CN108183635A - 一种主从结构的电机同步控制方法 - Google Patents

Abstract

一种主从结构的电机同步控制方法，选择两台驱动器中的一台作为主机，另一台作为从机，主驱动器接收用户侧发送的控制指令，从驱动器不接收任何用户侧指令；主驱动器内部保留速度调节器、电流调节器并实现差电流调节器，从驱动器内部仅保留电流调节器；主驱动器通过总线端口获取从驱动器的实际输出电流，并实现转矩均分算法，然后向从驱动器发送电流指令。在通用驱动器的基础上，本发明仅需在硬件上增加通信端口，在软件上实现差电流控制器，具有实现简单、开发周期短的特点。

Description

一种主从结构的电机同步控制方法

技术领域

本发明属于伺服电机技术领域，涉及伺服系统并联技术，用于双电机同步控制，为一种主从结构的电机同步控制方法。

背景技术

大功率伺服压力机及其他需要双轴联动的场合对两台电机转速、转矩的一致性提出了更高的要求，有效的同步控制方案可提高系统的控制精度和可靠性。

工程上广泛使用的同步控制方案主要为转速同步方案，该方案以两台电机转速的一致性为控制目标，而输出转矩由每台电机的实际负载决定。该同步控制方案的相关文献有：沈阳工业大学的中国实用新型专利《多电机同步控制系统》(CN201854230U)，解决了电机速度同步问题，这类方案只适用于电机柔性连接系统，未涉及电机输出转矩一致性的控制，不适用于刚性连接系统。

对于刚性连接系统，一般是主机采用速度控制，从机采用转矩控制，主机将转矩指令传送给从机，从机将接收到的转矩信息作为自身转矩环的指令，从而控制两台电机的转矩平衡。这种方式主从之间的转矩分配完全依靠主机信号，从机只能被动跟随，从系统层面上看，从机的转矩控制是开环的，因此主从之间的协调性不强。

发明内容

本发明的主要目的在于给出一种基于主从结构的双电机转矩同步控制方法，其可以适用于刚性连接系统，实现主从电机的转矩快速同步，同时缩短开发周期。

本发明采取的技术方案具体为：一种主从结构的电机同步控制方法，两台电机通过刚性联轴器连接，控制方法如下：

1)主从分配：电机各对应一台驱动器，选定其中一台作为主驱动器，另外一台作为从驱动器，分别对应为主电机和从电机，主驱动器与用户侧进行指令交互，从驱动器仅通过总线与主驱动器通信；

2)转矩分配方案：主驱动器设有速度调节器、电流调节器和差电流调节器，从驱动器设有电流调节器；在主驱动器中，速度调节器的输入为用户速度指令ω^*与电机实际转速ω的差，输出为指令电流i_q ^*，指令电流i_q ^*经过均分，得到主从电机的原始指令电流i_q ^*/2，将主电机的实际电流i_q1与从电机的实际电流i_q2送入差电流调节器作差，差电流调节器的输出△i_q ^*用来补偿主从电机的原始指令电流，主电机补偿后的指令电流为i_q1 ^*＝i_q ^*/2+△i_q ^*，从电机补偿后的指令电流为i_q2 ^*＝i_q ^*/2－△i_q ^*；

3)通信方案：根据上述转矩分配方案，主驱动器实时向从驱动器发送电流指令i_q2 ^*，从驱动器实时将从电机的实际电流i_q2发送到主驱动器，由转矩实时分配实现主从电机转矩同步.

作为优选方式，所述通信方案中，设电流环控制周期为T，主从通信周期需控制在3T内。

所述两台电机为型号相同的嵌入式永磁同步电机或表贴士永磁同步电机或电励磁同步电机。

主从驱动器之间的总线通信方案包括以太网现场总线和CAN总线形式。

本发明中所述的转矩分配方案为平均分配方案，即分配到主电机与从电机上的转矩相等。

本发明的有益效果为：能快速实现刚性连接系统下主从电机转矩跟随，克服了传统速度同步方案仅适用于柔性连接系统的问题，以及现有刚性连接系统主从电机输出转矩一致性差的问题，具体表现为：

1)硬件上仅需在通用驱动器的基础上增加总线端口，实现简单，开发周期短；

2)软件上仅需在主驱动器中增加差电流控制器，在从驱动器中删除位置环、电流环，并稍加修改即可，方便实现。

3)通过差电流控制器在系统层面上实现从机转矩的闭环控制，从而保证主从电机转矩之间的快速跟随。

附图说明

图1为本发明原理结构框图。

图2为本发明转矩控制方案。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

参考图1至图2，本发明的主从结构的电机同步控制方法如下：

1)主从分配：如图1所示，选定两台驱动器中的一台作为主驱动器，另外一台作为从驱动器。主驱动器接收用户侧控制指令，从驱动器不接收任何用户侧指令，仅通过总线与主机通信。两台电机通过刚性联轴器连接。

2)转矩分配方案：一般电机的输出转矩与电流之间具有线性关系，因此转矩分配方案就转化为电流分配方案，通过控制主从电机的实际电流来实现两台电机的转矩的控制。如图2所示，主驱动器保留速度调节器、电流调节器并实现差电流调节器，从驱动器仅保留电流调节器。在主驱动器中，速度调节器的输入为用户速度指令ω^*与电机实际转速ω的差，输出为指令电流i_q ^*。指令电流经过均分，得到主从电机的原始指令电流i_q ^*/2。主电机的实际电流i_q1与从电机的实际电流i_q2送入差电流调节器作差，调节器的输出△i_q ^*用来补偿主从电机的原始指令电流。主电机补偿后的指令电流i_q1 ^*＝i_q ^*/2+△i_q ^*，从电机补偿后的指令电流i_q2 ^*＝i_q ^*/2－△i_q ^*；

3)通信方案：主驱动器需向从驱动器发送电流指令i_q2 ^*，而从驱动器需要将从电机的实际电流i_q2发送到主驱动器。假设电流环控制周期为T，作为优选方式，为保证转矩跟踪的快速性以及差电流控制算法的有效性，主从通信周期需控制在3T内。

本发明中所述两台电机为型号相同的嵌入式永磁同步电机或表贴士永磁同步电机或电励磁同步电机。

本发明中所述的转矩分配方案为平均分配方案，即分配到主电机与从电机上的转矩相等。

进一步的，主从驱动器之间的通信方案可采用EtherCAT(以太网现场总线)总线或CAN总线形式。主驱动器每次计算需要获取从电机的当前电流值i_q2，经过计算后向从驱动器发送当前电流指令i_q2 ^*。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种主从结构的电机同步控制方法，其特征是两台电机通过刚性联轴器连接，控制方法如下：

1)主从分配：电机各对应一台驱动器，选定其中一台作为主驱动器，另外一台作为从驱动器，分别对应为主电机和从电机，主驱动器与用户侧进行指令交互，从驱动器仅通过总线与主驱动器通信；

2)转矩分配方案：主驱动器设有速度调节器、电流调节器和差电流调节器，从驱动器设有电流调节器；在主驱动器中，速度调节器的输入为用户速度指令ω^*与电机实际转速ω的差，输出为指令电流i_q ^*，指令电流i_q ^*经过均分，得到主从电机的原始指令电流i_q ^*/2，将主电机的实际电流i_q1与从电机的实际电流i_q2送入差电流调节器作差，差电流调节器的输出△i_q ^*用来补偿主从电机的原始指令电流，主电机补偿后的指令电流为i_q1 ^*＝i_q ^*/2+△i_q ^*，从电机补偿后的指令电流为i_q2 ^*＝i_q ^*/2－△i_q ^*；

3)通信方案：根据上述转矩分配方案，主驱动器实时向从驱动器发送电流指令i_q2 ^*，从驱动器实时将从电机的实际电流i_q2发送到主驱动器，由转矩实时分配实现主从电机转矩同步。

2.根据权利要求1所述的一种主从结构的电机同步控制方法，其特征是所述通信方案中，设电流环控制周期为T，主从通信周期需控制在3T内。

3.根据权利要求1所述的一种主从结构的电机同步控制方法，其特征是所述两台电机为型号相同的嵌入式永磁同步电机或表贴士永磁同步电机或电励磁同步电机。

4.根据权利要求1所述的一种主从结构的电机同步控制方法，其特征是主从驱动器之间的总线通信方案包括以太网现场总线和CAN总线形式。