CN110601604B - 一种多电机速度同步控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多电机速度同步控制系统，其特征在于：包括速度给定模块、辅测速模块、多个电机、多个控制模块和多个比较模块，单个所述控制模块包括转速综合处理模块、速度估算模块、主测速传感器、直接转矩控制器和逆变器。本发明还提供了一种针对上述控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法分两阶段进行测量和判断，当第一阶段测量出故障时，通过第二阶段的辅测速模块来帮助判断速度估算模块或主测速传感器故障，从而获取正确的反馈速度以有效控制多电机同步。采用本发明所述的控制系统及控制方法，能准确诊断和判断故障，获取正确的反馈转速，提高控制系统的稳定性、可靠性和安全性，降低故障率、提高生产效率、降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别是一种多电机速度同步控制系统及其控制方法。
背景技术
电动机同步控制目前在电气传动控制装备中应用很广泛，譬如包装机械、煤矿设备、数控机床、纺织印染机械、机器人控制等领域。比如，在露天煤矿长距离皮带输送系统中，双电机布置于同平面同侧位置，减速器输出轴驱动2台大型滚筒带动皮带运转，保证皮带在2电机同时驱动下安全、平稳运行；大型数控机床常采用2个独立的伺服电机共同驱动工作台；又如，跨度龙门式升降平台，多用于运行速度和位置精度要求不高的场合，它的拖动系统大多利用主从方式，即采用两台同功率、同厂家的电动机同步驱动龙门或平台机构运行。
现在常用的电机同步控制方案有主从控制、虚拟主轴控制、交叉耦合控制、偏差耦合控制等。其中的主从控制方案，一般以一个轴为主轴，另一个轴为从轴，从轴的输入转速设定为主轴的输出转速，从而达到与主轴的速度同步。在主从控制系统中，由于从轴可以实时接收主轴的转速状态与参数的变化而做出相应调整，达到较好的同步效果。
利用速度传感器准确检测出电机的速度，这是双电机同步控制的最根本问题。常用的测速传感器有光电编码器、测速发电机等。这些速度传感器安装在电动机的轴上，长期在恶劣环境下工作，容易受到噪声、机械振动、浪涌电压和冲击电流等因素的影响，进而导致传感器性能退化、发生故障和失效，严重影响整车运行的安全性、可靠性和稳定性。在硬件传感器故障下，要实现双电机同步控制，目前主流方法是采用软件法。所谓软件法，就是采用无速度传感器的方法，它只需要根据变频器输出的电压、电流信号，通过计算就能实现对电机转速的准确估计。软件法包括模型参考自适应(MRAS)算法、全阶观测器、扩展卡尔曼滤波等诸多方法。因此，现有的技术方案是，当电机速度传感器出现故障后，采用软件转速估算方法，利用软件与硬件两者速度的相对偏差若大于某一设定的阈值，则确定为硬件传感器故障，并将硬件传感器隔离，同时切换至软件转速估计值，并将之用于后续的容错控制中。
然而，现有技术方案存在的一个严重问题是，采用软件法至少需要检测变频器输出的电流信号，若电流传感器也出现故障的情况下，或者过大的噪声等其它干扰将导致软件转速估算值不准确，此时，虽然硬件转速传感器完好，也可能初选软件与硬件两者速度的相对偏差大于设定的阀值，从而造成误判，控制系统切换至利用软件进行转速估计值进行容错控制的错误。
发明内容
针对背景技术的问题，本发明提供一种多电机速度同步控制系统，同时针对上述同步控制系统还提供一种控制方法，以解决现有技术中，当测速传感器或测速估算模块出现故障时，无法进行准确判断，甚至造成误判，同步控制系统不稳定、不可靠，从而影响电机同步控制效果的问题。
本发明提供了一种多电机速度同步控制系统，创新点在于：包括速度给定模块、辅测速模块、多个电机、多个控制模块和多个比较模块；所述多个控制模块与多个电机一一对应，所述多个比较模块与多个控制模块一一对应，所述控制模块与对应的所述电机连接，所述比较模块与对应的控制模块连接；所述辅测速模块包括至少一个激光测速传感器和多个反光条，所述多个反光条与多个电机一一对应，所述反光条设置在电机转轴的外周面上，所述激光测速传感器设置在反光条附近；所述多个电机包括一个主电机和至少一个从电机；将与主电机连接的控制模块记为主控制模块，将与主控制模块连接的比较模块记为主比较模块，将与从电机连接的控制模块记为从控制模块，将与从控制模块连接的比较模块记为从比较模块；所述从比较模块与所述主控制模块连接；所述速度给定模块与主比较模块连接；
单个所述控制模块包括转速综合处理模块、速度估算模块、主测速传感器、直接转矩控制器和逆变器；所述速度估算模块包括电流3/2变换器和MRAS处理器；所述电流3/2变换器的输入端与逆变器连接；所述电流3/2变换器的输出端与MRAS处理器的输入端连接；所述MRAS处理器的输出端与所述转速综合处理模块连接；所述MRAS处理器与逆变器连接；所述主测速传感器与对应的所述电机连接；所述主测速传感器与所述转速综合处理模块连接；所述直接转矩控制器的输入端与对应的比较模块连接；所述直接转矩控制器的输出端与逆变器连接；
每个所述从比较模块均与所述主控制模块的转速综合处理模块连接；
每个所述控制模块所辖的转速综合处理模块均与所述辅测速模块连接；
所述速度给定模块用于接收操作人员设置目标转速ω*，且能将所述目标转速ω*信号传输给所述主比较模块；
所述电流3/2变换器能分别从逆变器的a相和b相获取输出电流isa和isb，并分别对isa和isb进行变换处理得到isα和isβ，并将所述isα和isβ信号传输给MRAS处理器；所述isα和isβ为αβ静止坐标系下定子侧的两个电流分量；
所述MRAS处理器能从逆变器获取αβ静止坐标系下定子侧的两个电压分量usα和usβ，还能对收到的isα、isβ、usα和usβ进行处理得到电机的估算转速
并将所述
传输给所述转速综合处理模块；
所述比较模块用于接收电机的目标转速ω*信号和转速综合处理模块输出的反馈转速ωrr信号，并对所述ω*和ωrr进行处理得到转速偏差ε′，并将所述ε′信号传输给所述直接转矩控制器；所述主电机的目标转速由作人员通过速度给定模块输入并传输给主比较模块，所述从电机的目标转速为主电机的转速综合处理模块输出的反馈转速；
所述直接转矩控制器用于设置电机的磁通给定值，还能接受比较模块传输的转速偏差ε′信号，所述直接转矩控制器还能根据所述磁通给定值和所述转速偏差ε′生成转速反馈控制量，并将所述转速反馈控制量信号传输给所述逆变器以控制和调整电机的转速；
所述主测速传感器能获取电机的转速，将主测速传感器获取的电机转速记为主测转速ωr，主测速传感器能将所述ωr信号传输给转速综合处理模块；
所述辅测速模块能获取任意一个电机的转速，将辅测速传感器获取的电机转速记为参考转速ωr′，辅测速传感器能将所述ωr′信号传输给转速综合处理模块；
所述转速综合处理模块能控制辅测速模块获取任意一个电机的所述参考转速ωr′，转速综合处理模块还能对收到的所述估算转速
信号、主测转速ωr信号和参考转速ωr′信号进行处理获得电机反馈转速ωrr；所述从控制模块的转速综合处理模块能将所述ωrr传输给对应的比较模块，所述主控制模块的转速综合处理模块能将所述ωrr分别传输给对应的比较模块和每个从控制模块对应的比较模块。
作为优化，所述主测速传感器采用光电编码器。
作为优化，所述激光传感器有多个，所述多个激光传感器与多个电机一一对应，所述多个激光传感器与多个所述转速综合处理模块一一对应，单个激光传感器与对应的转速综合处理模块连接，单个所述激光传感器能对所对应电机的转速进行检测。
作为优化，所述激光传感器为1个，每个所述转速综合处理模块均与所述激光传感器连接，所述激光传感器能对每个电机的转速进行检测。
本发明还提供了一种针对上述多电机速度同步控制系统的控制方法，创新点在于：所述控制方法包括：
所述同步控制系统启动后，操作人员通过速度给定模块设定主电机的目标转速ω*，速度给定模块将主电机的目标转速ω*信号传输给所述主比较模块，操作人员通过各个直接转矩控制器设置对应的电机磁通给定值，然后每个电机对应的控制模块和比较模块均按以下步骤进行控制：
一)所述控制模块按方法一获取对应电机当前的反馈转速ωrr，控制模块将当前的所述反馈转速ωrr传输给比较模块；其中，从控制模块将获取的当前所述反馈转速ωrr传输给对应的从比较模块；主控制模块将获取的当前所述反馈转速ωrr传输给主比较模块，同时，主控制模块还将获取的当前所述反馈转速ωrr传输给每个从比较模块作为每个从比较模块的目标转速ω*；
二)所述比较模块对收到的当前的反馈转速ωrr及目标转速ω*按公式一进行叠加处理得到当前的转速偏差ε′，比较模块将当前的所述转速偏差ε′信号传输给所述直接转矩控制器；
三)所述直接转矩控制器根据所述磁通给定值和收到的当前的转速偏差ε′生成相应的控制量，直接转矩控制器将所述控制量信号传输给逆变器，逆变器根据收到的控制量信号调整对应电机的转速；然后返回步骤一)；
所述公式一为：
ε′＝ω*-ωrr
所述方法一包括：
1)速度估算模块根据方法二获取电机当前的估算转速
并将所述估算转速
信号传输给转速综合处理模块；同时，主测速传感器获取电机当前的第一主测转速ωr1，并将所述第一主测转速ωr1信号传输给转速综合处理模块；
2)所述转速综合处理模块根据公式二对收到的当前的所述估算转速
和当前的所述第一主测转速ωr1进行处理得到当前的第一相对误差e1；
3)所述转速综合处理模块在时间段Δt内持续将每次获取的第一相对误差e1与第一速度阈值ε1进行比较，每次比较后：若Δt<Δt’，则返回步骤1)；若Δt≧Δt’，且在时间段Δt内每个所述e1均小于或等于所述ε1，则进入步骤4)；若Δt≧Δt’，且在时间段Δt内每个所述e1均大于所述ε1，则进入步骤5)；所述第一速度阈值ε1为设定值，所述Δt’为第一规定连续时间，所述第一规定连续时间Δt’为设定值；
4)所述转速综合处理模块将最后一次收到的所述第一主测转速ωr1作为反馈转速ωrr传输给比较模块，然后进入步骤二)；
5)主测速传感器获取电机当前的第二主测转速ωr2，并将所述当前的第二主测转速ωr2信号传输给转速综合处理模块；同时，辅测速模块获取电机当前的参考转速ωr′，并将当前的所述参考转速ωr′信号传输给转速综合处理模块；
6)所述转速综合处理模块根据公式三对收到的当前的所述第二主测转速ωr2和所述当前的参考转速ωr′进行处理得到当前的第二相对误差e2；
7)所述转速综合处理模块在时间段Δt内持续将每次获取的第二相对误差e2与第二速度阈值ε2进行比较，每次比较后：若Δt<Δt”，则返回步骤5)；若Δt≧Δt”，且在时间段Δt内每个所述e2均小于或等于所述ε2，且则进入步骤8)；若Δt≧Δt”，且在时间段Δt内每个所述e2均大于所述ε2，则进入步骤9)；所述第二速度阈值ε2为设定值，所述Δt”为第二规定连续时间，所述第二规定连续时间Δt”为设定值；
8)所述转速综合处理模块将最后一次收到的所述第二主测转速ωr2作为反馈转速ωrr传输给比较模块，然后进入步骤二)；
9)所述速度估算模块根据方法二获取电机当前的估算转速
并将所述估算转速
信号传输给转速综合处理模块，所述转速综合处理模块将收到当前的所述估算转速
作为反馈转速ωrr传输给比较模块，然后进入步骤二)；
所述方法二包括：
A)所述电流3/2变换器分别从所述逆变器的a相和b相获取输出电流isa和isb，所述电流3/2变换器分别对所述isa和isb进行变换处理，得到αβ静止坐标系下定子侧的两个电流分量isα和isβ，所述电流3/2变换器将所述isα和isβ信号传输给所述MRAS处理器；
同时，所述MRAS处理器从逆变器的控制电路获取αβ静止坐标系下定子侧的两个电压分量usα和usβ；
B)所述MRAS处理器对收到的所述isα、isβ、usα和usβ进行速度估算处理，得到电机的估算转速
所述公式二为：
所述公式三为：
本发明的原理如下：
现有技术中，尽管采用模型参考自适应(MRAS)算法等软件法来进行电机转速传感器的故障诊断和容错控制，当采用软件法得到的电机转速估算值与电机转速传感器测量值的误差大于设定的阈值时，则判断电机转速传感器出现故障，从而将采用软件法得到的电机转速估算值作为反馈转速控制电机同步。然而，软件法也需要采集变频器输出的电流信号来进行运算，若电流传感器出现故障，将导致软件法的计算结果出现较大误差，从而影响判断。
本发明创造性地引入了包括激光测速传感器的辅测速模块，并采用了二次测量和判断，实现了对电机转速传感器和软件算法模块的故障判断，具体如下：转速综合处理模块常态化地对速度估算模块输出的估算转速和主测速传感器测量的电机转速进行比较，并将得到的相对误差与设定的阈值比较，来判断是否二值之一存在故障，当连续得到的多个相对误差在一个设定的时间长度内都持续小于或等于设定的阈值，说明主测速传感器工作正常，控制系统持续采用主测速传感器测量的电机转速作为反馈转速来控制电机的速度同步；当每次得到的相对误差在一个设定的时间长度内都持续大于设定的阈值，则判定速度估算模块或主测速传感器二者之一存在故障，但是此阶段无法判断哪一者故障。
于是进入第二阶段测量判断，此阶段引入辅测速模块来进行判断，此阶段主测速传感器和辅测速模块都对电机的转速进行测量，并同时将测量结果传输给转速综合处理模块，转速综合处理模块对二者传输的转速信号进行处理，得到二者的相对误差，转速综合处理模块将得到的相对误差与设定的阈值进行比较，如果连续得到的多个相对误差在设定的时间段内持续小于或等于设定的阈值，说明主测速传感器工作正常，此时可判断速度估算模块故障，控制系统继续采用主测速传感器测量的电机转速作为反馈转速来控制电机的速度同步；如果连续得到的多个相对误差在设定的时间段内持续大于设定的阈值，判断主测速传感器出现故障，此时，控制系统将采用速度估算模块输出的估算转速值作为反馈转速来控制电机的速度同步。
由此可见，本发明具有如下的有益效果：采用本发明所述的控制系统和方法，能判断控制系统的测速各个模块是否出现故障，更能准确判断是主测速传感器故障还是速度估算模块故障，控制系统能正确选择反馈转速，从而提高电机同步控制系统的稳定性、可靠性和安全性，降低设备故障率，提高生产效率，同时由于减少误判，从而提高了主测速传感器的利用率，降低了生产成本。
附图说明
本发明的附图说明如下。
附图1本发明的多电机速度同步控制系统的结构示意图；
附图2为控制模块的结构示意图；
附图3为实施例一中辅测速模块的布置结构示意图；
附图4为实施例二中辅测速模块的布置结构示意图。
图中：1、速度给定模块；2、辅测速模块；3、电机；4、控制模块；5、比较模块；21、激光测速传感器；22、反光条；23、圆盘；24、伺服电机；41、转速综合处理模块；42、速度估算模块；43、主测速传感器；44、直接转矩控制器；45、逆变器；421、电流3/2变换器；422、MRAS处理器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供的多电机速度同步控制系统如下：
实施例一：
如附图1所示的多电机速度同步控制系统的结构示意图，包括速度给定模块1、辅测速模块2、多个电机3、多个控制模块4和多个比较模块5；所述多个控制模块4与多个电机3一一对应，所述多个比较模块5与多个控制模块4一一对应，所述控制模块4与对应的所述电机3连接，所述比较模块5与对应的控制模块4连接；所述多个电机3包括一个主电机和至少一个从电机；将与主电机连接的控制模块4记为主控制模块，将与主控制模块连接的比较模块5记为主比较模块，将与从电机连接的控制模块4记为从控制模块，将与从控制模块连接的比较模块5记为从比较模块；所述从比较模块与所述主控制模块连接；所述速度给定模块1与主比较模块连接；
所述辅测速模块2包括多个激光测速传感器21和多个反光条22，所述多个激光传感器与多个电机3一一对应，所述多个激光传感器与多个所述转速综合处理模块41一一对应，单个激光传感器与对应的转速综合处理模块41连接；所述多个反光条22与多个电机3一一对应；如图3所示的单个辅测速模块2布置示意图，所述反光条22沿轴向设置在电机3转轴的外周面上，所述激光测速传感器21固定设置在反光条22附近，激光测速传感器21发射的激光能照射到反光条22上并能反射回到激光测速传感器21的接收单元上以测量电机3的转速；
如图2所示的单个所述控制模块4包括转速综合处理模块41、速度估算模块42、主测速传感器43、直接转矩控制器44和逆变器45；所述速度估算模块42包括电流3/2变换器421和MRAS处理器422；所述电流3/2变换器421的输入端与逆变器45连接；所述电流3/2变换器421的输出端与MRAS处理器422的输入端连接；所述MRAS处理器422的输出端与所述转速综合处理模块41连接；所述MRAS处理器422与逆变器45连接；所述主测速传感器43与对应的所述电机3连接；所述主测速传感器43与所述转速综合处理模块41连接；所述直接转矩控制器44的输入端与对应的比较模块5连接；所述直接转矩控制器44的输出端与逆变器45连接；
每个所述从比较模块均与所述主控制模块的转速综合处理模块41连接，以便从比较模块能实时接收主控制模块的转速综合处理模块41输出的反馈转速信号，并将收到的反馈转速信号作为当前的目标转速；
每个所述控制模块4所辖的转速综合处理模块41均与所述辅测速模块2连接，本实施例中，每个转速综合处理模块41均与对应的激光测速传感器21连接；
所述速度给定模块1用于接收操作人员设置目标转速ω*，且能将所述目标转速ω*信号传输给所述主比较模块；
所述电流3/2变换器421能分别从逆变器45的a相和b相获取输出电流isa和isb，并分别对isa和isb进行变换处理得到isα和isβ，并将所述isα和isβ信号传输给MRAS处理器422；所述isα和isβ为αβ静止坐标系下定子侧的两个电流分量；
所述MRAS(模型参考自适应)处理器422能从逆变器45获取αβ静止坐标系下定子侧的两个电压分量usα和usβ，还能对收到的isα、isβ、usα和usβ进行处理得到电机3的估算转速
并将所述
传输给所述转速综合处理模块41；
所述比较模块5用于接收电机的目标转速ω*信号和转速综合处理模块41输出的反馈转速ωrr信号，并对所述ω*和ωrr进行处理得到转速偏差ε′，并将所述ε′信号传输给所述直接转矩控制器44；所述主电机的目标转速由操作人员通过速度给定模块1输入并传输给主比较模块，所述从电机的目标转速来自主控制模块所辖的转速综合处理模块41输出的反馈转速；
所述直接转矩控制器44用于设置电机3的磁通给定值，还能接受比较模块5传输的转速偏差ε′信号，所述直接转矩控制器44还能根据所述磁通给定值和所述转速偏差ε′生成转速反馈控制量，并将所述转速反馈控制量信号传输给所述逆变器45以控制和调整电机的转速；
所述主测速传感器43采用光电编码器，主测速传感器43能获取电机3的转速，将主测速传感器43获取的电机3转速记为主测转速ωr，主测速传感器43能将所述ωr信号传输给转速综合处理模块41；
所述辅测速模块2能获取任意一个电机3的转速，将辅测速传感器获取的电机3转速记为参考转速ωr′，辅测速传感器能将所述ωr′信号传输给转速综合处理模块41；
所述转速综合处理模块41能控制辅测速模块2获取任意一个电机3的参考转速ωr′，转速综合处理模块41还能对收到的所述估算转速
信号、主测转速ωr信号和参考转速ωr′信号进行处理获得电机3反馈转速ωrr；所述从控制模块的转速综合处理模块41能将所述ωrr传输给对应的比较模块5，所述主控制模块的转速综合处理模块41能将所述ωrr分别传输给对应的比较模块5和每个从控制模块对应的比较模块5。
实施例二：
实施例二与实施例一比较，除了辅测速模块2的设置不同外，其余相同。
如附图4所示的辅测速模块2包括1个激光测速传感器21和多个反光条22，所述多个反光条22与多个电机3一一对应；所述单个反光条22沿轴向设置在对应电机3转轴的外周面上。所述激光测速传感器21固定设置在一个可转动的圆盘23上，所述圆盘23的转动通过一个伺服电机24实现，各个转速综合处理模块41均与该伺服电机24的控制部连接，转速综合处理模块41能控制伺服电机24的转角；各个电机3都设置在激光测速传感器21的附近，激光测速传感器21通过转动能将发射的激光照射到每个反光条22上，各个转速综合处理模块41均与激光测速传感器21连接。
当其中一个电机的控制模块需要采集参考转速时，对应的转速综合处理模块即向伺服电机发出指令，控制伺服电机转动，调整激光测速传感器的角度，使激光测速传感器发射的激光能照射到该电机上的反光条22以获取该电机的转速，并将所获取的转速作为参考转速。
本实施例中，多个电机只采用一个激光测速传感器来测量转速，能降低控制系统的成本。
本发明提供的多电机速度同步控制系统的控制方法包括：
所述同步控制系统启动后，操作人员通过速度给定模块1设定主电机的目标转速ω*，速度给定模块1将主电机的目标转速ω*信号传输给所述主比较模块，操作人员通过各个直接转矩控制器44设置对应的电机磁通给定值，然后每个电机3对应的控制模块4和比较模块5均按以下步骤进行控制：
一)所述控制模块4按方法一获取对应电机3当前的反馈转速ωrr，控制模块4将当前的所述反馈转速ωrr传输给比较模块5；其中，从控制模块将获取的当前所述反馈转速ωrr传输给对应的从比较模块；主控制模块将获取的当前所述反馈转速ωrr传输给主比较模块，同时，主控制模块还将获取的当前所述反馈转速ωrr传输给每个从比较模块作为每个从比较模块的目标转速ω*；
二)所述比较模块5对收到的当前的反馈转速ωrr及目标转速ω*按公式一进行叠加处理得到当前的转速偏差ε′，比较模块5将当前的所述转速偏差ε′信号传输给所述直接转矩控制器44；
三)所述直接转矩控制器44根据所述磁通给定值和收到的当前的转速偏差ε′生成相应的控制量，直接转矩控制器44将所述控制量信号传输给逆变器45，逆变器45根据控制量信号调整对应电机3的转速；然后返回步骤一)；
所述公式一为：
ε′＝ω*-ωrr
所述方法一包括：
1)速度估算模块42根据方法二获取电机3当前的估算转速
并将所述估算转速
信号传输给转速综合处理模块41；同时，主测速传感器43获取电机3当前的第一主测转速ωr1，并将所述第一主测转速ωr1信号传输给转速综合处理模块41；
2)所述转速综合处理模块41根据公式二对收到的当前的所述估算转速
和当前的所述第一主测转速ωr1进行处理得到当前的第一相对误差e1；
3)所述转速综合处理模块41在时间段Δt内持续将每次获取的第一相对误差e1与第一速度阈值ε1进行比较，每次比较后：若Δt<Δt’，则返回步骤1)；若Δt≧Δt’，且在时间段Δt内每个所述e1均小于或等于所述ε1，则进入步骤4)；若Δt≧Δt’，且在时间段Δt内每个所述e1均大于所述ε1，则进入步骤5)；所述第一速度阈值ε1为设定值，所述Δt’为第一规定连续时间，所述第一规定连续时间Δt’为设定值；
4)所述转速综合处理模块41将最后一次收到的所述第一主测转速ωr1作为反馈转速ωrr传输给比较模块5，然后进入步骤二)；
5)主测速传感器43获取电机3当前的第二主测转速ωr2，并将所述当前的第二主测转速ωr2信号传输给转速综合处理模块41；同时，辅测速模块2获取电机3当前的参考转速ωr′，并将当前的所述参考转速ωr′信号传输给转速综合处理模块41；
6)所述转速综合处理模块41根据公式三对收到的当前的所述第二主测转速ωr2和所述当前的参考转速ωr′进行处理得到当前的第二相对误差e2；
7)所述转速综合处理模块41在时间段Δt内持续将每次获取的第二相对误差e2与第二速度阈值ε2进行比较，每次比较后：若Δt<Δt”，则返回步骤5)；若Δt≧Δt”，且在时间段Δt内每个所述e2均小于或等于所述ε2，且则进入步骤8)；若Δt≧Δt”，且在时间段Δt内每个所述e2均大于所述ε2，则进入步骤9)；所述第二速度阈值ε2为设定值，所述Δt”为第二规定连续时间，所述第二规定连续时间Δt”为设定值；
8)所述转速综合处理模块41将最后一次收到的所述第二主测转速ωr2作为反馈转速ωrr传输给比较模块5，然后进入步骤二)；
9)所述速度估算模块42根据方法二获取电机3当前的估算转速
并将所述估算转速
信号传输给转速综合处理模块41，所述转速综合处理模块41将收到当前的所述估算转速
作为反馈转速ωrr传输给比较模块5，然后进入步骤二)；
所述方法二包括：
A)所述电流3/2变换器421分别从所述逆变器45的a相和b相获取输出电流isa和isb，所述电流3/2变换器421分别对所述isa和isb进行变换处理，得到αβ静止坐标系下定子侧的两个电流分量isα和isβ，所述电流3/2变换器421将所述isα和isβ信号传输给所述MRAS处理器422；
同时，所述MRAS处理器422从逆变器45的控制电路获取αβ静止坐标系下定子侧的两个电压分量usα和usβ；
B)所述MRAS处理器422对收到的所述isα、isβ、usα和usβ进行速度估算处理，得到电机3的估算转速
所述公式二为：
所述公式三为：
本发明中应用到的模型参考自适应MRAS算法、电流3/2变换原理和直接转矩控制原理等为现有技术中十分常见的处理手段，相关的内容，本领域技术人员可从现有技术的相关文献中获取。
Claims (5)
1.一种多电机速度同步控制系统，其特征在于：包括速度给定模块(1)、辅测速模块(2)、多个电机(3)、多个控制模块(4)和多个比较模块(5)；所述多个控制模块(4)与多个电机(3)一一对应，所述多个比较模块(5)与多个控制模块(4)一一对应，所述控制模块(4)与对应的所述电机(3)连接，所述比较模块(5)与对应的控制模块(4)连接；所述辅测速模块(2)包括至少一个激光测速传感器(21)和多个反光条(22)，所述多个反光条(22)与多个电机(3)一一对应，所述反光条(22)设置在电机(3)转轴的外周面上，所述激光测速传感器(21)设置在反光条(22)附近；所述多个电机(3)包括一个主电机和至少一个从电机；将与主电机连接的控制模块(4)记为主控制模块，将与主控制模块连接的比较模块(5)记为主比较模块，将与从电机连接的控制模块(4)记为从控制模块，将与从控制模块连接的比较模块(5)记为从比较模块；所述从比较模块与所述主控制模块连接；所述速度给定模块(1)与主比较模块连接；
单个所述控制模块(4)包括转速综合处理模块(41)、速度估算模块(42)、主测速传感器(43)、直接转矩控制器(44)和逆变器(45)；所述速度估算模块(42)包括电流3/2变换器(421)和MRAS处理器(422)；所述电流3/2变换器(421)的输入端与逆变器(45)连接；所述电流3/2变换器(421)的输出端与MRAS处理器(422)的输入端连接；所述MRAS处理器(422)的输出端与所述转速综合处理模块(41)连接；所述MRAS处理器(422)与逆变器(45)连接；所述主测速传感器(43)与对应的所述电机(3)连接；所述主测速传感器(43)与所述转速综合处理模块(41)连接；所述直接转矩控制器(44)的输入端与对应的比较模块(5)连接；所述直接转矩控制器(44)的输出端与逆变器(45)连接；
每个所述从比较模块均与所述主控制模块的转速综合处理模块(41)连接；
每个所述控制模块(4)所辖的转速综合处理模块(41)均与所述辅测速模块(2)连接；
所述速度给定模块(1)用于接收操作人员设置目标转速ω*，且能将所述目标转速ω*信号传输给所述主比较模块；
所述电流3/2变换器(421)能分别从逆变器(45)的a相和b相获取输出电流isa和isb，并分别对isa和isb进行变换处理得到isα和isβ，并将所述isα和isβ信号传输给MRAS处理器(422)；所述isα和isβ为αβ静止坐标系下定子侧的两个电流分量；
所述MRAS处理器(422)能从逆变器(45)获取αβ静止坐标系下定子侧的两个电压分量usα和usβ，还能对收到的isα、isβ、usα和usβ进行处理得到电机(3)的估算转速
并将所述
传输给所述转速综合处理模块(41)；
所述比较模块(5)用于接收电机的目标转速ω*信号和转速综合处理模块(41)输出的反馈转速ωrr信号，并对所述ω*和ωrr进行处理得到转速偏差ε′，并将所述ε′信号传输给所述直接转矩控制器(44)；所述主电机的目标转速由作人员通过速度给定模块(1)输入并传输给主比较模块，所述从电机的目标转速为主电机的转速综合处理模块(41)输出的反馈转速；
所述直接转矩控制器(44)用于设置电机(3)的磁通给定值，还能接受比较模块(5)传输的转速偏差ε′信号，所述直接转矩控制器(44)还能根据所述磁通给定值和所述转速偏差ε′生成转速反馈控制量，并将所述转速反馈控制量信号传输给所述逆变器(45)以控制和调整电机的转速；
所述主测速传感器(43)能获取电机(3)的转速，将主测速传感器(43)获取的电机(3)转速记为主测转速ωr，主测速传感器(43)能将所述ωr信号传输给转速综合处理模块(41)；
所述辅测速模块(2)能获取任意一个电机(3)的转速，将辅测速传感器获取的电机(3)转速记为参考转速ωr′，辅测速传感器能将所述ωr′信号传输给转速综合处理模块(41)；
所述转速综合处理模块(41)能控制辅测速模块(2)获取任意一个电机的所述参考转速ωr′，转速综合处理模块(41)还能对收到的所述估算转速
信号、主测转速ωr信号和参考转速ωr′信号进行处理获得电机(3)反馈转速ωrr；所述从控制模块的转速综合处理模块(41)能将所述ωrr传输给对应的比较模块(5)，所述主控制模块的转速综合处理模块(41)能将所述ωrr分别传输给对应的比较模块(5)和每个从控制模块对应的比较模块(5)。
2.如权利要求1所述的多电机速度同步控制系统，其特征在于：所述主测速传感器(43)采用光电编码器。
3.如权利要求1或2所述的多电机速度同步控制系统，其特征在于：所述激光测速传感器有多个，多个所述激光测速传感器与多个电机(3)一一对应，多个所述激光测速传感器与多个所述转速综合处理模块(41)一一对应，单个激光测速传感器与对应的转速综合处理模块(41)连接，单个所述激光测速传感器能对所对应电机(3)的转速进行检测。
4.如权利要求1或2所述的多电机速度同步控制系统，其特征在于：所述激光测速传感器为1个，每个所述转速综合处理模块(41)均与所述激光测速传感器连接，所述激光测速传感器能对每个电机(3)的转速进行检测。
5.一种多电机速度同步控制系统的控制方法，其特征在于：所涉及的硬件包括包括速度给定模块(1)、辅测速模块(2)、多个电机(3)、多个控制模块(4)和多个比较模块(5)；所述多个控制模块(4)与多个电机(3)一一对应，所述多个比较模块(5)与多个控制模块(4)一一对应，所述控制模块(4)与对应的所述电机(3)连接，所述比较模块(5)与对应的控制模块(4)连接；所述辅测速模块(2)包括至少一个激光测速传感器(21)和多个反光条(22)，所述多个反光条(22)与多个电机(3)一一对应，所述反光条(22)设置在电机(3)转轴的外周面上，所述激光测速传感器(21)设置在反光条(22)附近；所述多个电机(3)包括一个主电机和至少一个从电机；将与主电机连接的控制模块(4)记为主控制模块，将与主控制模块连接的比较模块(5)记为主比较模块，将与从电机连接的控制模块(4)记为从控制模块，将与从控制模块连接的比较模块(5)记为从比较模块；所述从比较模块与所述主控制模块连接；所述速度给定模块(1)与主比较模块连接；
单个所述控制模块(4)包括转速综合处理模块(41)、速度估算模块(42)、主测速传感器(43)、直接转矩控制器(44)和逆变器(45)；所述速度估算模块(42)包括电流3/2变换器(421)和MRAS处理器(422)；所述电流3/2变换器(421)的输入端与逆变器(45)连接；所述电流3/2变换器(421)的输出端与MRAS处理器(422)的输入端连接；所述MRAS处理器(422)的输出端与所述转速综合处理模块(41)连接；所述MRAS处理器(422)与逆变器(45)连接；所述主测速传感器(43)与对应的所述电机(3)连接；所述主测速传感器(43)与所述转速综合处理模块(41)连接；所述直接转矩控制器(44)的输入端与对应的比较模块(5)连接；所述直接转矩控制器(44)的输出端与逆变器(45)连接；
每个所述从比较模块均与所述主控制模块的转速综合处理模块(41)连接；
每个所述控制模块(4)所辖的转速综合处理模块(41)均与所述辅测速模块(2)连接；
所述速度给定模块(1)用于接收操作人员设置目标转速ω*，且能将所述目标转速ω*信号传输给所述主比较模块；
所述电流3/2变换器(421)能分别从逆变器(45)的a相和b相获取输出电流isa和isb，并分别对isa和isb进行变换处理得到isα和isβ，并将所述isα和isβ信号传输给MRAS处理器(422)；所述isα和isβ为αβ静止坐标系下定子侧的两个电流分量；
所述MRAS处理器(422)能从逆变器(45)获取αβ静止坐标系下定子侧的两个电压分量usα和usβ，还能对收到的isα、isβ、usα和usβ进行处理得到电机(3)的估算转速
并将所述
传输给所述转速综合处理模块(41)；
所述比较模块(5)用于接收电机的目标转速ω*信号和转速综合处理模块(41)输出的反馈转速ωrr信号，并对所述ω*和ωrr进行处理得到转速偏差ε′，并将所述ε′信号传输给所述直接转矩控制器(44)；所述主电机的目标转速由作人员通过速度给定模块(1)输入并传输给主比较模块，所述从电机的目标转速为主电机的转速综合处理模块(41)输出的反馈转速；
所述直接转矩控制器(44)用于设置电机(3)的磁通给定值，还能接受比较模块(5)传输的转速偏差ε′信号，所述直接转矩控制器(44)还能根据所述磁通给定值和所述转速偏差ε′生成转速反馈控制量，并将所述转速反馈控制量信号传输给所述逆变器(45)以控制和调整电机的转速；
所述主测速传感器(43)能获取电机(3)的转速，将主测速传感器(43)获取的电机(3)转速记为主测转速ωr，主测速传感器(43)能将所述ωr信号传输给转速综合处理模块(41)；
所述辅测速模块(2)能获取任意一个电机(3)的转速，将辅测速传感器获取的电机(3)转速记为参考转速ωr′，辅测速传感器能将所述ωr′信号传输给转速综合处理模块(41)；
所述转速综合处理模块(41)能控制辅测速模块(2)获取任意一个电机的所述参考转速ωr′，转速综合处理模块(41)还能对收到的所述估算转速
信号、主测转速ωr信号和参考转速ωr′信号进行处理获得电机(3)反馈转速ωrr；所述从控制模块的转速综合处理模块(41)能将所述ωrr传输给对应的比较模块(5)，所述主控制模块的转速综合处理模块(41)能将所述ωrr分别传输给对应的比较模块(5)和每个从控制模块对应的比较模块(5)；
所述控制方法包括：
所述同步控制系统启动后，操作人员通过速度给定模块(1)设定主电机的目标转速ω*，速度给定模块(1)将主电机的目标转速ω*信号传输给所述主比较模块，操作人员通过各个直接转矩控制器(44)设置对应的电机磁通给定值，然后每个电机(3)对应的控制模块(4)和比较模块(5)均按以下步骤进行控制：
一)所述控制模块(4)按方法一获取对应电机(3)当前的反馈转速ωrr，控制模块(4)将当前的所述反馈转速ωrr传输给比较模块(5)；其中，从控制模块将获取的当前所述反馈转速ωrr传输给对应的从比较模块；主控制模块将获取的当前所述反馈转速ωrr传输给主比较模块，同时，主控制模块还将获取的当前所述反馈转速ωrr传输给每个从比较模块作为每个从比较模块的目标转速ω*；
二)所述比较模块(5)对收到的当前的反馈转速ωrr及目标转速ω*按公式一进行叠加处理得到当前的转速偏差ε′，比较模块(5)将当前的所述转速偏差ε′信号传输给所述直接转矩控制器(44)；
三)所述直接转矩控制器(44)根据所述磁通给定值和收到的当前的转速偏差ε′生成相应的控制量，直接转矩控制器(44)将所述控制量信号传输给逆变器(45)，逆变器(45)根据收到的控制量信号调整对应电机(3)的转速；然后返回步骤一)；
所述公式一为：
ε′＝ω*-ωrr
所述方法一包括：
1)速度估算模块(42)根据方法二获取电机(3)当前的估算转速
并将所述估算转速
信号传输给转速综合处理模块(41)；同时，主测速传感器(43)获取电机(3)当前的第一主测转速ωr1，并将所述第一主测转速ωr1信号传输给转速综合处理模块(41)；
2)所述转速综合处理模块(41)根据公式二对收到的当前的所述估算转速
和当前的所述第一主测转速ωr1进行处理得到当前的第一相对误差e1；
3)所述转速综合处理模块(41)在时间段Δt内持续将每次获取的第一相对误差e1与第一速度阈值ε1进行比较，每次比较后：若Δt＜Δt’，则返回步骤1)；若Δt≥Δt’，且在时间段Δt内每个所述e1均小于或等于所述ε1，则进入步骤4)；若Δt≥Δt’，且在时间段Δt内每个所述e1均大于所述ε1，则进入步骤5)；所述第一速度阈值ε1为设定值，所述Δt’为第一规定连续时间，所述第一规定连续时间Δt’为设定值；
4)所述转速综合处理模块(41)将最后一次收到的所述第一主测转速ωr1作为反馈转速ωrr传输给比较模块(5)，然后进入步骤二)；
5)主测速传感器(43)获取电机(3)当前的第二主测转速ωr2，并将所述当前的第二主测转速ωr2信号传输给转速综合处理模块(41)；同时，辅测速模块(2)获取电机(3)当前的参考转速ωr′，并将当前的所述参考转速ωr′信号传输给转速综合处理模块(41)；
6)所述转速综合处理模块(41)根据公式三对收到的当前的所述第二主测转速ωr2和所述当前的参考转速ωr′进行处理得到当前的第二相对误差e2；
7)所述转速综合处理模块(41)在时间段Δt内持续将每次获取的第二相对误差e2与第二速度阈值ε2进行比较，每次比较后：若Δt＜Δt”，则返回步骤5)；若Δt≥Δt”，且在时间段Δt内每个所述e2均小于或等于所述ε2，且则进入步骤8)；若Δt≥Δt”，且在时间段Δt内每个所述e2均大于所述ε2，则进入步骤9)；所述第二速度阈值ε2为设定值，所述Δt”为第二规定连续时间，所述第二规定连续时间Δt”为设定值；
8)所述转速综合处理模块(41)将最后一次收到的所述第二主测转速ωr2作为反馈转速ωrr传输给比较模块(5)，然后进入步骤二)；
9)所述速度估算模块(42)根据方法二获取电机(3)当前的估算转速
并将所述估算转速
信号传输给转速综合处理模块(41)，所述转速综合处理模块(41)将收到当前的所述估算转速
作为反馈转速ωrr传输给比较模块(5)，然后进入步骤二)；
所述方法二包括：
A)所述电流3/2变换器(421)分别从所述逆变器(45)的a相和b相获取输出电流isa和isb，所述电流3/2变换器(421)分别对所述isa和isb进行变换处理，得到αβ静止坐标系下定子侧的两个电流分量isα和isβ，所述电流3/2变换器(421)将所述isα和isβ信号传输给所述MRAS处理器(422)；
同时，所述MRAS处理器(422)从逆变器(45)的控制电路获取αβ静止坐标系下定子侧的两个电压分量usα和usβ；
B)所述MRAS处理器(422)对收到的所述isα、isβ、usα和usβ进行速度估算处理，得到电机(3)的估算转速
所述公式二为：
所述公式三为：
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