CN110212814A - 双电机驱动的负载同步控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机驱动的负载同步控制系统，它的第一伺服驱动器用于在控制处理器的控制下驱动第一电动缸工作，第二伺服驱动器用于在控制处理器的控制下驱动第二电动缸工作，第一电动缸和驱动第二电动缸同步动作分别驱动负载对应的第一动力输入连杆和第二动力输入连杆，第一位置传感器，用于获取负载第一动力输入连杆的实际位置，并通过第一数据采集模块将负载第一动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器，第二位置传感器用于获取负载第二动力输入连杆的实际位置，并通过第二数据采集模块将负载第二动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器，本发明能对负载两个动力输入连杆的位置进行精准调整，使其同步动作。

Description

双电机驱动的负载同步控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及双电机同步控制技术领域，具体地指一种双电机驱动的负载同步控制系统及控制方法。

背景技术

近年来，随着工业的发展，对各种机械性能和产品质量要求的逐渐提高，单单针对一台电机的控制在某些场合己经不能满足要求，需要人们控制多台电机，让其更好地协调运行。

实现电机同步的方法随着科学技术的发展也不断发展，其发展过程大致可分为三个阶段:

第一阶段:刚性传动或柔性传动实现同步；

第二阶段:振动同步或电轴同步；

第三阶段:控制同步或控制同步与振动同步相结合的复合同步。

随着控制理论和方法的迅速发展，实现同步不仅已成为现实，而且也获得了良好的控制效果，实现同步的方法也逐渐过渡到第三阶段。

传统的多电机的控制同步采用多电机的独立控制，涉及到的控制策略均是针对每一轴，也就是该轴针对的电机，而对其他电机具有不可见性，虽然采取有效的控制策略在某种程度上能够提高控制效果，但是对于整个多电机系统的协调控制，还是有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种双电机驱动的负载同步控制系统及控制方法，本发明的驱动控制方式采用并行控制方式，在此方式上增加了一个补偿单元，引入负载两个动力输入连杆的位置差的附加反馈信号。通过这个附加反馈信号实现了对负载两个动力输入连杆的位置偏差的补偿与协调，在负载运动过程中实时采集负载两个动力输入连杆的绝对位置值，监测负载两个动力输入连杆的位置值变化，对负载两个动力输入连杆的位置进行精准调整，使其同步动作。

为实现此目的，本发明所设计的一种双电机驱动的负载同步控制系统，其特征在于：它包括第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第一电动缸、第二电动缸、第一位置传感器、第二位置传感器、第一数据采集模块、第二数据采集模块和控制处理器，所述第一伺服驱动器用于在控制处理器的控制下驱动第一电动缸工作，第二伺服驱动器用于在控制处理器的控制下驱动第二电动缸工作，第一电动缸和驱动第二电动缸同步动作分别驱动负载对应的第一动力输入连杆和第二动力输入连杆；

第一位置传感器安装在负载第一动力输入连杆上，用于获取负载第一动力输入连杆的实际位置，并通过第一数据采集模块将负载第一动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器，第二位置传感器安装在负载第二动力输入连杆上，用于获取负载第二动力输入连杆的实际位置，并通过第二数据采集模块将负载第二动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器，控制处理器用于根据负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置来控制第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸和第二电动缸的带动下同步动作。

一种上述系统的双电机驱动的负载同步控制方法，它包括如下步骤：

步骤1：所述第一伺服驱动器在控制处理器的控制下驱动第一电动缸工作，第二伺服驱动器在控制处理器的控制下驱动第二电动缸工作，第一电动缸和驱动第二电动缸同步动作分别驱动负载对应的第一动力输入连杆和第二动力输入连杆；

步骤2：第一位置传感器获取负载第一动力输入连杆的实际位置，并通过第一数据采集模块将负载第一动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器，第二位置传感器获取负载第二动力输入连杆的实际位置，并通过第二数据采集模块将负载第二动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器；

步骤3：所述控制处理器判断负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置的差值是否一致，如果一致，则控制处理器保持当前的第一伺服驱动器和第二伺服驱动器的控制指令，如果不一致，则说明复杂两个动力输入连杆出现了不同步的情况，首先，控制处理器控制第一电动缸和第二电动缸停机，然后确定负载整体有没有被外力阻挡，如果有阻挡则消除阻挡，然后进入负载动力输入连杆调整程序，如果没有阻挡，则直接进入负载动力输入连杆调整程序，在负载动力输入连杆调整程序中控制处理器调整第一伺服驱动器和第二伺服驱动器的控制指令，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸和第二电动缸的带动下恢复同步动作。

本发明有以下优点：

1、负载两个动力输入连杆独立并行驱动，解决了同一负载大，跨距大，运动空间有限的难题。

2、负载两个动力输入连杆上的位置传感器反馈负载动力输入连杆的实际位置，可以确定负载运动过程中的位置及负载两个动力输入连杆之间的偏差，可以真实反映负载的运动状态。

3、负载在速度模式控制下，会导致负载两侧的速度不一致，造成不同步，本发明驱动控制采用位置模式，负载两个动力输入连杆保持侧位置一致，降低了负载不同步因素。

4、驱动控制装置采用伺服驱动控制器、电动缸和旋变的模式，可以使负载运动精准的距离。同时增加行程传感器，防止负载运动超程。

5.控制处理装置根据驱动控制及位置传感器的反馈信息，可以对负载运动过程中的位置偏差进行补偿，及时调整。增加负载运动的可靠性及稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1—第一伺服驱动器、2—第二伺服驱动器、3—第一电动缸、4—第二电动缸、5—第一旋转编码器、6—第二旋转编码器、7—第一位置传感器、8—第二位置传感器、9—第一数据采集模块、10—第二数据采集模块、11—控制处理器、12—第一行程传感器、13—第二行程传感器、14—有线远程控制端、15—无线远程控制端。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的双电机驱动的负载同步控制系统，它包括第一伺服驱动器1、第二伺服驱动器2、第一电动缸3、第二电动缸4(电动缸的作用为机械结构部分中的连杆提供动力)、第一旋转编码器5、第二旋转编码器6、第一位置传感器7、第二位置传感器8、第一数据采集模块9、第二数据采集模块10和控制处理器11，所述第一伺服驱动器1用于在控制处理器11的控制下驱动第一电动缸3工作，第二伺服驱动器2用于在控制处理器11的控制下驱动第二电动缸4工作，第一电动缸3和驱动第二电动缸4同步动作分别驱动负载对应的第一动力输入连杆和第二动力输入连杆，第一旋转编码器5安装在第一电动缸3电机部分的输出轴上，用于向第一伺服驱动器1反馈第一电动缸3电机部分的转速和输出轴相对位置信息；第二旋转编码器6安装在第二电动缸4电机部分的输出轴上，用于向第二伺服驱动器2反馈第二电动缸4电机部分的转速和输出轴相对位置信息；

第一位置传感器7安装在负载第一动力输入连杆上，用于获取负载第一动力输入连杆的实际位置，并通过第一数据采集模块9将负载第一动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器11，第二位置传感器8安装在负载第二动力输入连杆上，用于获取负载第二动力输入连杆的实际位置，并通过第二数据采集模块10将负载第二动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器11，控制处理器11用于根据负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置来控制第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸3和第二电动缸4的带动下同步动作。

上述技术方案中，它还包括第一行程传感器12和第二行程传感器13，所述第一行程传感器12的传感头安装在第一电动缸3推杆伸出极限位置和缩回极限位置，第一行程传感器12用于将第一电动缸3在推杆伸出极限位置和缩回极限位置处的到位信号传输给控制处理器11，控制处理器11根据推杆伸出极限位置和缩回极限位置处的到位信号控制第一电动缸3的推杆在伸出极限位置和缩回极限位置之间运行；

第二行程传感器13的传感头安装在第二电动缸4推杆伸出极限位置和缩回极限位置，第二行程传感器13用于将第二电动缸4在推杆伸出极限位置和缩回极限位置处的到位信号传输给控制处理器11，控制处理器11根据推杆伸出极限位置和缩回极限位置处的到位信号控制第二电动缸4的推杆在伸出极限位置和缩回极限位置之间运行。行程传感器防止意外导致产品无法准确定位的情况下，及时使产品停止运动，防止运动超程。

上述技术方案中，伺服驱动器输出脉冲数983040(65536×15)，对应电动缸运动距离6mm。(具体的计算方式由根据实际的产品组成决定)

上述技术方案中，第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2的电动缸电机最大速度，最大电流，默认运动速度，加速度，减速度，运动轨迹，控制模式(转矩/位置/速度)等参数设置一致，第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2均采用位置模式的控制模式。交流伺服驱动器具有功率大的特点，本发明适用于负载大，精度要求高的产品。所以选用交流伺服驱动器。

上述技术方案中，所述控制处理器11判断负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置是否一致，如果一致，则控制处理器11保持当前的第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2的控制指令，如果不一致，则说明复杂两个动力输入连杆出现了不同步的情况，控制处理器11调整第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2的控制指令，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸3和第二电动缸4的带动下恢复同步动作。

上述技术方案中，所述控制处理器11用于接收有线远程控制端14和无线远程控制端15的远程控制。无线远程控制端15与控制处理器11之间采用网络通信，采用TCP/IP协议，提供负载正转、反转、停止动作，并可查看负载当前的状态。有线远程控制端14与控制处理器11之间使用RS485接口有线连接，采用RS485协议。提供负载正转、反转、停止动作，并可查看负载当前的状态。当有线控制端有效时，无线控制端无效。

上述技术方案中，所述控制处理器11对第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2的控制指令为遵循CANOPEN协议的CAN控制指令。这种设计保证控制指令的可靠传输，通信频率选择高速传输频率，传输指令之间时间间隔为ms级，减少运动过程中因指令传输造成的位置差。

上述技术方案中，所述第一伺服驱动器1根据第一旋转编码器5反馈的第一电动缸3电机部分的转速和输出轴相对位置信息对第一电动缸3进行闭环控制，保证第一电动缸3在第一伺服驱动器1的控制下准确运行；

所述第二伺服驱动器2根据第二旋转编码器6反馈的第二电动缸4电机部分的转速和输出轴相对位置信息对第二电动缸4进行闭环控制，保证第二电动缸4在第二伺服驱动器2的控制下准确运行。

上述技术方案中，所述控制处理器11还用于接收第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2的第一电动缸3和第二电动缸4运动状态反馈信息，当第一电动缸3和第二电动缸4运动状态反馈信息表面第一电动缸3或第二电动缸4存在过流异常时，控制处理器11控制第一电动缸3和第二电动缸4停机。

上述技术方案中，所述控制处理器11判断负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置的差值是否一致，如果一致，则控制处理器11保持当前的第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2的控制指令，如果不一致，则说明复杂两个动力输入连杆出现了不同步的情况，首先，控制处理器11控制第一电动缸3和第二电动缸4停机，然后确定负载整体有没有被外力阻挡，如果有阻挡则消除阻挡，然后进入负载动力输入连杆调整程序，如果没有阻挡，则直接进入负载动力输入连杆调整程序，在负载动力输入连杆调整程序中控制处理器11调整第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2的控制指令，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸3和第二电动缸4的带动下恢复同步动作。

上述技术方案中，由于第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2采用的是位置模式，对应的伺服驱动器运动到指令位置会自动停止，若位置超过电动缸的极限位置或编码器的极限位置。控制处理器发送驱动器停止指令，此处编码器的位置级别优先于行程传感器的位置。

一种上述系统的双电机驱动的负载同步控制方法，它包括如下步骤：

步骤1：所述第一伺服驱动器1在控制处理器11的控制下驱动第一电动缸3工作，第二伺服驱动器2在控制处理器11的控制下驱动第二电动缸4工作，第一电动缸3和驱动第二电动缸4同步动作分别驱动负载对应的第一动力输入连杆和第二动力输入连杆；

步骤2：第一位置传感器7获取负载第一动力输入连杆的实际位置，并通过第一数据采集模块9将负载第一动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器11，第二位置传感器8获取负载第二动力输入连杆的实际位置，并通过第二数据采集模块10将负载第二动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器11；

步骤3：所述控制处理器11判断负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置的差值是否一致，如果一致，则控制处理器11保持当前的第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2的控制指令，如果不一致，则说明复杂两个动力输入连杆出现了不同步的情况，首先，控制处理器11控制第一电动缸3和第二电动缸4停机，然后确定负载整体有没有被外力阻挡，如果有阻挡则消除阻挡，并向无线控制端/有线控制端反馈驱动器异常的具体信息，便于操作者定位排查问题，然后进入负载动力输入连杆调整程序(此时由于会出现外力导致的行程不一致，所以不宜进行自动调整)，如果没有阻挡，则直接进入负载动力输入连杆调整程序，在负载动力输入连杆调整程序中控制处理器11调整第一伺服驱动器1和第二伺服驱动器2的控制指令，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸3和第二电动缸4的带动下恢复同步动作。

上述技术方案的步骤1中，第一旋转编码器5向第一伺服驱动器1反馈第一电动缸3电机部分的转速和输出轴相对位置信息；第二旋转编码器6向第二伺服驱动器2反馈第二电动缸4电机部分的转速和输出轴相对位置信息；

所述第一伺服驱动器1根据第一旋转编码器5反馈的第一电动缸3电机部分的转速和输出轴相对位置信息对第一电动缸3进行闭环控制，保证第一电动缸3在第一伺服驱动器1的控制下高精度准确运行；

所述第二伺服驱动器2根据第二旋转编码器6反馈的第二电动缸4电机部分的转速和输出轴相对位置信息对第二电动缸4进行闭环控制，保证第二电动缸4在第二伺服驱动器2的控制下高精度准确运行。

本说明书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。

Claims (10)

1.一种双电机驱动的负载同步控制系统，其特征在于：它包括第一伺服驱动器(1)、第二伺服驱动器(2)、第一电动缸(3)、第二电动缸(4)、第一位置传感器(7)、第二位置传感器(8)、第一数据采集模块(9)、第二数据采集模块(10)和控制处理器(11)，所述第一伺服驱动器(1)用于在控制处理器(11)的控制下驱动第一电动缸(3)工作，第二伺服驱动器(2)用于在控制处理器(11)的控制下驱动第二电动缸(4)工作，第一电动缸(3)和驱动第二电动缸(4)同步动作分别驱动负载对应的第一动力输入连杆和第二动力输入连杆；

第一位置传感器(7)安装在负载第一动力输入连杆上，用于获取负载第一动力输入连杆的实际位置，并通过第一数据采集模块(9)将负载第一动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器(11)，第二位置传感器(8)安装在负载第二动力输入连杆上，用于获取负载第二动力输入连杆的实际位置，并通过第二数据采集模块(10)将负载第二动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器(11)，控制处理器(11)用于根据负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置来控制第一伺服驱动器(1)和第二伺服驱动器(2)，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸(3)和第二电动缸(4)的带动下同步动作。

2.根据权利要求1所述的双电机驱动的负载同步控制系统，其特征在于：它还包括第一行程传感器(12)和第二行程传感器(13)，所述第一行程传感器(12)的传感头安装在第一电动缸(3)推杆伸出极限位置和缩回极限位置，第一行程传感器(12)用于将第一电动缸(3)在推杆伸出极限位置和缩回极限位置处的到位信号传输给控制处理器(11)，控制处理器(11)根据推杆伸出极限位置和缩回极限位置处的到位信号控制第一电动缸(3)的推杆在伸出极限位置和缩回极限位置之间运行；

第二行程传感器(13)的传感头安装在第二电动缸(4)推杆伸出极限位置和缩回极限位置，第二行程传感器(13)用于将第二电动缸(4)在推杆伸出极限位置和缩回极限位置处的到位信号传输给控制处理器(11)，控制处理器(11)根据推杆伸出极限位置和缩回极限位置处的到位信号控制第二电动缸(4)的推杆在伸出极限位置和缩回极限位置之间运行。

3.根据权利要求1所述的双电机驱动的负载同步控制系统，其特征在于：所述控制处理器(11)判断负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置是否一致，如果一致，则控制处理器(11)保持当前的第一伺服驱动器(1)和第二伺服驱动器(2)的控制指令，如果不一致，则说明复杂两个动力输入连杆出现了不同步的情况，控制处理器(11)调整第一伺服驱动器(1)和第二伺服驱动器(2)的控制指令，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸(3)和第二电动缸(4)的带动下恢复同步动作。

4.根据权利要求1所述的双电机驱动的负载同步控制系统，其特征在于：所述控制处理器(11)用于接收有线远程控制端(14)和无线远程控制端(15)的远程控制。

5.根据权利要求1所述的双电机驱动的负载同步控制系统，其特征在于：所述控制处理器(11)对第一伺服驱动器(1)和第二伺服驱动器(2)的控制指令为遵循CANOPEN协议的CAN控制指令。

6.根据权利要求1所述的双电机驱动的负载同步控制系统，其特征在于：它还包括第一旋转编码器(5)和第二旋转编码器(6)、第一旋转编码器(5)安装在第一电动缸(3)电机部分的输出轴上，用于向第一伺服驱动器(1)反馈第一电动缸(3)电机部分的转速和输出轴相对位置信息；第二旋转编码器(6)安装在第二电动缸(4)电机部分的输出轴上，用于向第二伺服驱动器(2)反馈第二电动缸(4)电机部分的转速和输出轴相对位置信息；

所述第一伺服驱动器(1)根据第一旋转编码器(5)反馈的第一电动缸(3)电机部分的转速和输出轴相对位置信息对第一电动缸(3)进行闭环控制，保证第一电动缸(3)在第一伺服驱动器(1)的控制下准确运行；

所述第二伺服驱动器(2)根据第二旋转编码器(6)反馈的第二电动缸(4)电机部分的转速和输出轴相对位置信息对第二电动缸(4)进行闭环控制，保证第二电动缸(4)在第二伺服驱动器(2)的控制下准确运行。

7.根据权利要求1所述的双电机驱动的负载同步控制系统，其特征在于：所述控制处理器(11)还用于接收第一伺服驱动器(1)和第二伺服驱动器(2)的第一电动缸(3)和第二电动缸(4)运动状态反馈信息，当第一电动缸(3)和第二电动缸(4)运动状态反馈信息表面第一电动缸(3)或第二电动缸(4)存在过流异常时，控制处理器(11)控制第一电动缸(3)和第二电动缸(4)停机。

8.根据权利要求3所述的双电机驱动的负载同步控制系统，其特征在于：所述控制处理器(11)判断负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置的差值是否一致，如果一致，则控制处理器(11)保持当前的第一伺服驱动器(1)和第二伺服驱动器(2)的控制指令，如果不一致，则说明复杂两个动力输入连杆出现了不同步的情况，首先，控制处理器(11)控制第一电动缸(3)和第二电动缸(4)停机，然后确定负载整体有没有被外力阻挡，如果有阻挡则消除阻挡，然后进入负载动力输入连杆调整程序，如果没有阻挡，则直接进入负载动力输入连杆调整程序，在负载动力输入连杆调整程序中控制处理器(11)调整第一伺服驱动器(1)和第二伺服驱动器(2)的控制指令，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸(3)和第二电动缸(4)的带动下恢复同步动作。

9.一种权利要求1所述系统的双电机驱动的负载同步控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：所述第一伺服驱动器(1)在控制处理器(11)的控制下驱动第一电动缸(3)工作，第二伺服驱动器(2)在控制处理器(11)的控制下驱动第二电动缸(4)工作，第一电动缸(3)和驱动第二电动缸(4)同步动作分别驱动负载对应的第一动力输入连杆和第二动力输入连杆；

步骤2：第一位置传感器(7)获取负载第一动力输入连杆的实际位置，并通过第一数据采集模块(9)将负载第一动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器(11)，第二位置传感器(8)获取负载第二动力输入连杆的实际位置，并通过第二数据采集模块(10)将负载第二动力输入连杆的实际位置传输给控制处理器(11)；

步骤3：所述控制处理器(11)判断负载第一动力输入连杆的实际位置和负载第二动力输入连杆的实际位置的差值是否一致，如果一致，则控制处理器(11)保持当前的第一伺服驱动器(1)和第二伺服驱动器(2)的控制指令，如果不一致，则说明复杂两个动力输入连杆出现了不同步的情况，首先，控制处理器(11)控制第一电动缸(3)和第二电动缸(4)停机，然后确定负载整体有没有被外力阻挡，如果有阻挡则消除阻挡，然后进入负载动力输入连杆调整程序，如果没有阻挡，则直接进入负载动力输入连杆调整程序，在负载动力输入连杆调整程序中控制处理器(11)调整第一伺服驱动器(1)和第二伺服驱动器(2)的控制指令，使负载第一动力输入连杆与负载第二动力输入连杆在第一电动缸(3)和第二电动缸(4)的带动下恢复同步动作。

10.根据权利要求9所述的双电机驱动的负载同步控制方法，其特征在于：步骤1中，第一旋转编码器(5)向第一伺服驱动器(1)反馈第一电动缸(3)电机部分的转速和输出轴相对位置信息；第二旋转编码器(6)向第二伺服驱动器(2)反馈第二电动缸(4)电机部分的转速和输出轴相对位置信息；

所述第一伺服驱动器(1)根据第一旋转编码器(5)反馈的第一电动缸(3)电机部分的转速和输出轴相对位置信息对第一电动缸(3)进行闭环控制，保证第一电动缸(3)在第一伺服驱动器(1)的控制下准确运行；

所述第二伺服驱动器(2)根据第二旋转编码器(6)反馈的第二电动缸(4)电机部分的转速和输出轴相对位置信息对第二电动缸(4)进行闭环控制，保证第二电动缸(4)在第二伺服驱动器(2)的控制下准确运行。