CN106253758A - 多电机同轴驱动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多电机同轴驱动控制系统，包括速度给定单元、主驱动控制回路、转换器、负载和一个以上的从驱动控制回路，主驱动控制回路包括电机控制器一、电机一、减速机一、速度反馈单元一，速度反馈单元一、速度反馈单元二连接到转换器，在转换器处理后输出连接到电机控制器一的速度反馈接口，电机控制器一的速度控制输出同时送给电机控制器一的转矩环一和转换器，转换器将电机控制器一的速度控制输出送给电机控制器二的转矩环二；该系统通过在单电机控制基础上通过设计转换器实现速度反馈叠加求平均，重构系统速度回路，控制系统包括回路架构无需改变，进而实现多电机控制系统的快速重构，缩短系统开发周期，调试方便。

Description

多电机同轴驱动控制系统

技术领域

本发明涉及一种多电机同轴驱动控制系统。

背景技术

多电机共同驱动用于大型负载驱动系统，目的在于减小单电机驱动的功率和传动链体积等，实现多电机转矩均衡共同驱动。

伺服系统单电机驱动控制回路通常包括一个位置控制、一个速度控制、一个转矩控制，如图1所示，单电机速度控制系统包括速度给定单元、速度控制单元、转矩环一、电机一、速度反馈单元一、减速机一、负载等，图1虚框中在电机控制器中完成，此为常规控制方法，在此不再赘述。

对于多电机共同驱动负载的伺服系统，为保证多电机控制力矩均衡，控制系统设计为一个位置控制、一个速度控制和与电机数量相同的转矩控制，如文献《天线伺服系统多电机同步控制研究》(见“无线电通信技术”2013年第3期)介绍的单速度环双电机驱动系统控制方法，多电机驱动系统与单电机驱动不同在于包含和电机数量相同的转矩控制，并且需要重新构建速度控制，位置控制完全相同，因此在后述发明内容中不再赘述位置控制。

在数量不同的多电机共同驱动系统中，电机数量变化时，不仅需要更改控制软件，还需要更改系统的硬件配置，过程繁复，系统继承性差，研制周期长。

发明内容

本发明的目的是提供一种多电机同轴驱动控制系统，为实现从电机驱动到多电机驱动的快速重构，而不改变单电机驱动架构，进而实现系统的快速重构，解决现有技术中存在的上述问题。

单电机速度控制包括速度控制单元、转矩环一、电机一、速度反馈单元一、减速机一、负载等，在多电机共同驱动系统，为避免多电机差速震荡，需要将所有电机的速度反馈进行叠加求平均作为多电机控制速度回路的速度反馈。

目前电机控制系统中的速度反馈元件通常采用增量编码器，为实现对多电机速度反馈叠加求平均，设计一个基于可编程逻辑模块的转换器实现此功能，同时在转换器中实现速度控制的输出传输给其他电机控制的转矩控制，作为电机控制的给定信号，实现多电机的转矩均衡控制。

本发明的技术解决方案是：

一种多电机同轴驱动控制系统，包括速度给定单元、主驱动控制回路、转换器、负载和一个以上的从驱动控制回路，主驱动控制回路包括电机控制器一、电机一、减速机一、速度反馈单元一，电机控制器一包括速度控制单元和转矩环一，从驱动控制回路包括电机控制器二、电机二、减速机二、速度反馈单元二，电机控制器二包括转矩环二，速度给定单元为电机控制器一提供速度设定值，速度反馈单元一、速度反馈单元二连接到转换器，在转换器处理后输出连接到电机控制器一的速度反馈接口，电机控制器一的速度控制输出同时送给电机控制器一的转矩环一和转换器，转换器将电机控制器一的速度控制输出送给电机控制器二的转矩环二，电机一与减速机一相连，电机二与减速机二相连，减速机一与减速机二分别接入负载。

进一步地，转换器包括n个速度差分输入、速度差分输出、转矩差分输入、拨码开关和n-1个转矩差分输出，其中n≥2；首个速度差分输入连接速度反馈单元一，第2-n个速度差分输入分别对应连接速度反馈单元二，速度差分输入、速度差分输出均连接到可编程逻辑模块，速度差分输出信号来自可编程逻辑模块；转矩差分输入连接到可编程逻辑模块，可编程逻辑模块分别连接到转矩差分输出，拨码开关连接到可编程逻辑模块。

进一步地，速度反馈单元一、速度反馈单元二的反馈信号形式为增量编码器差分信号。

进一步地，可编程逻辑模块包括速度平均单元和速度控制输出单元，速度平均单元包括n个M/T法测速模块、叠加求平均单元、频率发生器，其中n为整数且n≥2，首个M/T法测速模块用于解算速度反馈单元一的速度，第2-n个M/T法测速模块分别用于解算速度反馈单元二的速度；M/T法测速模块解算后的数值传输到叠加求平均单元，叠加求平均单元依据拨码开关设置的电机数量，首先求出和速度值，除以电机的数量，得出n个电机速度反馈的平均值，将平均值传输给频率发生器，频率发生器模拟增量编码器的速度反馈信号，传输给电机控制器一，作为速度反馈信号；速度控制输出单元包括信号分配器、n-1个线路，电机控制器一的速度控制输出通过转矩差分输入进入可编程逻辑模块，特别指出，电机控制器一的速度控制输出的信号形式为频率高低对应传输数据的大小，在可编程逻辑模块中将该信号直接分配为多个线路输出，每个线路输出相同，同时无需改变信号特性，分别连接到各线路；各线路分别一一对应连接到各转矩差分输出，转矩差分输出分别对应连接到电机控制器二的转矩环二，如转矩差分输出二连接到电机控制器二的转矩环二，如果n>2，则转矩差分输出n连接到第n个的电机控制器转矩环。

本发明的有益效果是：该种多电机同轴驱动控制系统，在单电机控制基础上通过设计转换器实现速度反馈叠加求平均，重构系统速度回路，控制系统包括回路架构无需改变，进而实现多电机控制系统的快速重构，缩短系统开发周期，调试方便。

附图说明

图1是单电机控制结构框图。

图2是本发明实施例多电机同轴驱动控制系统采用双电机的结构框图。

图3是实施例中转换器电路框图。

图4是实施例中可编程逻辑模块的功能模块框图，其中(a)是速度平均单元的说明框图，(b)是速度控制输出单元的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例

一种多电机同轴驱动控制系统，包括速度给定单元、主驱动控制回路、转换器、负载和一个以上的从驱动控制回路，主驱动控制回路包括电机控制器一、电机一、减速机一、速度反馈单元一，电机控制器一包括速度控制单元和转矩环一，从驱动控制回路包括电机控制器二、电机二、减速机二、速度反馈单元二，电机控制器二包括转矩环二，速度给定单元为电机控制器一提供速度设定值，速度反馈单元一、速度反馈单元二连接到转换器，在转换器处理后输出连接到电机控制器一的速度反馈接口，电机控制器一的速度控制输出同时送给电机控制器一的转矩环一和转换器，转换器将电机控制器一的速度控制输出送给电机控制器二的转矩环二，电机一与减速机一相连，电机二与减速机二相连，减速机一与减速机二分别接入负载。

实施例以双电机共同驱动为例进行说明。如图2所示，该种多电机同轴驱动控制系统，包括速度给定单元、速度控制单元、转矩环一、电机一、速度反馈单元一、减速机一、转矩环二、电机二、速度反馈单元二、转换器、负载等。其中速度控制单元、转矩环一在电机控制器一中完成、转矩环二在电机控制二中完成。附图2中虚框分别为电机控制器一和电机控制器二；速度反馈单元一、速度反馈单元二的反馈信号形式为增量编码器差分信号，速度反馈单元一、速度反馈单元二连接到转换器，在转换器处理后输出连接到的电机控制器一的速度反馈接口；电机控制器一的速度控制输出同时送给电机控制器一的转矩环一和转换器；转换器将电机控制器一速度控制输出送给电机控制器二的转矩环二；其它为常规连接关系。

附图3为转换器电路设计图，包括速度差分输入1-n、速度差分输出、转矩差分输入、转矩差分输出2-n、拨码开关等；对于本实例双电机共同驱动，速度差分输入1连接电机一的速度反馈1；速度差分输入2连接电机二的速度反馈2；速度差分输入1、速度差分输入2的输出连接到可编程逻辑模块；速度差分输出信号来自可编程逻辑模块；转矩差分输入连接到可编程逻辑模块；可编程逻辑模块连接到转矩差分输出2-n；拨码开关连接到可编程逻辑模块。其中，可根据多电机控制数量确定n值，如4个电机，n≥4，下述n值相同方法确定

附图4为可编程逻辑模块内部功能框图，可编程逻辑模块包括速度平均单元和速度控制输出单元，如图4(a)，速度平均单元包括n个M/T法测速模块、叠加求平均单元、频率发生器，n个M/T法测速模块即M/T法测速模块1-n、叠加求平均单元、频率发生器，M/T法测速模块1用于解算速度反馈单元一的速度；M/T法测速模块2用于解算速度反馈单元二的速度；M/T法测速模块1、M/T法测速模块2解算后的数值传输到叠加求平均单元，叠加求平均单元依据拨码开关设置的电机数量，首先求出和速度值，除以电机的数量，得出双电机速度反馈的平均值，将平均值传输给频率发生器，模拟增量编码器的速度反馈信号，传输给电机控制器一，作为速度反馈信号。

如图4(b)，速度控制输出单元包括信号分配器、n-1个线路，电机控制器一的速度控制输出通过转矩差分输入进入可编程逻辑模块，在可编程逻辑模块中将该信号直接分配为多路输出，无需改变信号特性，分别连接到线路2…线路n；线路2…线路n分别一一对应连接到转矩差分输出2…转矩差分输出n，本例中，转矩差分输出2连接到电机控制器二的转矩环二。

本实施例中需要满足如下要求和操作：

1、电机控制器一、电机控制器二的速度反馈形式为增量编码器，且为差分输入输出；电机控制器一、电机控制器二具备高速差分输入输出信号接口，以满足转换器的信号处理；

2、电机控制器一工作模式设置为速度工作模式、其他所有电机控制设置为转矩控制模式。

综上所述，本发明通过基于可编程逻辑模块控制的转换器，快速重构不同数量电机的速度控制，实现多电机共同驱动系统，而无需改变原控制系统的架构，缩短系统开发周期。

以上所述仅是本发明以双电机为例，数量不同电机实现方法相同，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多电机同轴驱动控制系统，其特征在于：包括速度给定单元、主驱动控制回路、转换器、负载和一个以上的从驱动控制回路，主驱动控制回路包括电机控制器一、电机一、减速机一、速度反馈单元一，电机控制器一包括速度控制单元和转矩环一，从驱动控制回路包括电机控制器二、电机二、减速机二、速度反馈单元二，电机控制器二包括转矩环二，速度给定单元为电机控制器一提供速度设定值，速度反馈单元一、速度反馈单元二连接到转换器，在转换器处理后输出连接到电机控制器一的速度反馈接口，电机控制器一的速度控制输出同时送给电机控制器一的转矩环一和转换器，转换器将电机控制器一的速度控制输出送给电机控制器二的转矩环二，电机一与减速机一相连，电机二与减速机二相连，减速机一与减速机二分别接入负载。

2.如权利要求1所述的多电机同轴驱动控制系统，其特征在于：转换器包括n个速度差分输入、速度差分输出、转矩差分输入、拨码开关和n-1个转矩差分输出，其中n≥2；首个速度差分输入连接速度反馈单元一，第2-n个速度差分输入分别一一对应连接速度反馈单元二，速度差分输入、速度差分输出均连接到可编程逻辑模块，速度差分输出信号来自可编程逻辑模块；转矩差分输入连接到可编程逻辑模块，可编程逻辑模块分别连接到转矩差分输出，拨码开关连接到可编程逻辑模块。

3.如权利要求2所述的多电机同轴驱动控制系统，其特征在于：速度反馈单元一、速度反馈单元二的反馈信号形式为增量编码器差分信号。

4.如权利要求3所述的多电机同轴驱动控制系统，其特征在于：可编程逻辑模块包括速度平均单元和速度控制输出单元，速度平均单元包括n个M/T法测速模块、叠加求平均单元、频率发生器，其中n为整数且n≥2，首个M/T法测速模块用于解算速度反馈单元一的速度，第2-n个M/T法测速模块分别用于解算速度反馈单元二的速度；M/T法测速模块解算后的数值传输到叠加求平均单元，叠加求平均单元依据拨码开关设置的电机数量，首先求出和速度值，除以电机的数量，得出n个电机速度反馈的平均值，将平均值传输给频率发生器，频率发生器模拟增量编码器的速度反馈信号，传输给电机控制器一，作为速度反馈信号；速度控制输出单元包括信号分配器、n-1个线路，电机控制器一的速度控制输出通过转矩差分输入进入可编程逻辑模块，在可编程逻辑模块中将该信号直接分配为多个线路输出，每个线路输出相同，无需改变信号特性，分别连接到各线路；各线路分别一一对应连接到各转矩差分输出，转矩差分输出分别对应连接到电机控制器二的转矩环二。