CN108712115A - 一种双电机位置同步控制策略研究设计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机位置同步控制策略研究设计，属于多电机协调同步控制技术领域。本控制算法在转速电流双闭环的基础上增加一位置环与位置同步环。所述位置环的给定是通过斜坡方式给定，包含频率给定和初始相位给定。所述位置环的反馈是两台电机所带负载位置的均值。所述同步环的给定是通过阶跃方式给定，所述同步环的反馈是两台电机所带负载位置的差值。所述同步环的输出作为位置补偿到转速环，一台电机为正补偿，另一台电机为负补偿。本发明的控制算法实现了对两电机位置的初始相位，位置差以及转速的控制，且动态性能较好。

Description

一种双电机位置同步控制策略研究设计

技术领域

本发明公开了一种双电机位置同步控制策略研究设计，属于多电机同步控制技术领域。

背景技术

多电机同步控制是高转速、高精度电驱系统的核心技术之一，其应用已涉及航空航天，现代工业伺服机器人等多个领域。多电机的同步控制技术分为机械同步控制方式和电同步控制方式。机械同步控制方式是指通过齿轮、链条、皮带等机械部件作为中间衔接的传动装置。这种机械传动方式，结构复杂，且在传送过程中会有较大的功率损耗。现代电驱系统正逐步趋向高集成度、高精度的方向发展，机械同步控制方式已远远满足不了这一要求。因此，电同步控制方式被广泛应用。

多电机同步控制一般分为以下几类：(1)严格同步：即要求所有电机在整个运行过程中都要保持相同的转速，即使系统出现扰动，也要在很短的时间内恢复同步转速；(2)等比例同步：这种同步方式并不要求所有电机保持相同的转速运行，而是要以某一转速比值恒定运行，即ω₁＝kω₂；(3)差值同步：顾名思义，这种同步方式是保持两两电机之间的转速差值恒定，即c＝ω₁-ω₂。

对于某类特殊的负载，需保持两电机所带负载位置以某一恒定差值来稳定运行，从转速同步角度出发，需依赖于超高的转速精度，然而这种转速精度就目前所有位置传感器的精度都是很难达到的。另外，齿轮、滚珠丝杠等减速器机构的减速比也需严格保证，显然，在机械上是不可能保证这类中间传动装置的精度。

发明内容

本发明正是思及于此，提出了一种双电机位置同步控制策略，使得两电机所带负载的位置以某一恒定差值稳定运行，且精度较高，并将此控制算法扩展到多电机的同步控制，仍能保证不同电机之间以各自的位置差值稳定运行，且精度较高。

本发明提出了一种双电机位置同步控制策略，在传统的转速电流双闭环的基础上增加一位置环，所述位置环反馈是两侧电机负载位置的均值，其输出闭到转速环；增加一位置同步环(以下简称同步环)，其输出闭到转速差环(以下简称转差环)，所述转差环反馈是两电机的转速差值，其输出闭到电流环。

本发明一具体实施例中，优选的，所述位置环给定为斜坡信号输入，包含了频率和初始相位的给定，所述位置环的反馈是两电机所带负载的位置均值。

本发明一具体实施例中，优选的，所述同步环是控制电机所带负载位置以恒定差值稳定运行，其输出是两侧负载位置的差值，其作为位置补偿信号闭到转速环，其中#1电机为正补偿，#2电机为负补偿。

本发明一具体实施例中，优选的，所述转差环是为了控制电机转速尽可能同步，转速脉动尽可能减小，并将其作为同步环与电流环的中间环路，即同步环输出作为转差环给定，转差环输出作为电流环给定，其中#1电机电流环为正给定，#2电机电流为负给定。

本发明一具体实施例中，优选的，所述同步环输出作为位置补偿信号闭到电流环，其中#1电机为正补偿，#2电机为负补偿。

本发明一具体实施例中，优选的，所述的双电机位置同步控制策略对多电机位置同步控制仍适用。位置环的反馈为n个电机位置反馈的均值，#1电机同步环输出作为位置补偿信号，其中作为正补偿到#1电机的电流环或转速环，作为负补偿到#2电机的电流环或转速环；#2电机同步环输出作为位置补偿信号，其中作为正补偿到#2电机的电流环或转速环，作为负补偿到#3电机的电流环或转速环；以此类推，#n电机同步环输出作为位置补偿信号，其中作为正补偿到#n电机的电流环或转速环，作为负补偿到#1电机的电流环或转速环。

有益效果，本发明所提出的一种双电机同步控制策略，能控制两电机的负载位置保持一恒定差值稳定运行，且精度高，动态响应好。另外，将这种双电机同步控制策略扩展到多电机的同步控制仍然适用。

为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为双电机位置同步控制示意图；

图2为多电机位置同步控制示意图；

图3为双电机负载位置同步控制框图(位置同步环闭到转速环)；

图4为双电机负载位置同步控制框图(位置同步环闭到转差环)；

图5为双电机负载位置同步控制框图(位置同步环闭到电流环)；

图6为多电机负载位置同步控制框图；

图7为双电机负载位置同步控制仿真图-位置给定与反馈波形；

图8位双电机负载位置同步控制仿真图-两电机实际转速波形；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需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。

如图1所示，为双电机负载位置同步控制示意图，供电电源系统为直流供电，直流母线电压经过逆变器逆变成交流电通入电机的三相绕组给电机供电，两电机分别去驱动作动器运行，中间再经过传动装置带动负载运行。

如图2所示，为多电机负载位置同步控制示意图，所有驱动器由同一个直流母线电压供电，再经过各自的逆变器逆变成交流电通入电机的三相绕组给电机供电，电机再去驱动各自的作动器，经过传动装置带各自负载运行。

如图3所示，为双电机负载位置同步控制框图，电流环为直流母线电流控制。转速环反馈是通过检测电机转子霍尔位置信号，并经过转速计算得到电机的实际转速。位置环通过检测负载位置，并将两负载位置的均值作为位置环的反馈。同步环输出作为转速环的给定，#1电机为正给定，#2电机为负给定。

如图4所示，为双电机负载位置同步控制框图，同步环输出作为转差环的给定，转差环的输出作为电流环的给定，#1电机电流环为正给定，#2电机电流环为负给定。

如图5所示，为双电机负载位置同步控制框图，同步环输出作为电流环给定，其中#1电机电流环为正给定，#2电机电流环为负给定。

如图6所示，为多电机负载位置同步控制框图，位置环反馈为n个电机所带负载位置均值。对于同步环，上述三种适用于双电机负载位置同步控制的闭环方式对多电机同步控制同一适用，在此只给出了同步环闭到转速环的控制方式。#1电机同步环输出作为#1电机转速环的正给定，作为#2电机的负给定；#2电机同步环输出作为#2电机转速环的正给定，作为#3电机的负给定，以此类推，#n电机同步输出作为#n电机转速环的正给定，作为#1电机的负给定。

如图7所示，为双电机负载位置同步控制位置给定与位置反馈仿真波形，将位置给定视为相位给定，并将其正弦环，归一化得到如图所示的波形图。不同相位差给定，可以得到不同幅值的正弦波输出。在3s和6s时分别改变初始相位，由图可得初始相位很快跟上给定，且精度较高。

如图8所示，为双电机负载位置同步控制两电机的转速波形，在3s和6s改变初始相位，转速会有微小的变化，这种变化是为了改变当前初始相位，来跟上给定相位，由图可以看出，动态响应较好。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (6)

1.一种双电机位置同步控制策略，其特征在于在电流转速环的基础上增加一位置环来实现对两台电机的频率和相位控制，并增加一同步环来实现两电机位置以某一恒定差值来稳定运行。

2.如权利要求1所述的一种双电机位置同步控制策略，所述的位置环是闭到转速环，位置给定为斜坡给定，包含频率和初始相位给定；位置反馈是两台电机的位置均值。

3.如权利要求1所述的一种双电机位置同步控制策略，所述的同步环是作为位置补偿闭到转速环，其中一台电机为正补偿，另一台电机为负补偿，同步环反馈是两台电机的位置差值。

4.如权利要求1所述的一种双电机位置同步控制策略，所述的同步环作为位置补偿闭到电流环，其中一台电机作为正补偿，另一台电机作为负补偿，同步环反馈是两台电机的位置差值。

5.如权利要求4所述的一种双电机位置同步控制策略，在所述的同步环基础上增加一转差环，同步环输出到转差环，转差环输出到电流环，同步环反馈是两台电机的位置差信号，转差环反馈是两台电机的转速差值信号。

6.如权利要求1所述的一种双电机位置同步控制策略，扩展到多电机的同步控制，位置环反馈是n个电机的位置均值，#1电机的同步环反馈是Δθ₁＝θ₁-θ₂，其输出作为位置补偿信号闭到转速环，其中#1电机为正补偿，#2电机为负补偿；#2电机的同步环反馈是Δθ₂＝θ₂-θ₃，其输出作为位置补偿信号闭到转速环，其中#2电机为正补偿，#3电机为负补偿，以此类推，#n电机的同步环反馈是Δθ_n＝θ_n-θ₁，其输出作为位置补偿信号闭到转速环，其中#n电机为正补偿，#1电机为负补偿。