CN115940699A - 一种基于自动位置校正的双电机同步控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自动位置校正的双电机同步控制系统及方法。该系统包括驱动器、主电机、主电机旋转变压器、主减速机、主电动缸、从电机、从电机旋转变压器、从减速机、从电动缸、负载、负载编码器和用户上位机。方法为：首先建立负载编码器和电机位置对照表，存储在驱动器的存储单元中；然后驱动器加电后查询负载编码器的角度A在负载编码器和电机位置对照表里的值，作为主电机、从电机的当前位置；接着接收用户指令角度B并转化为负载编码器和电机位置对照表里的值，作为同步位置控制的目标位置；最后根据主电机、从电机的当前位置和目标位置，进行双电机位置环同步控制。本发明具有调试和维修简单、成本低、环境适应性强、可靠性高的优点。

Description

一种基于自动位置校正的双电机同步控制系统及方法

技术领域

本发明涉及交流伺服驱动器控制技术领域，特别是一种基于自动位置校正的双电机同步控制系统及方法。

背景技术

交流伺服驱动器广泛使用在各种自动控制系统中，如机床、机器人等民用领域，在军工领域也有较广的应用，如火炮随动系统、射控系统、雷达、天线、照射器系统等。在这些应用中，有采用两根电动缸推动同一个负载进行举升或翻倒运动的工作方式，这种工作方式需要两台电机同步运行，否则会使两根电动缸的长度不同，导致传动效率降低，严重时甚至会损坏传动机构和负载，所以此类应用采用双轴同步控制的方式。

目前常见的做法是用户上位机发送指令给驱动器，驱动器内包含控制电路、主功率放大电路和从功率放电电路，驱动器控制主电机和从电机进行运动，主电机反馈元件采用多圈绝对值编码器，从电机反馈元件采用多圈绝对值编码器，主电机运行带动主减速机，主减速机运行带动主电动缸伸或缩，从电机运行带动从减速机，从减速机运行带动从电动缸伸或缩，实际使用时，主电动缸和从电动缸同步驱动负载进行举升和翻倒动作，负载运行角度闭环使用安装在负载端的绝对值编码器。在安装电机时，需在负载水平零位处安装电机，电机安装前进行零位校正，使两台电机的编码器处于相同的初始绝对位置，再按照位置环同步控制的方式进行双电动缸同步控制。

这种方式的缺点在于，电机安装前负载需调整至水平零位，电机安装前需进行零位校正，而且在调试或使用过程中，不可避免会出现维修或维护电机的情况，电机需从负载上拆下后进行维修或更换，这一过程中，电机反馈绝对位置和负载角度对应关系发生了变化，电机在重新安装至负载前，需要对电机进行零位校正，并且需要将负载手动调整至零位处进行安装，这一过程会浪费大量的人力和时间，维修性低。电机采用多圈绝对值编码器作为反馈元件，成本较高，而且多圈绝对值编码器的抗冲击振动能力较差，耐高温能力较弱，影响系统经济型和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够自动校正位置、安装调试简单、维修性高、成本低、系统可靠性高的双电机同步控制系统及方法。

实现本发明能够目的的技术解决方案为：一种基于自动位置校正的双电机同步控制系统，包括驱动器、主电机、主电机旋转变压器、主减速机、主电动缸、从电机、从电机旋转变压器、从减速机、从电动缸、负载、负载编码器和用户上位机；

所述用户上位机连接驱动器，所述驱动器连接主电机和从电机，主电机和从电机分别连接主减速机和从减速机，主减速机和从减速机分别连接主电动缸和从电动缸，主电动缸和从电动缸均连接到负载；所述负载编码器安装在负载转轴上；所述主电机旋转变压器安装在主电机上，从电机旋转变压器安装在从电机上。

进一步地，所述驱动器包括控制电路、存储单元、主功率放大电路和从功率放大电路；

所述控制电路接收用户上位机的指令，以负载编码器的反馈确定负载的角度，以主电机旋转变压器和从电机旋转变压器的反馈，确定主电机和从电机的位置、速度、电角度，进行位置、速度和电流环的闭环控制；所述主功率放大电路用于驱动主电机运行，从功率放大电路用于驱动从电机运行。

进一步地，所述存储单元，用于存放负载编码器和电机位置对照表。

进一步地，所述主减速机和主电动缸组成主电机的传动机构，由主减速机降低主电机的转速，增大输出端的扭矩，驱动主电动缸做伸或缩运动；

所述从减速机和从电动缸组成从电机的传动机构，由从减速机降低从电机的转速，增大输出端的扭矩，驱动从电动缸做伸或缩运动；

所述主电动缸和从电动缸共同伸或缩运动，带动负载对应做出举升或翻倒的动作，并在到达用户指令位置后停止动作。

一种基于自动位置校正的双电机同步控制方法，包括以下步骤：

步骤1、根据用户使用需要，确定负载编码器和电机位置对照表的范围以及所需的精度；

步骤2、建立负载编码器和电机位置对照表，存储在驱动器的存储单元中；

步骤3、驱动器加电后检测负载编码器角度A，查询A角度在负载编码器和电机位置对照表里的值，将这个值作为主电机、从电机的当前位置a；

步骤4、驱动器接收用户指令角度B，将B角度转化为负载编码器和电机位置对照表里的值，作为同步位置控制的目标位置b；

步骤5、驱动器根据主电机、从电机的当前位置a和目标位置b，进行双电机位置环同步控制，到达目标位置b后停止。

进一步地，步骤1所述的根据用户使用需要，确定负载编码器和电机位置对照表的范围以及所需的精度，具体如下：

根据用户实际使用的负载角度C～D，确定建表的范围为F～G，F略小于C，G略大于D，建表的精度根据用户实际使用精度要求E°，每E°/2记录一个位置值。

进一步地，步骤2所述的建立负载编码器和电机位置对照表，存储在驱动器的存储单元中，具体如下：

将主电机、从电机分别安装至主减速机和从减速机上，安装前不需要进行位置较零，驱动器加电后以主电机、从电机当前位置为0，电机轴每转动一圈对应电机当前位置增加65536，进行位置控制；负载初始角度如大于F，则先使用双轴位置环同步功能，将负载调转至小于F角度的位置，再使用驱动器控制电机同步运行从小于F角度开始举升运行，超过G角度后停止运行，驱动器的控制电路自动记录每E°/2时的主电机位置值，写入驱动器的存储单元中。

进一步地，步骤3所述的驱动器加电后检测负载编码器角度A，查询A角度在负载编码器和电机位置对照表里的值，将这个值作为主电机、从电机的当前位置a，具体如下：

在使用过程中，驱动器每次上电时，检测负载编码器角度A，将负载编码器和电机位置对照表角度A对应的值a赋值给主电机、从电机，作为主电机、从电机的当前位置a。

进一步地，步骤4所述的驱动器接收用户指令角度B，将B角度转化为负载编码器和电机位置对照表里的值，作为同步位置控制的目标位置b；，具体如下：

驱动器在接收到用户的角度指令B后，查询B角度在负载编码器和电机位置对照表里的值，作为位置控制的目标位置b。

进一步地，步骤5所述的驱动器根据主电机、从电机的当前位置a和目标位置b，进行双电机位置环同步控制，到达目标位置b后停止，具体如下：

驱动器使用主电机旋转变压器、从电机旋转变压器的原始反馈值用作速度环、电流环的闭环控制，以主电机、从电机当前位置a用作位置环的闭环控制，同步控制主电机、从电机运行至目标位置b，使负载举升或翻倒至用户指令B角度位置处停止

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)仅需在首次调试时建立负载编码器和电机位置对照表，后续使用时，包括电机维修或维护后重装，不需要重复进行此步骤，节省了调试、维修的人力和时间，提高了驱动系统的维修性；(2)采用旋转变压器作为电机的反馈元件，降低了成本，增强了环境适应性，提高了系统的经济性和可靠性。

附图说明

图1是本发明一种基于自动位置校正的双电机同步控制系统的结构示意图。

图2是本发明一种基于自动位置校正的双电机同步控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施案例，对本发明进行进一步详细说明。

结合图1，本发明一种基于自动位置校正的双电机同步控制系统，包括驱动器1、主电机5、主电机旋转变压器17、主减速机7、主电动缸8、从电机9、从电机旋转变压器18、从减速机11、从电动缸12、负载13、负载编码器15和用户上位机14；

所述用户上位机14连接驱动器1，所述驱动器1连接主电机5和从电机9，主电机5和从电机9分别连接主减速机7和从减速机11，主减速机7和从减速机11分别连接主电动缸8和从电动缸12，主电动缸8和从电动缸12均连接到负载13；所述负载编码器15安装在负载13转轴上；所述主电机旋转变压器17安装在主电机5上，从电机旋转变压器18安装在从电机9上。

进一步地，所述驱动器1包括控制电路2、存储单元16、主功率放大电路3和从功率放大电路4；

所述控制电路2接收用户上位机14的指令，以负载编码器15的反馈确定负载13的角度，以主电机旋转变压器17和从电机旋转变压器18的反馈，确定主电机5和从电机9的位置、速度、电角度，进行位置、速度和电流环的闭环控制；所述主功率放大电路3用于驱动主电机5运行，从功率放大电路4用于驱动从电机9运行。

进一步地，所述存储单元16，用于存放负载编码器15和电机位置对照表。

进一步地，所述主减速机7和主电动缸8组成主电机5的传动机构，由主减速机7降低主电机5的转速，增大输出端的扭矩，驱动主电动缸8做伸或缩运动；

所述从减速机11和从电动缸12组成从电机9的传动机构，由从减速机11降低从电机9的转速，增大输出端的扭矩，驱动从电动缸12做伸或缩运动；

所述主电动缸8和从电动缸12共同伸或缩运动，带动负载13对应做出举升或翻倒的动作，并在到达用户指令位置后停止动作。

结合图2，一种基于自动位置校正的双电机同步控制方法，包括以下步骤：

步骤1、根据用户使用需要，确定负载编码器15和电机位置对照表的范围以及所需的精度，具体如下：

根据用户实际使用的负载角度C～D，确定建表的范围为F～G，F略小于C，G略大于D，建表的精度根据用户实际使用精度要求E°，每E°/2记录一个位置值。

步骤2、建立负载编码器15和电机位置对照表，存储在驱动器1的存储单元16中，具体如下：

将主电机5、从电机9分别安装至主减速机7和从减速机11上，安装前不需要进行位置较零，驱动器1加电后以主电机5、从电机9当前位置为0，电机轴每转动一圈对应电机当前位置增加65536，进行位置控制；负载13初始角度如大于F，则先使用双轴位置环同步功能，将负载13调转至小于F角度的位置，再使用驱动器1控制电机同步运行从小于F角度开始举升运行，超过G角度后停止运行，驱动器1的控制电路2自动记录每E°/2时的主电机5位置值，写入驱动器1的存储单元16中。

步骤3、驱动器1加电后检测负载编码器15角度A，查询A角度在负载编码器15和电机位置对照表里的值，将这个值作为主电机5、从电机9的当前位置a，具体如下：

在使用过程中，驱动器1每次上电时，检测负载编码器15角度A，将负载编码器15和电机位置对照表角度A对应的值a赋值给主电机5、从电机9，作为主电机5、从电机9的当前位置a。

步骤4、驱动器1接收用户指令角度B，将B角度转化为负载编码器15和电机位置对照表里的值，作为同步位置控制的目标位置b；，具体如下：

驱动器1在接收到用户的角度指令B后，查询B角度在负载编码器15和电机位置对照表里的值，作为位置控制的目标位置b。

步骤5、驱动器15根据主电机5、从电机9的当前位置a和目标位置b，进行双电机位置环同步控制，到达目标位置b后停止，具体如下：

驱动器1使用主电机旋转变压器17、从电机旋转变压器18的原始反馈值用作速度环、电流环的闭环控制，以主电机5、从电机9当前位置a用作位置环的闭环控制，同步控制主电机5、从电机9运行至目标位置b，使负载举升或翻倒至用户指令B角度位置处停止。

实施例1

本实施例使用本发明的系统，采用两套电机和传动装置共同驱动一个负载，电机反馈采用旋转变压器，负载使用角度为0°～80°，精度要求0.1°。电机安装后，使用软件设定负载编码器和电机位置对照表范围为-0.5°～80.5°，精度为0.05°，用户按照步骤2的方法使负载从-1°运行至82°，得到负载编码器和电机位置对照表数组的数据，并保存。重新加电后，驱动器根据负载角度，自动将负载编码器和电机位置对照表内对应位置作为两台电机的当前位置，用户上位机发送给定角度，驱动器能够控制两台电机同步位置环运行，到达指定角度，到位后精度可满足用户要求。调试过程中，将两台电机进行了拆、装试验，安装后，驱动系统加电后即能够正常工作，且到位精度可满足用户使用要求。

综上所述，本发明一种基于自动位置校正的双电机同步控制系统及方法，控制方法简单，安装、维修的过程方便，节省了调试、维修的人力和时间，采用旋转变压器作为电机的反馈元件，降低了成本，环境适应性强，提高了系统的维修性、经济性和可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施案例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于自动位置校正的双电机同步控制系统，其特征在于，包括驱动器(1)、主电机(5)、主电机旋转变压器(17)、主减速机(7)、主电动缸(8)、从电机(9)、从电机旋转变压器(18)、从减速机(11)、从电动缸(12)、负载(13)、负载编码器(15)和用户上位机(14)；

所述用户上位机(14)连接驱动器(1)，所述驱动器(1)连接主电机(5)和从电机(9)，主电机(5)和从电机(9)分别连接主减速机(7)和从减速机(11)，主减速机(7)和从减速机(11)分别连接主电动缸(8)和从电动缸(12)，主电动缸(8)和从电动缸(12)均连接到负载(13)；所述负载编码器(15)安装在负载(13)转轴上；所述主电机旋转变压器(17)安装在主电机(5)上，从电机旋转变压器(18)安装在从电机(9)上。

2.根据权利要求1所述的基于自动位置校正的双电机同步控制系统，其特征在于，所述驱动器(1)包括控制电路(2)、存储单元(16)、主功率放大电路(3)和从功率放大电路(4)；

所述控制电路(2)接收用户上位机(14)的指令，以负载编码器(15)的反馈确定负载(13)的角度，以主电机旋转变压器(17)和从电机旋转变压器(18)的反馈，确定主电机(5)和从电机(9)的位置、速度、电角度，进行位置、速度和电流环的闭环控制；所述主功率放大电路(3)用于驱动主电机(5)运行，从功率放大电路(4)用于驱动从电机(9)运行。

3.根据权利要求1所述的基于自动位置校正的双电机同步控制系统，其特征在于，所述存储单元(16)，用于存放负载编码器(15)和电机位置对照表。

4.根据权利要求1所述的基于自动位置校正的双电机同步控制系统，其特征在于，所述主减速机(7)和主电动缸(8)组成主电机(5)的传动机构，由主减速机(7)降低主电机(5)的转速，增大输出端的扭矩，驱动主电动缸(8)做伸或缩运动；

所述从减速机(11)和从电动缸(12)组成从电机(9)的传动机构，由从减速机(11)降低从电机(9)的转速，增大输出端的扭矩，驱动从电动缸(12)做伸或缩运动；

所述主电动缸(8)和从电动缸(12)共同伸或缩运动，带动负载(13)对应做出举升或翻倒的动作，并在到达用户指令位置后停止动作。

5.一种基于自动位置校正的双电机同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据用户使用需要，确定负载编码器(15)和电机位置对照表的范围以及所需的精度；

步骤2、建立负载编码器(15)和电机位置对照表，存储在驱动器(1)的存储单元(16)中；

步骤3、驱动器(1)加电后检测负载编码器(15)角度A，查询A角度在负载编码器(15)和电机位置对照表里的值，将这个值作为主电机(5)、从电机(9)的当前位置a；

步骤4、驱动器(1)接收用户指令角度B，将B角度转化为负载编码器(15)和电机位置对照表里的值，作为同步位置控制的目标位置b；

步骤5、驱动器(15)根据主电机(5)、从电机(9)的当前位置a和目标位置b，进行双电机位置环同步控制，到达目标位置b后停止。

6.根据权利要求5所述的基于自动位置校正的双电机同步控制方法，其特征在于，步骤1所述的根据用户使用需要，确定负载编码器(15)和电机位置对照表的范围以及所需的精度，具体如下：

根据用户实际使用的负载角度C～D，确定建表的范围为F～G，F略小于C，G略大于D，建表的精度根据用户实际使用精度要求E°，每E°/2记录一个位置值。

7.根据权利要求5所述的基于自动位置校正的双电机同步控制方法，其特征在于，步骤2所述的建立负载编码器(15)和电机位置对照表，存储在驱动器(1)的存储单元(16)中，具体如下：

将主电机(5)、从电机(9)分别安装至主减速机(7)和从减速机(11)上，安装前不需要进行位置较零，驱动器(1)加电后以主电机(5)、从电机(9)当前位置为0，电机轴每转动一圈对应电机当前位置增加65536，进行位置控制；负载(13)初始角度如大于F，则先使用双轴位置环同步功能，将负载(13)调转至小于F角度的位置，再使用驱动器(1)控制电机同步运行从小于F角度开始举升运行，超过G角度后停止运行，驱动器(1)的控制电路(2)自动记录每E°/2时的主电机(5)位置值，写入驱动器(1)的存储单元(16)中。

8.根据权利要求5所述的基于自动位置校正的双电机同步控制方法，其特征在于，步骤3所述的驱动器(1)加电后检测负载编码器(15)角度A，查询A角度在负载编码器(15)和电机位置对照表里的值，将这个值作为主电机(5)、从电机(9)的当前位置a，具体如下：

在使用过程中，驱动器(1)每次上电时，检测负载编码器(15)角度A，将负载编码器(15)和电机位置对照表角度A对应的值a赋值给主电机(5)、从电机(9)，作为主电机(5)、从电机(9)的当前位置a。

9.根据权利要求5所述的基于自动位置校正的双电机同步控制方法，其特征在于，步骤4所述的驱动器(1)接收用户指令角度B，将B角度转化为负载编码器(15)和电机位置对照表里的值，作为同步位置控制的目标位置b；，具体如下：

驱动器(1)在接收到用户的角度指令B后，查询B角度在负载编码器(15)和电机位置对照表里的值，作为位置控制的目标位置b。

10.根据权利要求5所述的基于自动位置校正的双电机同步控制方法，其特征在于，步骤5所述的驱动器(15)根据主电机(5)、从电机(9)的当前位置a和目标位置b，进行双电机位置环同步控制，到达目标位置b后停止，具体如下：

驱动器(1)使用主电机旋转变压器(17)、从电机旋转变压器(18)的原始反馈值用作速度环、电流环的闭环控制，以主电机(5)、从电机(9)当前位置a用作位置环的闭环控制，同步控制主电机(5)、从电机(9)运行至目标位置b，使负载举升或翻倒至用户指令B角度位置处停止。

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