CN106533271A - 一种变负载双电机同步驱动系统及控制方法 - Google Patents

一种变负载双电机同步驱动系统及控制方法 Download PDF

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张钊
王钤
陈涛
张云龙
董琦昕
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another

Abstract

本发明提供了一种变负载双电机同步驱动系统,包括主操控台、控制驱动柜、驱动电机,主操控台包括工控计算机,显示器,第一以太网连接器,控制驱动柜包括低压配电设备,主控制器,动力电源模块,双电机驱动模块,制动模块,第二以太网连接器,驱动电机包括主驱动电机,从驱动电机,各模块间进行电气连接,在主操控台的操作指令下,由主控制器完成驱动电机同步伺服控制,本发明提供了该变负载双电机同步驱动系统的控制方法:主驱动电机负载扰动观测与补偿、从驱动电机跟随主驱动电机力矩。

Description

一种变负载双电机同步驱动系统及控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于伺服控制技术领域,具体涉及一种变负载双电机同步驱动系统及控制方法。
背景技术
[0002] 在工业伺服控制中,轴系的双电机同步驱动模式已经得到广泛应用,该模式相较于单电机驱动模式具有两方面优点:I)可输出更大的扭矩以拖动重型负载,2)可减小设备的体积尺寸,提升空间的利用率。目前,双电机的同步驱动控制策略主要有:a)并行控制,系统相当于开环控制,运行过程中某一电机受到扰动时,电机之间将产生同步偏差,同步性能差;b)速度主从控制,从电机上受到的扰动不能反馈到主电机,当负载发生变化时,电机之间的同步精度不能得到保证;c)虚拟总轴控制,系统在启动、负载扰动、停机过程中,轴之间会产生不同步现象,并且在主参考值与每个轴之间会产生恒定偏差;d)偏差耦合控制,将主从电机的速度反馈做差并将该速度误差作为速度补偿信号,控制性能较好。上述控制策略各有利弊,在负载时变且控制精度要求较高的场合,控制系统已不能完全满足要求,主要存在如下问题:O对负载变化的鲁棒稳定性不强;2)控制精度难以达到指标要求。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是针对上述双电机同步驱动系统的不足,提供一种鲁棒稳定性好、控制精度高的变负载双电机同步驱动系统,本发明要解决的另一个技术问题是提供一种变负载双电机同步驱动系统及控制方法。
[0004] 本发明提供的变负载双电机同步驱动系统包括主操控台、控制驱动柜、驱动电机,所述主操控台包含工控计算机、显示器,所述控制驱动柜包含低压配电设备、主控制器、动力电源模块、双电机驱动模块、制动模块,工控计算机网卡通过网线连接到主操控台第一以太网连接器,第一以太网连接器通过网线与驱动控制柜上的第二以太网连接器连接,主控制器通过网线连接至第二以太网连接器,工控计算机与主控制器通过该以太网连接进行数据交互,低压配电设备将系统供电电源分配为控制电源与动力电源,并分别连接至各模块的控制电与动力电端子上,主控制器与双电机驱动模块通过EtherCAT总线连接,动力电源模块直流输出母排与双电机驱动模块及制动模块直流输入母排连接,双电机驱动模块经整流变换后输出电机控制电压,连接至驱动电机动力端子,驱动模块电机抱闸控制端子连接至驱动电机抱闸端子,驱动电机编码器与霍尔传感器反馈信号线缆连接至双电机驱动模块传感器输入端口。主操控台用于系统的运行控制以及状态监控,主控制器接收主操控台的运行控制指令及解析,采集双电机驱动模块及驱动电机状态信息,进行指令与数据的综合处理分析,完成各控制回路的控制解算以及同步控制方法的实施。
[0005] 本发明的变负载双电机同步驱动系统的控制方法,包括如下步骤:通过负载扰动观测器对主电机负载进行观测并补偿;将主电机电流控制量作为从电机电流输入指令;从电机工作在电流控制模式下,构成主从力矩跟随同步控制,共同驱动负载运动。本发明的驱动系统及控制方法,提高了变负载双电机同步驱动系统的鲁棒稳定性及控制精度。
附图说明
[0006]图1为本发明的变负载双电机同步驱动系统实施例的方框图;
图2为本发明的变负载双电机同步驱动系统控制方法流程图;
图3为图1所示系统的工作流程图。
具体实施方式
[0007]下面结合附图详细说明本发明的实施例。
[0008]如图1所示,本发明的变负载双电机同步驱动系统包括一台主操控台1、一只控制驱动柜2、驱动电机3,主操控台I包括:一台工控计算机11,一台显示器12,一个第一以太网连接器13,工控计算机11的以太网卡通过网线连接至第一以太网连接器13。
[0009] 控制驱动柜2包括:一套低压配电设备21,一台主控制器22,一只动力电源模块23,一只双电机驱动模块24,一只制动模块25,一个第二以太网连接器26,第一以太网连接器13与第二以太网连接器26通过网线连接,低压配电设备21包括:一只空气断路器211,一只接触器212,一台AC/DC电源213,供电电源连接至空气断路器211输入端,空气断路器211输出端连接至接触器212及AC/DC电源213输入端,主控制器22的数字输出端连接至接触器212的控制触点,接触器212输出端连接至动力电源模块23输入端,AC/DC电源213输出分别连接至各模块控制电源端子,主控制器22与双电机驱动模块24通过EtherCAT总线连接,动力电源模块23直流输出母排连接至双电机驱动模块24直流输入母排,双电机驱动模块24电机驱动与抱闸输出口连接至两台驱动电机3,两台驱动电机3的编码器与霍尔传感器信号连接至双电机驱动模块24的传感器输入端口。
[0010] 驱动电机3包括:主驱动电机31,从驱动电机32。
[0011] 本发明的变负载双电机同步驱动系统具有两种工作模式,包括待机锁紧模式与同步驱动模式。
[0012] 待机锁紧模式下,系统未加电时,主驱动电机31与从驱动电机32依靠自身抱闸可稳固锁定负载,保证机械系统给安全,系统上电后,由主操控台I发出驱动上电命令,完成对双电机驱动模块24的动力电源上电,同时双电机驱动模块24控制主驱动电机31与从驱动电机32的抱闸自动断开,两部电机定位于当前位置实现电锁紧,电机未耦合,处于同步解除状
ίέτ O
[0013]同步驱动模式下,主控制器22接收到主操控台I的运动控制指令,完成电机状态数据采集并进行信息综合处理后,完成主驱动电机31与从驱动电机32控制量的解算,使能电机同步,由双电机驱动模块24完成功率输出以驱动电机运转,到达给定位置后,两部电机自动解除同步,切换至待机锁紧工作模式。
[0014] 如图2所示,本发明的控制方法包含下列步骤:
(1)主控制器22通过双电机驱动模块24采集主驱动电机31与从驱动电机32的状态信息,包括编码器位置值,霍尔传感器电流值(步骤210);
(2)通过位置数据差分滤波处理得到电机速度值(步骤220);
(3)通过扰动状态观测器对主电机31负载扰动进行观测(步骤230); (4)补偿扰动观测量至主驱动电机31速度指令输入点(步骤240);
(5)依次进行主驱动电机31速度控制回路与电流控制回路计算,得到主驱动电机31控制电流给定量(步骤250);
(6)将主驱动电机31电流给定量作为从驱动电机32的电流指令,使主驱动电机31与从驱动电机32工作在主从力矩驱动模式下,实现主从电机的同步动作,共同驱动负载运动(步骤260) ο
[0015]如图3所示,本发明的变负载双电机同步驱动系统的工作流程。
[0016] (I)操作员打开主操控台I控制软件,建立与主控制器22的网络通信,通过发送控制指令依次完成动力电源模块23、双电机驱动模块24的动力电源上电动作,主控制器22根据控制指令完成系统运行准备工作,并将主控制器22由空闲模式切换至运行模式;
(2)主控制器22按定义的伺服周期(2ms),通过EtherCAT总线从双电机驱动模块24获取主驱动电机31与从驱动电机32位置、速度、电流数据及双电机驱动模块24的状态信息,同时在后台扫描循环任务(周期20ms)中扫描主控制器22的1端子信号(限位、急停等),并作出相应状态指示;
(3)主控制器22对步骤(I)与步骤(2)的数据指令及状态信息进行综合处理,完成系统工作模式的切换,对于操作逻辑错误或故障信号向主操控台I报告,待机锁紧模式下,主驱动电机31与从驱动电机32处于解耦状态;
(4)同步驱动模式下,主控制器22完成主驱动电机31与从驱动电机32各伺服控制回路的计算,输出主从电机控制量至双电机驱动模块24,由双电机驱动模块24进行功率变换并输出至主驱动电机31与从驱动电机32,实现同步伺服控制功能;
(5)在后台通信循环任务(周期5ms)中,主控制22通过以太网将系统的状态信息回传至主操控台I,供操作员实时监控分析。
[0017] 本发明的变负载双电机同步驱动系统,采用了主驱动电机负载扰动观测与补偿、从驱动电机跟随主驱动电机力矩的控制方法,实现了一定范围内变化的重型负载双电机同步驱动功能,系统具有响应快速、精度高、鲁棒性强的特点。
[0018] 本发明为系统集成化产品,各模块技术成熟,应用广泛,具有系统性能稳定可靠,拆装方便,易于更换维修等特点。

Claims (2)

1.一种变负载双电机同步驱动系统,其特征在于:所述的变负载双电机同步驱动系统含有主操控台(I)、控制驱动柜(2)、驱动电机(3);主操控台(I)包括工控计算机(I I),显示器(12),第一以太网连接器(13),工控计算机(11)的以太网卡通过网线连接至第一以太网连接器(13);控制驱动柜2包括低压配电设备(21),主控制器(22),动力电源模块(23),双电机驱动模块(24),制动模块(25),第二以太网连接器(26),第一以太网连接器(13)与第二以太网连接器(26)通过网线连接;低压配电设备(21)包括空气断路器(211),接触器(212),AC/DC电源(213),供电电源连接至空气断路器(211)输入端,空气断路器(211)输出端连接至接触器(212)及AC/DC电源(213)输入端;主控制器(22)的数字输出端连接至接触器(212)的控制触点,接触器(212)输出端连接至动力电源模块(23)输入端,AC/DC电源(213)输出分别连接至各模块控制电源端子,主控制器(22)与双电机驱动模块(24)通过EtherCAT总线连接,动力电源模块(23)直流输出母排连接至双电机驱动模块(24)直流输入母排,双电机驱动模块(24)电机驱动与抱闸输出口连接至驱动电机(3),驱动电机(3)包括主驱动电机(31)、从驱动电机(32),驱动电机(3)的编码器与霍尔传感器信号连接至双电机驱动模块(24)的传感器输入端口。
2.—种用于权利要求1所述的变负载双电机同步驱动系统的控制方法,该方法包含下列步骤: 主控制器(22)通过双电机驱动模块(24)采集主驱动电机(31)与从驱动电机(32)的状态信息,包括编码器位置值,霍尔传感器电流值; 通过位置数据差分滤波处理得到电机速度值; 通过扰动状态观测器对主电机(31)负载扰动进行观测; 补偿扰动观测量至主驱动电机(31)速度指令输入点; 依次进行主驱动电机(31)速度控制回路与电流控制回路计算,得到主驱动电机(31)控制电流给定量; 将主驱动电机(31)电流给定量作为从驱动电机(32)的电流指令,使主驱动电机(31)与从驱动电机(32)工作在主从力矩驱动模式下,实现主从电机的同步动作,共同驱动负载运动。
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