CN102904494A - 一种多电机同步消隙方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多电机同步消隙方法，涉及多电机同步、消隙及冗余设计技术。本发明通过在数字控制器中采集每一路速度环的输出电流，将某个速度环的电流输出值与整个系统的电流输出平均值进行比较，将其差值负反馈给速度环，用以抑制环路参数离散造成的电流发散，同时，偏置电流也通过速度环输入端注入。本发明中消隙控制器利用数字控制器实现，电机组合灵活高效，可以实现多电机的任意组合，当某台或某几台电机故障时可以在算法中实时地关断故障设备，使用剩余的正常设备进行降额工作。本发明具有性能优良、配置简单、组合灵活、可靠性高、设备选型方便等优点，可广泛用于大口径天线的伺服驱动，具有推广与应用价值。

Description

一种多电机同步消隙方法

技术领域

本发明涉及大口径天线伺服驱动设计中的一种多电机同步消隙方法。

背景技术

在高精度天线系统中，齿隙对系统的定位精度、快速性、稳定性等指标有很大的影响，因此需要采用双电机或多电机电消隙驱动系统。同时在大型天线系统中，要求的电机驱动功率很大，若采用单电机实现，在结构及电机设计上都有很大的限制，因此也需要采用多电机驱动系统。当前的多电机消隙驱动主要采用如下两种方式。这两种方式在性能上均存在不足：

1)单速度环、多电流环控制技术

这种消隙模式经过了多年的研究和大量的实践检验，优点是理论成熟、技术实用可靠。但它也存在明显的缺点，首先，该系统的构造是基于电流环的，而速度环是在两个电流环基础上构造的，这就要求用户自己设计速度环。其次，这种消隙模式存在差速振荡的可能，不仅会降低系统精度和稳定性，而且会大大增加传动系齿轮的磨损，必须用差速反馈来进行抑制。

2)通常的多速度环控制技术

多速度环驱动系统中的各个速度环均是完全独立的。力矩偏置信号是从两个速度调节器的输出取出作为力矩偏置电路的输入，把力矩偏置电路的输出分别引入到两个电流环，给两个电机施加大小相等、方向相反的偏置力矩，以起到消除传动齿隙的作用。这种方式的缺点是：消隙组合固定、呆板，当某一路速度环故障时，会导致相应一半的驱动支路无法工作，系统的可靠性较低；其次，这种消隙模式要求驱动模块同时具有电流环辅助输入端口的功能，对驱动器的选型造成一定限制。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种易于实现的高性能的多电机同步消隙方法，本发明具有性能优良、配置简单、组合灵活、可靠性高、设备选型方便等特点。

本发明所采取的技术方案为：一种多电机同步消隙方法，其特征在于：该方法借助于多电机伺服系统来实现的，所述的多电机伺服系统包括上位机、数字控制器、多路速度环驱动器以及与多路速度环驱动器一一对应连接的多个电机；具体包括以下步骤：

(1)上位机向数字控制器发送速度控制命令；

(2)多路速度环驱动器将多个驱动电机的电流值分别上报给数字控制器；

(3)数字控制器根据上位机命令及多路速度环驱动器状态确定电机组合方式；

(4)数字控制器根据上位机发送的速度控制命令、多路速度环驱动器上报的电机电流值及电机的组合方式，分别计算出每一路速度驱动器的速度给定值；

(5)多路速度环驱动器根据数字控制器发送的每一路速度驱动器的速度给定值，控制电机按速度控制命令的速度进行转动；

完成多电机的同步消隙。

其中，步骤(4)中每一路速度驱动器的速度给定值的计算方法为：

A、如果是偶数个电机工作，则各路速度环的速度给定值为：

$V_i=V_s-F*(I_i-\frac{\underset{i=1}{\overset{2n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i}{2n})+{(-1)}^i*I_b(i=\mathrm{1,2},......2n)$

其中：

Vs：从上位机接收的速度设定值；

Vi：经力矩均衡分配的速度给定值；

Ii：驱动电机的电流值；

F：力矩均衡系数；

Ib：偏置电流值；

2n：偶数个电机组合数；

B、如果是奇数个电机工作，则1路速度环的速度给定值V_2n+1为：

$V_{2n+1}=V_s-F*(I_{2n+1}-\frac{\underset{i=1}{\overset{2n+1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii}}{2n+1})$

则其他路速度环的速度给定值为：

$V_i=V_s-F*(I_i-\frac{\underset{i=1}{\overset{2n+1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii}}{2n+1})+{(-1)}^i*I_b(i=\mathrm{1,2},......2n)$

其中：

Vs：从上位机接收的速度设定值；

Vi：经力矩均衡分配的速度给定值；

Ii：驱动电机的电流值；

F：力矩均衡系数；

Ib：偏置电流值；

2n+1：奇数个电机组合数。

本发明相比背景技术有如下优点：

1)本发明采用多速度环消隙控制模式，配置简单、性能优良；

2)本发明偏置力矩通过速度环注入，不需要驱动器具备电流环辅助输入借口，极大的扩展了驱动模块的选型范围。

3)本发明采用完全数字控制实现，组合灵活、可靠性高。

附图说明

图1为本发明原理示意图。

具体实施方式

参照图1，多电机伺服系统包括上位机、数字控制器、多路速度环驱动器以及与多路速度环驱动器一一对应连接的多个电机，上位机向数字控制器发送速度控制命令，数字控制器接收上位机速度控制命令、根据电机组合方式及各路速度环驱动器上报电流值，经算法分别计算出每一路速度驱动器的速度给定值，多路速度环驱动器及相应的电机组成独立的速度环控制系统。

一种多电机同步消隙方法，包括以下步骤：

(1)上位机向数字控制器发送速度控制命令；

(2)多路速度环驱动器将多个驱动电机的电流值分别上报给数字控制器；

(3)数字控制器根据上位机命令及多路速度环驱动器状态确定电机组合方式；

(4)数字控制器根据上位机发送的速度控制命令、多路速度环驱动器上报的电机电流值及电机的组合方式，分别计算出每一路速度驱动器的速度给定值；

本发明通过在数字控制器中采集每一路速度环的输出电流，将某个速度环的电流输出值与整个系统的电流输出平均值进行比较，将其差值负反馈给速度环，用以抑制环路参数离散造成的电流发散，同时，偏置电流也通过速度环输入端注入。本发明中消隙控制器利用数字控制器实现，数字控制器与各速度环之间通过数字接口进行通信，由于整个算法为数字实现，电机组合灵活高效，可以实现多电机的任意组合，当某台或某几台电机故障时可以在算法中实时地关断故障设备，使用剩余的正常设备进行降额工作。极大的提高了系统的可靠性。

偏置电流的施加原则为：如果是偶数个电机工作，则一半电机施加正力矩偏置，另一半施加负力矩偏置；如果是奇数个电机工作，则1个电机不施加力矩偏置，剩余的一半电机施加正力矩偏置，另一半电机施加负力矩偏置。

步骤(4)中每一路速度驱动器的速度给定值的计算方法为：

A、如果是偶数个电机工作，则各路速度环的速度给定值为：

$V_i=V_s-F*(I_i-\frac{\underset{i=1}{\overset{2n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i}{2n})+{(-1)}^i*I_b(i=\mathrm{1,2},......2n)$

其中：

Vs：从上位机接收的速度设定值；

Vi：经力矩均衡分配的速度给定值；

Ii：驱动电机的电流值；

F：力矩均衡系数；

Ib：偏置电流值；

2n：偶数个电机组合数；

B、如果是奇数个电机工作，则1路速度环的速度给定值V_2n+1为：

$V_{2n+1}=V_s-F*(I_{2n+1}-\frac{\underset{i=1}{\overset{2n+1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii}}{2n+1})$

则其他路速度环的速度给定值为：

$V_i=V_s-F*(I_i-\frac{\underset{i=1}{\overset{2n+1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii}}{2n+1})+{(-1)}^i*I_b(i=\mathrm{1,2},......2n)$

其中：

Vs：从上位机接收的速度设定值；

Vi：经力矩均衡分配的速度给定值；

Ii：驱动电机的电流值；

F：力矩均衡系数；

Ib：偏置电流值；

2n+1：奇数个电机组合数。

(5)多路速度环驱动器根据数字控制器发送的每一路速度驱动器的速度给定值，控制电机按速度控制命令的速度进行转动；

完成多电机的同步消隙。

本发明简要工作过程如下：设备工作时，数字控制器定时的采集多路速度环驱动器设备状态，将故障设备禁止工作、并进行隔离，使用剩余的设备进行同步消隙工作，也可以根据上位机发送设备配置组合命令进行设备的组合。数字控制器在接收到上位机的速度控制命令后根据采集的各路速度环驱动器电流反馈，经算法处理后向各路驱动器发送相应的速度控制命令，实现多电机同步消隙控制。

Claims (2)

1.一种多电机同步消隙方法，其特征在于：该方法借助于多电机伺服系统来实现，所述的多电机伺服系统包括上位机、数字控制器、多路速度环驱动器以及与多路速度环驱动器一一对应连接的多个电机；具体包括以下步骤：

(1)上位机向数字控制器发送速度控制命令；

(2)多路速度环驱动器将多个驱动电机的电流值分别上报给数字控制器；

(3)数字控制器根据上位机命令及多路速度环驱动器的状态确定电机组合方式；

(4)数字控制器根据上位机发送的速度控制命令、多路速度环驱动器上报的电机电流值及电机的组合方式，分别计算出每一路速度驱动器的速度给定值；

(5)多路速度环驱动器根据数字控制器发送的每一路速度驱动器的速度给定值，控制电机按速度控制命令的速度进行转动；

完成多电机的同步消隙。

2.根据权利要求1所述的一种多电机同步消隙方法，其特征在于：步骤(4)中每一路速度驱动器的速度给定值的计算方法为：

A、如果是偶数个电机工作，则各路速度环的速度给定值为：

$V_i=V_s-F*(I_i-\frac{\underset{i=1}{\overset{2n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i}{2n})+{(-1)}^i*I_b(i=\mathrm{1,2},......2n)$

其中：

Vs：从上位机接收的速度设定值；

Vi：经力矩均衡分配的速度给定值；

Ii：驱动电机的电流值；

F：力矩均衡系数；

Ib：偏置电流值；

2n：偶数个电机组合数；

B、如果是奇数个电机工作，则1路速度环的速度给定值V_2n+1为：

$V_{2n+1}=V_s-F*(I_{2n+1}-\frac{\underset{i=1}{\overset{2n+1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii}}{2n+1})$

其他路速度环的速度给定值为：

$V_i=V_s-F*(I_i-\frac{\underset{i=1}{\overset{2n+1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ii}}{2n+1})+{(-1)}^i*I_b(i=\mathrm{1,2},......2n)$

其中：

Vs：从上位机接收的速度设定值；

Vi：经力矩均衡分配的速度给定值；

Ii：驱动电机的电流值；

F：力矩均衡系数；

Ib：偏置电流值；

2n+1：奇数个电机组合数。

Images