CN103676653B - 应用于龙门机构的伺服同步控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

应用于龙门机构的伺服同步控制方法及系统，龙门机构由两套伺服系统共同驱动，两套伺服系统中的任一台伺服驱动器通过比较其所控制的伺服电机和另外一台伺服电机位置关系，调整其所控制的伺服电机的速度，实现两电机的同步。本发明的有益效果是：通过伺服系统实现两台电机的同步补偿，提高两台伺服电机的同步性，减少龙门机构承受扭力或运动过程中大幅振动等不良问题的发生；不需要使用昂贵的传感器（如光栅尺等），减少成本投入，提高可维护性；直接在伺服系统内容实现对电机的同步补偿，不需上位系统处理，提高的了同步性补偿的响应速度。

Description

应用于龙门机构的伺服同步控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种多电机同步控制方法及系统。

背景技术

采用伺服电机控制的龙门结构属于《智能制造装备产业“十二五”发展路线图》所述的八项核心智能测控装置与部件中伺服控制机构的一种，由于具有龙门结构的机械装置，往往惯量大、负载重，很难由一个驱动电机带动。比较常见的方案是在龙门装置的两边分别安装一台驱动电机，运动时由两台电机同时驱动。两台伺服系统的位置指令由同一上位控制发出，即两台伺服系统在相同时刻的位置指令是相同的。

龙门机构两边的两台伺服系统同时工作于半闭环模式下时，所谓半闭环模式指的是位置指令由上位控制系统发出，但上位控制系统本身并不对位置进行闭环控制，被控对象的位置靠伺服系统来保障。伺服系统通过电机反馈的位置信息和上位控制系统的位置指令进行比较并通过闭环控制以驱动电机使被控对象运动至指令位置。

若其中一台遭遇负载扰动，则其瞬态速度、位置便会与另外一台产生差异，从而产生应力。由于两台伺服系统各自处于位置闭环模式下，为克服应力两台伺服可能工作于相互牵制状态下，从而导致龙门机构承受扭力或运动过程中大幅振动。

现有技术中有通过外部检测装置如光栅尺来检测两台电机的运动位置，并将位置信息反馈到上位控制系统，上位控制系统根据反馈情况对电机运动进行调整，不过这种处理方法需要加装外部检测装置，同时为保证两台电机的同步对加装的检测装置精度要求高，这样使得整个设备成本增加，同时增加了维护的成本和难度，另外由于需要通过上位控制系统的处理，使得处理时间增加，不利于快速调整。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种应用于龙门机构的伺服同步控制方法及系统，本发明通过对两台伺服电机的位置信息交叉反馈，由伺服驱动器对位置偏差进行比较校正，从而实现两台伺服电机同步运转功能，克服了现有技术中存在的技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种应用于龙门机构的伺服同步控制方法，所述龙门机构由两套伺服系统共同驱动，其中：两套伺服系统中的任一台伺服驱动器通过比较其所控制的伺服电机和另外一台伺服电机位置关系，调整其所控制的伺服电机的速度，实现两电机的同步。

优选的，两套伺服系统中的任一台伺服驱动器通过同时接收本套伺服系统的反馈信号和另外一套伺服系统的反馈信号比较两台伺服电机的位置关系。

优选的，所述伺服驱动器通过在原有速度控制中加入两台伺服电机位置偏差负反馈补偿的方式调整其所控制的伺服电机的速度。

优选的，负反馈补偿的方式具体包括：

方法A：使用另外一轴的位置偏差减本轴位置偏差，将该偏差乘以比例系数K, ，K取0—10区间内的值，并对符号取反后加至本轴交流伺服位置闭环输出的速度指令上形成对该偏差的负反馈闭环控制；

或者方法B：使用本轴位置偏差减另外一轴的位置偏差，将该偏差乘以比例系数K’, K’取0—10区间内的值后，加至本轴交流伺服位置闭环输出的速度指令上形成对该偏差的负反馈闭环控制。

优选的，所述反馈信号为伺服系统电机编码器的反馈信号；

优选的，所述反馈信号还可以为伺服驱动器处理后的编码器反馈信号；

优选的，应用于龙门机构的伺服同步控制方法的具体步骤为：

步骤1，伺服系统A将伺服电机A和伺服电机B的反馈位置分别与指令位置比较求出伺服系统A和伺服系统B的位置偏差、；

步骤2，将、进行比较求出其差值，或；

步骤3，经过比例控制器2后输出速度指令补偿值，

若,；若，；

其中P为比例控制器2的比例系数；

步骤4，所述伺服系统A的位置环输出的速度指令减掉补偿值后将速度指令发送至所述伺服系统A的速度闭环控制模块；

伺服系统B以同样的原理工作。

一种应用于龙门机构的伺服控制系统，所述龙门机构由两套伺服系统共同驱动，所述伺服系统均包括伺服驱动器、伺服电机和电机编码器。其中，所述伺服驱动器包括至少一个编码器信号输出接口和至少两个编码器信号输入接口

优选的，两台伺服驱动器中任一台伺服驱动器的一个编码器信号输出接口同另外一台伺服驱动器的一个编码器信号输入接口相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过伺服系统实现两台电机的同步补偿，提高两台伺服电机的同步性，减少龙门机构承受扭力或运动过程中大幅振动等不良问题的发生；不需要使用昂贵的传感器（如光栅尺等），减少成本投入，提高可维护性；直接在伺服系统内容实现对电机的同步补偿，不需上位系统处理，提高的了同步性补偿的响应速度。

附图说明

图1为本发明一实施例的系统组成框图；

图2为本发明一实施例的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一实施例作进一步阐述。

应用于龙门机构的伺服系统（如图1），包括伺服系统A和伺服系统B，并且由两套伺服系统共同完成对龙门机构的驱动，所述的A伺服系统均包括伺服驱动器A、伺服电机A和电机编码器A，所述的伺服系统B包括伺服驱动器B、伺服电机B和电机编码器B，本发明通过将两台伺服电机的位置信息交叉反馈，由伺服驱动器通过位置偏差比较校正的控制方法实现两台伺服电机同步运转功能。

为实现两台伺服电机位置信息的交叉反馈，在硬件上需要伺服驱动器包括括至少一个编码器信号输出接口和至少两个编码器信号输入接口，对于伺服驱动器A除通过编码器信号输入接口接收A电机编码器的反馈信号外，还需要另外一个编码器信号输入接口接收由伺服驱动器B经其编码器信号输出接口输出的B电机编码器的反馈信号。对于伺服驱动器B也是如此。

以A伺服为例对本发明方法进行阐述（如图2），其中比例控制器1为伺服系统位置环闭环控制器，比例控制器2为同步补偿控制器。

龙门机构上位控制器将位置指令发送给伺服驱动器A，伺服电机A在伺服驱动器A的控制下动作，伺服电机上的编码器A将伺服电机旋转的角度（位置）反馈给伺服驱动器A，伺服驱动器A收到反馈信号通过比例控制器1、速度PID控制器对伺服电机A运动情况进行修正，通过这个闭环过程实现对伺服电机A的精确控制。该过程为现有技术中伺服系统位置闭环控制。本发明同步补偿方法如下：

1、伺服驱动器A接收编码器A 编码器反馈的伺服电机A、伺服电机B的位置信息；

2、将A、B电机的反馈位置分别与指令位置比较求出A、B伺服的位置偏差、。

3、将、进行比较求出其差值（）

4、经过比例控制器后输出速度指令补偿值（）。

5、伺服系统位置环输出的速度指令减掉补偿值后将速度指令发送至速度闭环控制模块。

B伺服以同样的原理工作。

以A伺服系统为例，假设某时刻两台伺服系统的位置偏差分别为、，位置偏差之差为（其中），比例控制器2比例系数为。说明A伺服的位置滞后小于B伺服的位置滞后，经过比例控制器后输出的速度调节量，速度命令减掉的补偿量后，趋向于使A电机转速降低增加A伺服位置跟踪误差，以使趋近于。同样原理，B伺服的补偿量趋向于使趋近于。

为了保证快速实现同步并避免负反馈引发振荡，要求P的取值在0-10之间。

上述实施例同步方法中使用的反馈信号是编码器信号，除此外还可以是经过伺服驱动器初步处理后的编码器信号，即对于伺驱动器A直接获得经伺服驱动器B解析处理后得到的,而不需要再进行计算。

Claims (5)

1.一种应用于龙门机构的伺服同步控制方法，所述龙门机构由两套伺服系统共同驱动，其特征在于：

两套伺服系统中的任一台伺服驱动器通过比较其所控制的伺服电机和另外一台伺服电机位置关系，调整其所控制的伺服电机的速度，实现两电机的同步；所述伺服驱动器通过在原有速度控制中加入两台伺服电机位置偏差负反馈补偿的方式调整其所控制的伺服电机的速度；所述的负反馈补偿的方式具体包括：方法A：使用另外一轴的位置偏差减本轴位置偏差，将该偏差乘以比例系数K ，K取0—10区间内的值，并对符号取反后加至本轴交流伺服位置闭环输出的速度指令上形成对该偏差的负反馈闭环控制；或者方法B：使用本轴位置偏差减另外一轴的位置偏差，将该偏差乘以比例系数K’, K’取0—10区间内的值后，加至本轴交流伺服位置闭环输出的速度指令上形成对该偏差的负反馈闭环控制。

2.根据权利要求1所述的应用于龙门机构的伺服同步控制方法，其特征在于：两套伺服系统中的任一台伺服驱动器通过同时接收本套伺服系统的反馈信号和另外一套伺服系统的反馈信号比较两台伺服电机的位置关系。

3.根据权利要求2所述的应用于龙门机构的伺服同步控制方法，其特征在于：所述反馈信号为伺服系统电机编码器的反馈信号。

4.根据权利要求2所述的应用于龙门机构的伺服同步控制方法，其特征在于：所述反馈信号还可以是伺服驱动器处理后的编码器反馈信号。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的应用于龙门机构的伺服同步控制方法，其特征在于：所述的方法的具体步骤为：

步骤1，伺服系统A将伺服电机A和伺服电机B的反馈位置分别与指令位置比较求出伺服系统A和伺服系统B的位置偏差、；

步骤2，将、进行比较求出其差值，或；

步骤3，经过比例控制器2后输出速度指令补偿值，

若,；若，；

其中P为比例控制器2的比例系数；

步骤4，所述伺服系统A的位置环输出的速度指令减掉补偿值后将速度指令发送至所述伺服系统A的速度闭环控制模块；

伺服系统B以同样的原理工作。