CN115284072A - 一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统及其控制方法，包括龙门双驱模组和控制模块，龙门双驱模块包括工作台、第一导轨、第二导轨、第一驱动组件、第二驱动组件和横向运动杆，第一导轨和第二导轨分别安装在工作台的两侧纵梁上，第一驱动组件滑动安装在第一导轨上，第二驱动组件滑动安装在第二导轨上，横向运动杆的两端分别与第一驱动组件和第二驱动组件连接，第一驱动组件包括第一电机，第二驱动组件包括第二电机，第一电机和第二电机均为伺服电机，本发明通过获取主从轴的电机的速度环差值进行耦合控制，能够使第一电机和第二电机在维持同步的基础上进一步提高运动速度，达到快速反馈的效果。
Description
技术领域
本发明涉及精密机械控制技术领域，特别涉及一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统及其控制方法。
背景技术
龙门结构常用于精密器械加工中，从驱动种类上说龙门结构分为单驱和双驱两种,单驱指的是单侧驱动、对侧从动,其精密程度收到机械加工和运动控制的影响,而双驱指的是龙门两侧的轴均设置有电机驱动，一侧轴为主动轴，对侧轴则为从动轴，双驱的龙门结构相比于单驱的精密度更高。
在双驱的龙门结构中，从动轴驱动电机在运动时会成为主动轴驱动电机的负载，两侧驱动电机的速度不一致，进而导致运动承载轴弯曲，因此需要对主从轴的驱动电机进行耦合控制。
在现有技术中，常用的时基于位置环的交叉耦合控制，即对驱动电机进行三环控制，通过光栅编码器获取两侧驱动电机位置，再进行负反馈闭环控制。
上述现有技术方案存在以下缺陷：由于两侧速度不一致导致位置不同，导致电流补偿过大，进而影响节拍，即主从轴若要保持同步则移动速度较小；另一个问题是在停止时，由于位置补偿不为零，导致从轴作为一个负载，影响主轴的定位精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统及其控制方法，以解决上述现有技术存在的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统，包括龙门双驱模组和控制模块，所述龙门双驱模块包括工作台、第一导轨、第二导轨、第一驱动组件、第二驱动组件和横向运动杆，所述第一导轨和第二导轨分别安装在所述工作台的两侧纵梁上，所述第一驱动组件滑动安装在所述第一导轨上，所述第二驱动组件滑动安装在所述第二导轨上，所述横向运动杆的两端分别与所述第一驱动组件和第二驱动组件连接，所述第一驱动组件包括第一电机，所述第一电机为主动电机，所述第二驱动组件包括第二电机，所述第二电机为从动电机，所述第一电机和第二电机均为伺服电机；
所述控制模块分别与所述第一电机和第二电机连接，所述控制模块包括第一电流控制器、第一编码器、第一速度控制器、第二电流控制器、第二编码器、第二速度控制器和位置控制器，所述第一电机依次与所述第一电流控制器、第一速度控制器和位置控制器连接，所述第一电流控制器、第一速度控制器和位置控制器分别用于对第一电机进行电流环控制、速度环控制和位置环控制，所述第一编码器分别与所述第一电机和位置控制器连接，所述第二电机依次与所述第二电流控制器和第二速度控制器连接，所述第二电流控制器和第二速度控制器分别用于对第二电机进行电流环控制和速度环控制，所述第二编码器分别与所述第二电机和第二速度控制器连接。
通过采用上述技术方案，不同于现有技术的位置环耦合控制，第一电机和第二电机通过速度环差值耦合控制，能够保持两个电机在高速运动同时维持同步，且从轴的第二电机不单独设置位置环控制，取消位置补偿，从而避免主轴因从轴位置补偿导致的精度下降。
在进一步的实施例中，所述第一电流控制器和第二电流控制器均为PI控制器。
在进一步的实施例中，所述第一编码器和第二编码器均为光栅尺。
在进一步的实施例中，所述第一速度控制器为PI控制器，所述第二速度控制器的输入端与所述位置控制器的输出端连接，所述第二速度控制器用于获取所述第一电机和第二电机的速度环差值。
在进一步的实施例中，所述位置控制器为P控制器。
一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制方法，应用于一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统中，使用三环控制系统分别对第一电机和第二电机控制，根据第一电机和第二电机的速度环差值进行耦合控制。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统及其控制方法，通过获取主从轴的电机的速度环差值进行耦合控制，能够使第一电机和第二电机在维持同步的基础上进一步提高运动速度，达到快速反馈的效果；
2.本发明的控制系统中，作为主动轴驱动的第一电机设置了三环控制，编码器作为位置环反馈，而作为从动轴驱动的第二电机则取消位置环控制，取消位置补偿，从而避免主轴因从轴位置补偿导致的精度下降，此时编码器作为速度环反馈。
附图说明
图1是本发明系统中龙门双驱模组的结构示意图；
图2是本发明系统控制模块的控制模型图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图1中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定中心的方向。
实施例1：
本实施例提供了一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统，包括龙门双驱模组和控制模块，如图1所示，龙门双驱模块包括工作台、第一导轨、第二导轨、第一驱动组件、第二驱动组件和横向运动杆，第一导轨和第二导轨分别安装在工作台的两侧纵梁上，第一驱动组件滑动安装在第一导轨上，第二驱动组件滑动安装在第二导轨上，横向运动杆的两端分别与第一驱动组件和第二驱动组件连接，第一驱动组件也叫主动轴，第一驱动组件包括第一电机，第一电机为主动电机，第二驱动组件也叫从动轴，第二驱动组件包括第二电机，第二电机为从动电机。
龙门双驱模块应用于精密机械中，如半导体贴装封测机或高精度机械加工车床中，因此需要驱动件具备高精度要求，故第一电机和第二电机均为伺服电机。且为了满足高精度控制要求，电机控制采用伺服电机三环控制系统的方式，即电流环、速度环和位置环的三个负反馈闭环控制。
在本实施例中，对于第一电机和第二电机的控制要求还包括：第一电机和第二电机需要同步启动、运行和停止，且第一电机和第二电机要保持同步速度，避免横向运动杆发生偏移。为了满足控制要求，请参考图2的控制模型图，本实施例提供如下方案：
控制模块分别与第一电机和第二电机连接，控制模块包括第一电流控制器、第一编码器、第一速度控制器、第二电流控制器、第二编码器、第二速度控制器和位置控制器，通过上述器件，实现控制模块对第一电机和第二电机的交叉耦合控制，下面开始详细说明解释。
第一电流控制器、第一速度控制器和位置控制器构成第一电机的控制系统，第一电机依次与第一电流控制器、第一速度控制器和位置控制器连接，第一电流控制器、第一速度控制器和位置控制器分别用于对第一电机进行电流环控制、速度环控制和位置环控制，电流环控制、速度环控制和位置环控制从内至外，且均为负反馈闭环，第一编码器分别与第一电机和位置控制器连接。
其中，第一电流控制器为PI控制器，第一速度控制器为PI控制器，位置控制器为P控制器，第一编码器为光栅尺或者绝对值光栅编码器。
第二电流控制器和第二速度控制器构成第二电机的控制系统，第二电机依次与第二电流控制器和第二速度控制器连接，第二电流控制器和第二速度控制器分别用于对第二电机进行电流环控制和速度环控制，第二编码器分别与第二电机和第二速度控制器连接。
其中，第二电流控制器为PI控制器，第二速度控制器的输入端与位置控制器的输出端连接，第二速度控制器用于获取第一电机和第二电机的速度环差值，第二编码器为光栅尺或者绝对值光栅编码器。为了避免第二电机的位置补偿导致的误差，第二电机未设置位置控制器，即从轴的位置补偿跟主轴一致，在第二电机的控制系统中，第二编码器用于速度环的反馈。
本实施例提供的一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统，不同于现有技术的位置环耦合控制，第一电机和第二电机通过速度环差值耦合控制，能够保持两个电机在高速运动同时维持同步，且从轴的第二电机不单独设置位置环控制，取消位置补偿，从而避免主轴因从轴位置补偿导致的精度下降。
在本实施例中，还提供一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制方法，应用于上述的一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统中，使用三环控制系统分别对第一电机和第二电机控制，根据第一电机和第二电机的速度环差值进行耦合控制。
需要说明的是，本实施例中的未加说明的技术参数或方案，可视为现有技术，即本领域应用中常用技术手段，本是领域技术人员能够结合本说明书文本和附图复现的技术。
在本发明公开的实施例中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明公开的实施例中的具体含义。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统，包括龙门双驱模组和控制模块，其特征在于：所述龙门双驱模块包括工作台、第一导轨、第二导轨、第一驱动组件、第二驱动组件和横向运动杆，所述第一导轨和第二导轨分别安装在所述工作台的两侧纵梁上，所述第一驱动组件滑动安装在所述第一导轨上，所述第二驱动组件滑动安装在所述第二导轨上，所述横向运动杆的两端分别与所述第一驱动组件和第二驱动组件连接，所述第一驱动组件包括第一电机，所述第一电机为主动电机，所述第二驱动组件包括第二电机，所述第二电机为从动电机，所述第一电机和第二电机均为伺服电机；
所述控制模块分别与所述第一电机和第二电机连接，所述控制模块包括第一电流控制器、第一编码器、第一速度控制器、第二电流控制器、第二编码器、第二速度控制器和位置控制器，所述第一电机依次与所述第一电流控制器、第一速度控制器和位置控制器连接，所述第一电流控制器、第一速度控制器和位置控制器分别用于对第一电机进行电流环控制、速度环控制和位置环控制，所述第一编码器分别与所述第一电机和位置控制器连接，所述第二电机依次与所述第二电流控制器和第二速度控制器连接，所述第二电流控制器和第二速度控制器分别用于对第二电机进行电流环控制和速度环控制，所述第二编码器分别与所述第二电机和第二速度控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统，其特征在于：所述第一电流控制器和第二电流控制器均为PI控制器。
3.根据权利要求1所述的一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统，其特征在于：所述第一编码器和第二编码器均为光栅尺。
4.根据权利要求1所述的一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统，其特征在于：所述第一速度控制器为PI控制器，所述第二速度控制器的输入端与所述位置控制器的输出端连接，所述第二速度控制器用于获取所述第一电机和第二电机的速度环差值。
5.根据权利要求1所述的一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统，其特征在于：所述位置控制器为P控制器。
6.一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制方法，应用于权利要求1所述的一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统中，其特征在于：使用三环控制系统分别对第一电机和第二电机控制，根据第一电机和第二电机的速度环差值进行耦合控制。
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