CN110995067A - 多电机同步驱动系统 - Google Patents

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CN110995067A CN201911267816.XA CN201911267816A CN110995067A CN 110995067 A CN110995067 A CN 110995067A CN 201911267816 A CN201911267816 A CN 201911267816A CN 110995067 A CN110995067 A CN 110995067A
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Abstract

本发明涉及多电机同步驱动系统，该系统包括主控制器、从控制器、作为被控对象的多台电机、与多台电机一一对应的多个脉冲获取元件以及多个驱动器；主控制器与从控制器连接；主控制器分别通过脉冲获取元件和驱动器连接主电机，主电机构成主电机组，从控制器分别通过脉冲获取元件和驱动器连接从电机，从电机构成从电机组。本发明技术方案根据主控制器通过获取的主电机组的第一脉冲均值和从电机组的第二脉冲均值计算第三脉冲均值，根据第一脉冲均值和第三脉冲均值的第一偏差对主电机组内电机进行调节；从控制器接收第三脉冲均值后根据第二脉冲均值和第三脉冲均值的第二偏差对从电机组内电机进行调节，以使多个电机的保持同步。

Description

多电机同步驱动系统
技术领域
本发明涉及多电机同步控制领域，尤其涉及一种多电机同步驱动系统。
背景技术
随着科技的不断进步和工业技术的飞速发展，人们对工业产品的期望越来越高，自然而然对产品质量的要求上也日益剧增，而电机是工业生产中必不可少的元件，因此，就对电机系统的控制性能也就提出了越来越高的标准。现在，越来越多的工业生产过程中，传统的电动机控制模式已经不能满足生产需求了，这时就对生产系统提出了新的挑战，多电机系统就在这个时候应运而生。
在生产车间物件传输过程、以及轨道交通、汽车焊接行业、冶金业和纺织业中，过去的单电机驱动控制系统，已经无法满足人们要求的高精度、高效率的生产要求了。这时候多电机驱动控制系统就能很好地解决该问题，满足高精度、高效率的生产要求。现有的多电机同步驱动方法常采用一个控制器来实现多个电机的同步控制，然而此种控制方法不仅控制精度较低，而且控制装置较为复杂。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种多电机同步驱动系统。
本发明的实施方案提供一种多电机同步驱动系统，该系统包括主控制器、从控制器、作为被控对象的多台电机、与所述多台电机一一对应的多个脉冲获取元件以及多个驱动器；所述主控制器与所述从控制器连接；
所述主控制器分别通过所述脉冲获取元件和所述驱动器连接主电机，所述主电机构成主电机组，所述从控制器分别通过所述脉冲获取元件和所述驱动器连接从电机，所述从电机构成从电机组；
所述主控制器用于获取所述主电机组的第一脉冲均值和所述从电机组的第二脉冲均值，通过所述第一脉冲均值和所述第二脉冲均值计算第三脉冲均值，根据所述第一脉冲均值和所述第三脉冲均值的第一偏差对所述主电机组内电机进行调节；
所述从控制器用于接收所述主控制器发送的所述第三脉冲均值，根据所述第二脉冲均值和所述第三脉冲均值的第二偏差对从电机组内电机进行调节。
在上述实施方案中，所述主控制器通过获取所述主电机组内每一主电机的输出脉冲以计算所有主电机的第一脉冲均值；
所述主控制器根据每一主电机的输出脉冲和所述第一脉冲均值之间的偏差分别计算对应主电机的占空比补偿值，并通过所述占空比补偿值对所述对应主电机的驱动信号进行补偿，以使所有主电机保持同步。
在上述实施方案中，所述从控制器通过获取所述从电机组内每一从电机的输出脉冲以计算所有从电机的第二脉冲均值；
所述从控制器根据每一从电机的输出脉冲和所述第二脉冲均值之间的偏差分别计算对应从电机的占空比补偿值，并通过所述占空比补偿值对所述对应从电机的驱动信号进行补偿，以使所有从电机保持同步，并将所述第二脉冲均值传递给所述主控制器。
在上述实施方案中，还包括：
所述主控制器基于重复控制对每一主电机的占空比补偿值进行矫正，获得每一主电机的矫正占空比补偿值，并根据对应主电机的所述占空比补偿值和所述矫正占空比补偿值对驱动信号进行补偿。
在上述实施方案中，还包括：
所述从控制器基于重复控制对每一从电机的占空比补偿值进行矫正，获得每一从电机的矫正占空比补偿值，并根据对应从电机的所述占空比补偿值和所述矫正占空比补偿值对驱动信号进行补偿。
在上述实施方案中，所述基于重复控制对每一主电机或每一从电机的占空比补偿值进行矫正，包括：对每一主电机或每一从电机的占空比补偿值进行延时处理。
在上述实施方案中，所述基于重复控制对每一主电机或每一从电机的占空比补偿值进行矫正，还包括：对经延时处理后的输出信号进行相位补偿。
在上述实施方案中，所述主电机组的电机数目与所述从电机组的电机数目的差值小于等于1。
在上述实施方案中，所述电机为直流无刷电机。
在上述实施方案中，所述脉冲获取元件为霍尔传感器。
本发明技术方案多电机同步驱动系统，根据主控制器通过获取的主电机组的第一脉冲均值和从电机组的第二脉冲均值计算第三脉冲均值，根据第一脉冲均值和第三脉冲均值的第一偏差对主电机组内电机进行调节；从控制器接收第三脉冲均值后根据第二脉冲均值和第三脉冲均值的第二偏差对从电机组内电机进行调节，以使多个电机的保持同步。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明第一实施例的多电机同步驱动系统的结构示意图；
图2示出了本发明第一实施例的四电机同步驱动系统的结构示意图；
图3示出了本发明第二实施例的复合控制单元的结构示意图。
主要元件符号说明：
100-多电机同步驱动系统；10-主控制器；20-从控制器；101-主电机组；201-从电机组；110-四电机同步驱动系统；200-复合控制单元；30-PI控制模块；40-重复控制模块；401-延时模块；402-相位补偿模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
图1示出了本发明第一实施例的多电机同步驱动系统的结构示意图。
多电机同步驱动系统100包括主控制器10、从控制器20、作为被控对象的多台电机、与所述多台电机一一对应的多个脉冲获取元件以及多个驱动器；
所述主控制器10与所述从控制器连接20，用于相互通信；所述主控制器10分别通过所述脉冲获取元件和所述驱动器连接主电机，所述主电机构成主电机组101，所述从控制器20分别通过所述脉冲获取元件和所述驱动器连接从电机，所述从电机构成从电机组201；
在多电机同步驱动系统100中，主控制器10对主电机组101内的主电机分别进行调节，以使每一主电机保持同步。
示范性的，主控制器10通过获取所述主电机组101内每一主电机的输出脉冲以计算所有主电机的第一脉冲均值；然后，主控制器10根据每一主电机的输出脉冲和所述第一脉冲均值之间的偏差分别计算对应主电机的占空比补偿值，并通过所述占空比补偿值对所述对应主电机的驱动信号进行补偿，以使所有主电机保持同步。
在多电机同步驱动系统100中，从控制器20对从电机组201内的从电机分别进行调节，以使每一从电机保持同步。
示范性的，从控制器20通过获取所述从电机组201内每一从电机的输出脉冲以计算所有从电机的第二脉冲均值；然后，从控制器20根据每一从电机的输出脉冲和所述第二脉冲均值之间的偏差分别计算对应从电机的占空比补偿值，并通过所述占空比补偿值对所述对应从电机的驱动信号进行补偿，以使所有从电机保持同步，并将所述第二脉冲均值传递给所述主控制器10。
进一步的，所述主控制器10用于获取所述主电机组101的第一脉冲均值和所述从电机组201的第二脉冲均值，通过所述第一脉冲均值和所述第二脉冲均值计算第三脉冲均值，根据所述第一脉冲均值和所述第三脉冲均值的第一偏差对所述主电机组101内电机进行调节；
所述从控制器20用于接收所述主控制器10发送的所述第三脉冲均值，根据所述第二脉冲均值和所述第三脉冲均值的第二偏差对从电机组201内电机进行调节。
优选的，主电机组101的电机数目与从电机组201的电机数目的差值小于等于1。例如，如果需要同步驱动的电机数目为偶数，则主电机组101内主电机的数目与从电机组201的电机数目相等。如果需要同步驱动的电机数目为奇数，则主电机组101内主电机的数目可以比从电机组201的电机数目相等多一台，或者，主电机组101内主电机的数目可以比从电机组201的电机数目相等少一台。保持主控制器10控制电机数目与从控制器20控制的电机数目平衡，有利于资源的均衡分配。
优选的，所述电机为直流无刷电机，其驱动信号为方波信号。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。
优选的，所述脉冲获取元件为霍尔传感器。霍尔传感器可以准确的测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等。
占空比是指有效电平在一个周期之内所占的时间比率。例如，方波的占空比为50％，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5个周期。占空比补偿值则是目标占空比与当前占空比的差值。
本实施例中利用PI算法对偏差信号进行调节，获取电机驱动信号的占空比补偿值。
示范性的，图2示出了本发明第一实施例的四电机同步驱动系统的结构示意图。
在四电机同步驱动系统110中，主电机组101内有2台主电机(记为电机1和电机2)，电机1分别通过驱动器1和脉冲获取元件1连接至主控制器10，电机2分别通过驱动器2和脉冲获取元件2连接至主控制器10；从电机组201内有2台从电机(记为电机3和电机4)，电机3分别通过驱动器3和脉冲获取元件3连接至从控制器20，电机4分别通过驱动器4和脉冲获取元件4连接至从控制器20。
其中，主控制器10通过脉冲获取元件1得到电机1的输出脉冲n1，通过脉冲获取元件2得到电机2的输出脉冲n2，主控制器10计算第一脉冲均值为
Figure BDA0002313362500000081
主控制器10根据电机1的输出脉冲n1和第一脉冲均值
Figure BDA0002313362500000082
的差值
Figure BDA0002313362500000083
以及利用PI调节算法计算占空比补偿值，然后，利用所述占空比补偿值对电机1的驱动器1的驱动信号进行补偿，以使电机1的输出脉冲保持
Figure BDA0002313362500000084
主控制器10根据电机2的输出脉冲n2和第一脉冲均值
Figure BDA0002313362500000085
的差值
Figure BDA0002313362500000086
以及利用PI调节算法计算占空比补偿值，然后，利用所述占空比补偿值对电机2的驱动器2的驱动信号进行补偿，以使电机2的输出脉冲保持
Figure BDA0002313362500000087
类似的，从控制器20通过脉冲获取元件3得到电机3的输出脉冲n3，通过脉冲获取元件4得到电机4的输出脉冲n4，从控制器20计算第二脉冲均值为
Figure BDA0002313362500000088
从控制器20根据电机3的输出脉冲n3和第二脉冲均值
Figure BDA0002313362500000089
的差值
Figure BDA00023133625000000810
以及利用PI调节算法计算占空比补偿值，然后，利用所述占空比补偿值对电机3的驱动器3的驱动信号进行补偿，以使电机3的输出脉冲保持
Figure BDA00023133625000000811
从控制器20根据电机4的输出脉冲n4和第二脉冲均值
Figure BDA00023133625000000812
的差值
Figure BDA00023133625000000813
以及利用PI调节算法计算占空比补偿值，然后，利用所述占空比补偿值对电机4的驱动器4的驱动信号进行补偿，以使电机4的输出脉冲保持
Figure BDA00023133625000000814
随后，从控制器20将第二脉冲均值
Figure BDA00023133625000000815
发送给主控制器10，主控制器10根据第一脉冲均值
Figure BDA0002313362500000091
和第二脉冲均值
Figure BDA0002313362500000092
计算得到第三脉冲均值，即
Figure BDA0002313362500000093
并将该第三脉冲均值
Figure BDA0002313362500000094
发送给从控制器20。
进一步的，主控制器10根据电机1的输出脉冲
Figure BDA0002313362500000095
和第三脉冲均值
Figure BDA0002313362500000096
的差值
Figure BDA0002313362500000097
以及利用PI调节算法计算占空比补偿值，然后，利用所述占空比补偿值对电机1的驱动器1的驱动信号进行补偿，以使电机1的输出脉冲保持
Figure BDA0002313362500000098
主控制器10根据电机2的输出脉冲
Figure BDA0002313362500000099
和第三脉冲均值
Figure BDA00023133625000000910
的差值
Figure BDA00023133625000000911
以及利用PI调节算法计算占空比补偿值，然后，利用所述占空比补偿值对电机2的驱动器2的驱动信号进行补偿，以使电机2的输出脉冲保持
Figure BDA00023133625000000912
进一步的，从控制器20根据电机3的输出脉冲
Figure BDA00023133625000000913
和第三脉冲均值
Figure BDA00023133625000000914
的差值
Figure BDA00023133625000000915
以及利用PI调节算法计算占空比补偿值，然后，利用所述占空比补偿值对电机3的驱动器3的驱动信号进行补偿，以使电机3的输出脉冲保持
Figure BDA00023133625000000916
从控制器20根据电机4的输出脉冲
Figure BDA00023133625000000917
和第三脉冲均值
Figure BDA00023133625000000918
的差值
Figure BDA00023133625000000919
以及利用PI调节算法计算占空比补偿值，然后，利用所述占空比补偿值对电机4的驱动器4的驱动信号进行补偿，以使电机4的输出脉冲保持
Figure BDA0002313362500000101
本实施例中，可先调节组内电机。主控制器10对主电机组101内每一主电机的进行调节，以使每一主电机保持同步，输出相同的脉冲(即第一脉冲均值)；类似的，从控制器20对从电机组201内每一从电机的进行调节，以使每一从电机保持同步，输出相同的脉冲(即第二脉冲均值)。
然后，调节组间电机。根据主控制器10通过获取的主电机组101的第一脉冲均值和从电机组201的第二脉冲均值计算第三脉冲均值，根据第一脉冲均值和第三脉冲均值的偏差继续对主电机组101内电机进行调节；从控制器20接收第三脉冲均值后根据第二脉冲均值和第三脉冲均值的偏差继续对从电机组201内电机进行调节，以使组间的多个电机的保持同步。
实施例2
基于上述实施例1中的多电机同步驱动系统，作为另一种优选的方案，该多电机同步驱动系统中的主控制器及从控制器在对每一电机的调节过程中，将利用复合控制方式进行调节，即在PI控制模块的基础上引入重复控制模块。
示范性的，主控制器基于重复控制对每一主电机的占空比补偿值进行矫正，获得每一主电机的矫正占空比补偿值，并根据对应主电机的所述占空比补偿值和所述矫正占空比补偿值对驱动信号进行补偿。
示范性的，从控制器基于重复控制对每一从电机的占空比补偿值进行矫正，获得每一从电机的矫正占空比补偿值，并根据对应从电机的所述占空比补偿值和所述矫正占空比补偿值对驱动信号进行补偿。
优选的，所述基于重复控制对每一主电机或每一从电机的占空比补偿值进行矫正，包括：对每一主电机或每一从电机的占空比补偿值进行延时处理。
优选的，所述基于重复控制对每一主电机或每一从电机的占空比补偿值进行矫正，还包括：对经延时处理后的输出信号进行相位补偿。
图3示出了本发明第二实施例的复合控制单元的结构示意图。
复合控制单元200包括PI控制模块30和重复控制模块40，重复控制模块40包括延时模块401和相位补偿模块402。
在重复控制模块40的延时模块401中，由于在控制过程中，指令信号和扰动信号均为周期性，所以z-N位于重复控制的前向通道上，使控制信号延时为一个周期，以使控制信号对下一周期而言具有一定的超前性。其中，z表示传递函数的离散化形式，N＝Td/Ts，N表示信号周期所需的样本数；Ts为系统采样周期；Td为重复控制的延长时间。在延时模块401的反馈通道上，L(Z)为延时函数预设系数的离散化形式，L(Z)的选取有两种：常数值和低通滤波器。为了增强系统的鲁棒性和稳定性，本实施例采用小于1的常数作为延时函数的预设系数。
进一步的，当延时模块401输出包含指令信号和扰动信号的信号后，相位补偿模块402则对控制对象的输出进行相位补偿，进而准确跟踪上述指令信号。其中，S(Z)＝K*Zr，K为补偿系数，r为相位补偿系数，Z为传递函数的离散化形式，例如，z1表示超前一个周期，z-1表示滞后一个周期。
在本实施例中，复合控制将传统PI控制与重复控制相结合，通过传统PI控制获取占空比补偿值，然后重复控制根据占空比补偿值获取矫正占空比补偿值，将矫正占空比补偿值用于补偿电机的驱动信号，不仅可以提高系统的跟踪精度，还可以提高系统的鲁棒性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多电机同步驱动系统，其特征在于，该系统包括主控制器、从控制器、作为被控对象的多台电机、与所述多台电机一一对应的多个脉冲获取元件以及多个驱动器；所述主控制器与所述从控制器连接；
所述主控制器分别通过所述脉冲获取元件和所述驱动器连接主电机，所述主电机构成主电机组，所述从控制器分别通过所述脉冲获取元件和所述驱动器连接从电机，所述从电机构成从电机组；
所述主控制器用于获取所述主电机组的第一脉冲均值和所述从电机组的第二脉冲均值，通过所述第一脉冲均值和所述第二脉冲均值计算第三脉冲均值，根据所述第一脉冲均值和所述第三脉冲均值的第一偏差对所述主电机组内电机进行调节；
所述从控制器用于接收所述主控制器发送的所述第三脉冲均值，根据所述第二脉冲均值和所述第三脉冲均值的第二偏差对从电机组内电机进行调节。
2.根据权利要求1所述的多电机同步驱动系统，其特征在于，
所述主控制器通过获取所述主电机组内每一主电机的输出脉冲以计算所有主电机的第一脉冲均值；
所述主控制器根据每一主电机的输出脉冲和所述第一脉冲均值之间的偏差分别计算对应主电机的占空比补偿值，并通过所述占空比补偿值对所述对应主电机的驱动信号进行补偿，以使所有主电机保持同步。
3.根据权利要求1所述的多电机同步驱动系统，其特征在于，
所述从控制器通过获取所述从电机组内每一从电机的输出脉冲以计算所有从电机的第二脉冲均值；
所述从控制器根据每一从电机的输出脉冲和所述第二脉冲均值之间的偏差分别计算对应从电机的占空比补偿值，并通过所述占空比补偿值对所述对应从电机的驱动信号进行补偿，以使所有从电机保持同步，并将所述第二脉冲均值传递给所述主控制器。
4.根据权利要求2所述的多电机同步驱动系统，其特征在于，还包括：
所述主控制器基于重复控制对每一主电机的占空比补偿值进行矫正，获得每一主电机的矫正占空比补偿值，并根据对应主电机的所述矫正占空比补偿值对驱动信号进行补偿。
5.根据权利要求3所述的多电机同步驱动系统，其特征在于，还包括：
所述从控制器基于重复控制对每一从电机的占空比补偿值进行矫正，获得每一从电机的矫正占空比补偿值，并根据对应从电机的所述矫正占空比补偿值对驱动信号进行补偿。
6.根据权利要求4或5所述的多电机同步驱动系统，其特征在于，所述基于重复控制对每一主电机或每一从电机的占空比补偿值进行矫正，包括：
对每一主电机或每一从电机的占空比补偿值进行延时处理。
7.根据权利要求6所述的多电机同步驱动系统，其特征在于，所述基于重复控制对每一主电机或每一从电机的占空比补偿值进行矫正，还包括：
对经延时处理后的输出信号进行相位补偿。
8.根据权利要求1所述的多电机同步驱动系统，其特征在于，所述主电机组的电机数目与所述从电机组的电机数目的差值小于等于1。
9.根据权利要求1所述的多电机同步驱动系统，其特征在于，所述电机为直流无刷电机。
10.根据权利要求1所述的多电机同步驱动系统，其特征在于，所述脉冲获取元件为霍尔传感器。
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