一种双电机同轴驱动消隙控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双电机同轴驱动消隙控制系统，包括上位机、主电机驱动器、从电机驱动器、第一电机、第二电机、第一机械传动链以及第二机械传动链；所述上位机分别经过现场总线与主电机驱动器和从电机驱动器相连，主电机驱动器经过第一电机与第一机械传动链相连，从电机驱动器经过第二电机与第二机械传动链相连，第一、第二机械传动链分别接入系统所驱动的负载。本实用新型在数字化控制的电机驱动器中增加消隙控制环节，实现通用电机驱动器的双电机同轴驱动消隙控制，可根据需要方便设定消隙力矩的大小，将双电机的速度反馈信号接入控制回路中，避免差速震荡问题。
【专利说明】一种双电机同轴驱动消隙控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型公开了一种双电机同轴驱动消隙控制系统，涉及双电机同轴驱动控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在基于机械传动控制系统中，传动链非线性齿隙的存在不仅影响控制系统动态性能也同时影响系统的定位精度。因此，在高精度定位精度控制领域，为提高控制精度需要消除传动链齿隙。现有技术主要采用两种方法:机械消隙和双电机同轴驱动进行消隙。
[0003]中国专利申请号:CN201210022983.X,申请日:2012年I月11日，专利名称为:消隙齿轮，该实用新型涉及一种消隙齿轮，由纵分的齿轮片和消隙机构组成。在齿轮啮合时，利用消隙机构对外侧齿轮片产生周向推力，使中间齿轮片与外侧齿轮片发生错齿，在传动中消除了传动间隙。机械消隙方法的不足之处在于，该方法是在传动链中增加机械消隙机构，使传动机构设计复杂，调试难度增加。随着控制技术的不断发展，机械消隙的方法越来越少。
[0004]双电机同轴驱动消隙控制基本原理是基于力矩补偿的原理完成，控制电机消隙方法之一如中国专利申请号:CN201010185282.9，申请日:2010年5月28日，专利名称为:一种双电机驱动消隙装置及消隙方法，该专利消隙方法其特别之处在于:通过电机控制系统的控制作用，在第一电机和第二电机运行的过程中，始终保持第一电机的输出力矩与第二电机的输出力矩之差为一恒定值。这种消隙方法的特点回避了两台驱动器之间的数据交换，使用简单，无需增加任何硬件。此方法的不足之处在于，该方法是在两电机设置固定消隙力矩，不仅损失电机驱动功率，同时由于固定消隙力矩大小相等、方向相反，因此影响双电机的同步性能。
[0005]控制电机消隙方法二如中国专利申请号:CN200920232354.3，申请日:2009年9月29日，专利名称为:交流伺服系统双机电消隙控制装置，该专利消隙方法其特别之处在于:在两组交流驱动器之间连接一消隙控制电路；消隙控制电路包括一个电流求和装置、一个能将电流信号转变为一个按力矩关系曲线调整的偏置电压信号的函数发生器，依据力矩曲线关系调整消隙力矩。这种消隙方法没有上述控制电机消隙方法之一的缺点，采用模拟消隙电路完成消隙控制，不足之处在于，该方法是在两电机驱动器之间专门设计一消隙电路，增加硬件成本和安装空间，同时这种方法实际调试较为复杂。
[0006]目前随着控制技术的不断发展，电机驱动器智能化、数字化程度越来越高，可根据应用需求在通用电机驱动器提供基本功能基础上进行适当连接和二次编程，完成不同的应用需求。
实用新型内容
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是:针对现有技术的缺陷，提供一种双电机同轴驱动消隙控制系统，增加消隙控制环节，实现通用电机驱动器的双电机同轴驱动消隙控制，并可根据需要方便设定消隙力矩的大小，且将双电机的速度反馈信号同时接入的控制回路中，避免双电机同轴驱动常见的差速震荡问题。
[0008]本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0009]一种双电机同轴驱动消隙控制系统，包括上位机、主电机驱动器、从电机驱动器、第一电机、第二电机、第一机械传动链以及第二机械传动链；所述上位机分别经过现场总线与主电机驱动器和从电机驱动器相连，主电机驱动器经过第一电机与第一机械传动链相连，从电机驱动器经过第二电机与第二机械传动链相连，第一、第二机械传动链分别接入系统所驱动的负载。
[0010]作为本实用新型的进一步优选方案，所述上位机包括第一现场接口 ；所述主电机驱动器包括第二现场接口、第一高速输出通信口、第一高速输入通信口、信号调理模块、速度回路、第一消隙控制模块、第一速度反馈模块、第一力矩回路和第一附加力矩模块；所述从电机驱动器包括第三现场接口、第二高速输入通信口、第二高速输出通信口、第二速度反馈模块、第二消隙控制模块、第二附加力矩模块和第二力矩回路；
[0011]上位机的第一现场接口经过现场总线分别与主电机驱动器中的第二现场接口和从电机驱动器中的第三现场接口相连；主电机驱动器通过第一高速输出通信口与从电机驱动器的第二高速输入通信口相连接；从电机驱动器通过第二高速输出通信口与主电机驱动器的第一高速输入通信口相连接；
[0012]第一电机经过第一速度反馈模块与信号调理模块相连，第二电机与信号调理模块相连接，信号调理模块与速度回路的输入端相连接，速度回路的输出端分别与第一消隙控制模块和第一力矩回路的第一输入端相连接，第一消隙控制模块的输出端经过第一附加力矩模块和第一力矩回路的第二输入端相连接，第一力矩回路的输出端与第一电机相连接；
[0013]速度回路的输出端还依次经过主电机驱动器的第一高速输出通信口、第二高速输入通信口后分别与第二力矩回路的第一输入端和第二消隙控制模块的输入端相连接，第二消隙控制模块的输出端经过第二附加力矩模块与第二力矩回路的第二输入端相连接，第二力矩回路的输出端和第二电机相连接。
[0014]作为本实用新型的进一步优选方案，所述上位机为PLC、工业控制计算机或DSP控制器中的一种。
[0015]本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0016](I)本实用新型的系统通过在主从驱动器中增加消隙控制环节，从而减少了两台电机驱动器之间的数据交换数量，利用双电机驱动的现有硬件系统实现同轴驱动消隙控制。
[0017](2)本实用新型的系统在消隙控制环节采用双电机同轴驱动时利用状态法产生需要的消隙力矩大小，容易在现有的数字化电机驱动中实现。
[0018](3)本实用新型的系统在双电机同轴控制系统设置了双电机和速反馈，可有效防止双电机同轴驱动系统差速震荡。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的双电机同轴驱动消隙控制系统组成示意图；
[0020]图2为本实用新型的控制系统上位机及电机驱动器之间信息通信连接示意图；
[0021]图3为本实用新型的主电机驱动器内部控制流程示意图；
[0022]图4为本实用新型的从电机驱动器内部控制流程示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:
[0024]附图1是一种双电机同同轴驱动消隙控制系统组成示意图，它包括上位机，所述上位机可选用如PLC、工业控制计算机或DSP等控制器均可以实现，本实例选用PLC作为上位机；主电机驱动器、从电机驱动器，所选择的主电机驱动器和从电机驱动器，可以选择通用的电机驱动器，但是必须具备如下三种功能:1.可设置速度控制模式或力矩控制模式，2具备可编程运算的二次开发能力，3.具备用于主从同步控制的高速通讯口，本实用新型以文献“9300标准型伺服控制器在针梳机上的应用”(文献纺织机械，2007年5月)介绍的通用电机驱动器为例说明实现方法);第一电机；第二电机；第一机械传动链；第二机械传动链。
[0025]上位机产生运动控制的轨迹，通过现场总线实现对主电机驱动器的控制，同时主电机驱动器、从电机驱动器通过现场总线向上位机传输运行状态信息，主电机驱动器中完成双电机同轴驱动控制系统速度回路控制功能，同时完成消隙控制功能；从电机驱动器仅完成消隙控制功能；主电机驱动器与第一电机及从电机驱动器与第二电机是常规连接，在此不再赘述；第一电机通过第一机械传动链驱动负载，第二电机通过第二机械传动链驱动负载，实现第一电机和第二电机共同同轴驱动负载。
[0026]附图2为两台电机驱动器及上位机信息通信连接关系示意图，上位机中的第一现场总线与主电机驱动器中的第二现场总线及从电机驱动器中的第三现场总线相连，用于传输上位机中速度命令信息，同时主电机驱动器通过第二现场总线以及从电机驱动器通过现场总线向上位机发送状态信息，这是多电机控制中的常规应用。主电机驱动器通过高速通讯输出口与从电机驱动器的高速通讯输入口连接，用于传输速度回路的输出；主电机驱动器通过高速通讯输入口与从电机驱动器的高速通讯输出口连接，用于传输从电机驱动器的实际转速。
[0027]附图3为主电机驱动器的内部控制信号流程图，主电机驱动器通过第二现场总线接收上位机传输的速度指令，信号调理模块通过高速通讯输入口接收从电机驱动器高速通讯输出口传输的从电机驱动器的实际转速信号，同时接收第一速度反馈，信号调理模块将这两个实际转速信号求和后除以2，作为主电机驱动器速度回路的输入。速度回路输出送给主电机驱动器的第一力矩回路，同时送给第一消隙控制，第一消隙控制的输出通过第一附加力矩传输给第一力矩回路，实现对第一电机的控制；速度回路输出通过主电机驱动器的高速通讯输出口输出。
[0028]附图4为从电机驱动器的内部控制信号流程图，第二力矩回路通过高速通讯输入口接收主电机驱动器传输来速度回路的输出信号，第二消隙控制也接收主电机驱动器传输来速度回路的输出信号，消隙控制模块输出信号通过第二附加力矩传输给第二力矩回路，实现对第二电机的控制。
[0029]上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
【权利要求】
1.一种双电机同轴驱动消隙控制系统，其特征在于:包括上位机、主电机驱动器、从电机驱动器、第一电机、第二电机、第一机械传动链以及第二机械传动链；所述上位机分别经过现场总线与主电机驱动器和从电机驱动器相连，主电机驱动器经过第一电机与第一机械传动链相连，从电机驱动器经过第二电机与第二机械传动链相连，第一、第二机械传动链分别接入系统所驱动的负载。
2.如权利要求1所述的一种双电机同轴驱动消隙控制系统，其特征在于:所述上位机包括第一现场接口 ；所述主电机驱动器包括第二现场接口、第一高速输出通信口、第一高速输入通信口、信号调理模块、速度回路、第一消隙控制模块、第一速度反馈模块、第一力矩回路和第一附加力矩模块；所述从电机驱动器包括第三现场接口、第二高速输入通信口、第二高速输出通信口、第二速度反馈模块、第二消隙控制模块、第二附加力矩模块和第二力矩回路； 上位机的第一现场接口经过现场总线分别与主电机驱动器中的第二现场接口和从电机驱动器中的第三现场接口相连；主电机驱动器通过第一高速输出通信口与从电机驱动器的第二高速输入通信口相连接；从电机驱动器通过第二高速输出通信口与主电机驱动器的第一高速输入通信口相连接； 第一电机经过第一速度反馈模块与信号调理模块相连，第二电机与信号调理模块相连接，信号调理模块与速度回路的输入端相连接，速度回路的输出端分别与第一消隙控制模块和第一力矩回路的第一输入端相连接，第一消隙控制模块的输出端经过第一附加力矩模块和第一力矩回路的第二输入端相连接，第一力矩回路的输出端与第一电机相连接； 速度回路的输出端还依次经过主电机驱动器的第一高速输出通信口、第二高速输入通信口后分别与第二力矩回路的第一输入端和第二消隙控制模块的输入端相连接，第二消隙控制模块的输出端经过第二附加力矩模块与第二力矩回路的第二输入端相连接，第二力矩回路的输出端和第二电机相连接。
3.如权利要求1所述的一种双电机同轴驱动消隙控制系统，其特征在于:所述上位机为PLC、工业控制计算机或DSP控制器中的一种。
【文档编号】H02P5/46GK203984282SQ201420203069
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】万其, 陈桂, 汤玉东, 刘汉忠, 王建红 申请人:南京工程学院