Δe(k)为偏差的增量，e(k)为偏差；k为采样序号，k＝0，1，2…；Kp、Ki、Kd分别表示比例调节系数、积分调节系数、微分调节系数。