一种双电机协同控制系统的制作方法

本实用新型属于电机驱动控制技术领域，具体涉及一种双电机协同控制系统。

背景技术：

现代机械装置中，常常需要对多个电机进行协同控制，其中最常见的是双电机协同控制。比如：装有两个独立动力轮、无差速器的小车，依靠两个轮子的同步转动实现直线行走，依靠两轮差速运动实现转弯。再比如驱动较长轴或柔性轴时采用的双电机同轴控制，要求两台电机高度同步运转。

现有双电机协同控制系统采用的是一个指令单元对两个电机驱动单元的系统结构，依靠两个指令的差异或同步来实现对两个电机的控制。在控制性能要求较高的场合，会引入位置差、速度差闭环调节，但这增加了指令复杂度，并且对指令频率要求很高，往往系统造价很高。尤其在多个动力轮驱动的车辆控制中，通常采用转矩控制方式，横向并排两个轮的转速同步性能直接影响车辆行驶方向的操控性能，如果依靠指令单元加入速度差闭环实现协同控制，两台驱动器反馈的速度信号会因为各自的晶体振荡器震荡频率之间精度的差别，产生一个无法检测和补偿的误差，理论上就无法实现真正的同步控制。实际应用中，如果两台驱动电机转速很高，这个误差就有可能较大。

综上所述，现有双电机控制方法存在以下缺陷：

1、系统结构复杂，影响可靠性；

2、驱动器间晶体振荡器频率之间的差异会影响协同控制性能；

3、实现位置差、速度差闭环调节的硬件要求和成本太高；

4、未考虑电机参数差异。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中协同控制指令复杂，系统造价高，容易产生误差和控制精度低的缺陷，而提供一种性价比高，系统结构简单、控制精度高的双电机协同控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双电机协同控制系统，其特征在于，包括：第一电机、用来测量所述第一电机转速和/或位置的第一电机传感器、第二电机、用来测量所述第二电机转速和/或位置的第二电机传感器和控制器，所述控制器包括主控芯片、电源模块、第一功率模块和第二功率模块；所述主控芯片接收第一电机传感器和第二电机传感器的信号以及第一电机和第二电机的电流反馈信号，并通过控制算法分别得到用来驱动第一电机和第二电机的多相PWM电压信号，所述电源模块为第一功率模块和第二功率模块提供母线电源，所述第一功率模块和第二功率模块分别接收所述多相PWM电压信号后根据电源模块提供的母线电源生成相应的多相电压信号分别驱动第一电机和第二电机。

进一步地，所述主控芯片得到的多相PWM电压信号分为U+、U-、V+、V-、W+和W-六路，所述第一功率模块和第二功率模块生成的多相电压信号为三相电压。

进一步地，所述第一电机传感器和第二电机传感器为位置传感器。

更进一步地，所述第一电机传感器和第二电机传感器为速度传感器。

相对于现有技术，本实用新型显而易见地具有以下有益效果：

1、系统结构简单，可靠性高；

2、消除了驱动器间晶体振荡器频率之间的差异，提高了协同控制性能；

3、方便实现位置差、速度差闭环调节，性价比高；

4、准确获得电机参数差异，控制精度高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的双电机协同控制系统；

图2是本实用新型实施例1位置控制框图；

图3是本实用新型实施例1位置控制流程图；

图4是本实用新型实施例1速度控制框图；

图5是本实用新型实施例1速度控制流程图；

图6是本实用新型实施例1转矩控制框图；

图7是本实用新型实施例1转矩控制流程图；

图8是本实用新型实施例2速度控制框图；

图9是本实用新型实施例2速度控制流程图；

图10是本实用新型实施例2转矩控制框图；

图11是本实用新型实施例2转矩控制流程图。

图中：11、第一电机，12、第二电机，21、第一电机传感器，211、第一位置传感器，212、第一速度传感器，22、第二电机传感器，221、第一位置传感器，222、第二速度传感器，3、控制器，31、主控芯片，32、电源模块，33、第一功率模块，34、第二功率模块，4、位置差处理器，5、微分器，6、速度差控制器，71、第一电流控制器，72、第二电流控制机器，8、转矩处理器，9、位置差控制器，10、速度差处理器。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示的双电机协同控制系统，包括：第一电机11、用来测量第一电机11转速和/或位置的第一电机传感器21、第二电机12、用来测量第二电机12转速和/或位置的第二电机传感器22和控制器3，控制器3包括主控芯片31、电源模块32、第一功率模块33和第二功率模块34；主控芯片31接收第一电机传感器21和第二电机传感器22的信号以及第一电机11和第二电机12的电流反馈信号，并通过控制算法分别得到用来驱动第一电机11和第二电机12的多相PWM信号，电源模块32为第一功率模块33和第二功率模块34提供母线电源，为主控芯片31提供弱电(如5V或3.3V)，第一功率模块33和第二功率模块34分别接收多相PWM电压信号后根据电源模块32提供的母线电源生成相应的多相电压信号分别驱动第一电机11和第二电机12。

具体地，主控芯片31通过控制算法分别获得用来驱动第一电机11的U1+、U1-、V1+、V1-、W1+和W1-六路PWM信号和用来驱动第二电机12的U2+、U2-、V2+、V2-、W2+和W2-六路PWM信号，分别传送给第一功率模块33和第二功率模块34；第一功率模块33根据电源模块32提供的母线电源和主控芯片31提供的PWM信号，生成U1、V1、W1三相电压信号驱动第一电机11；第二功率模块34根据电源模块32提供的母线电源和主控芯片31提供的PWM信号，生成U2、V2、W2三相电压信号驱动第二电机12。

本实用新型中的电机和电机传感器可为：直流有刷电机+编码器、永磁同步电机+三霍尔传感器、永磁电机+编码器和异步感应电机+编码器等。

实施例1

本实施例中第一电机传感器21和第二电机传感器22为位置传感器，分别对双电机的位置/位移、速度和转矩进行协同控制。

本实施例中，对第一电机11和第二电机12的电流分别进行闭环控制，对第一电机11和第二电机12的各自位置和速度不再分别进行闭环控制，而是对第一电机11和第二电机12之间的位置差和速度差进行闭环控制。

如图2和图3所示，对双电机的位置协同控制方法为：位置控制中断开始后，触发电流采样获得第一电机11的反馈电流I1_fb和第二电机12的反馈电流I2_fb，同时读取第一位置传感器211检测输出的反馈角位置θ1_fb和第二位置传感器221检测输出的反馈角位置θ2_fb；位置差处理器4根据反馈角位置θ1_fb和反馈角位置θ2_fb通过计算处理输出反馈位置/位移差ΔP_fb，经过微分器5计算后又输出反馈速度差ΔV_fb；位置差控制器9根据位置/位移指令P_ref和反馈位置/位移差ΔP_fb的差值ΔP通过计算输出速度差目标值ΔV；速度差控制器6根据速度差目标值ΔV和反馈速度差ΔV_fb的差值ΔV’通过计算输出电流差目标值ΔI1和ΔI2；第一电流控制器71根据电流差目标值ΔI1和反馈电流I1_fb的差值ΔI’1通过计算输出驱动电压ΔU1，再转化成PWM信号通过第一功率模块33驱动第一电机11；第二电流控制器72根据电流差目标值ΔI2和反馈电流I2_fb的差值ΔI’2通过计算输出驱动电压ΔU2，再转化成PWM信号通过第二功率模块34驱动第二电机12。

如图4和图5所示，双电机速度协同控制方法为：速度控制中断开始后，触发电流采样获得第一电机11的反馈电流I1_fb和第二电机12的反馈电流I2_fb，同时读取第一位置传感器211检测输出的反馈角位置θ1_fb和第二位置传感器221检测输出的反馈角位置θ2_fb；位置差处理器4根据反馈角位置θ1_fb和反馈角位置θ2_fb通过计算处理输出反馈位置/位移差ΔP_fb，经过微分器5计算后又输出反馈速度差ΔV_fb；速度差控制器6根据速度指令V_ref和反馈速度差ΔV_fb的差值ΔV通过计算输出电流差目标值ΔI1和ΔI2；第一电流控制器71根据电流差目标值ΔI1和反馈电流I1_fb的差值ΔI’1通过计算输出驱动电压ΔU1，再转化成PWM信号通过第一功率模块33驱动第一电机11；第二电流控制器72根据电流差目标值ΔI2和反馈电流I2_fb的差值ΔI’2通过计算输出驱动电压ΔU2，再转化成PWM信号通过第二功率模块34驱动第二电机12。

如图6和图7所示，双电机协同控制方法还包括转矩协同控制，第一电机传感器21和第二电机传感器22为位置传感器，双电机转矩协同控制方法为：转矩控制中断开始后，触发电流采样获得第一电机11反馈电流I1_fb和第二电机12反馈电流I2_fb，同时读取第一位置传感器211检测输出的反馈角位置θ1_fb和第二位置传感器221检测输出的反馈角位置θ2_fb；位置差处理器4根据反馈角位置θ1_fb和反馈角位置θ2_fb通过计算处理输出反馈位置差或位移ΔP_fb，经过微分器5计算后又输出反馈速度差ΔV_fb；转矩处理器8根据转矩指令T_ref和反馈速度差ΔV_fb计算处理输出电流目标值I_ref和速度目标值V_ref；速度差控制器6根据速度目标值V_ref和反馈速度差ΔV_fb的差值ΔV通过计算输出电流差目标值ΔI1和ΔI2；第一电流控制器71根据电流目标值I_ref、电流差目标值ΔI1和反馈电流I1_fb的计算值ΔI’1通过计算输出驱动电压ΔU1，再转化成PWM信号通过第一功率模块驱动第一电机11；第二电流控制器72根据电流目标值I_ref、电流差目标值ΔI2和反馈电流I2_fb的计算值ΔI’2通过计算输出驱动电压ΔU2，再转化成PWM信号通过第二功率模块34驱动第二电机12。

实施例2

本实施例中，第一电机传感器21和第二电机传感器22为速度传感器，如图8和图9所示，双电机速度协同控制方法为：速度控制中断开始后，触发电流采样获得第一电机11的反馈电流I1_fb和第二电机12的反馈电流I2_fb，同时读取第一速度传感器212检测输出的反馈速度V1_fb和第二速度传感器222检测输出的反馈速度V2_fb；速度差处理器10根据反馈速度V1_fb和反馈速度V2_fb通过计算处理输出反馈速度差ΔV_fb；速度差控制器6根据速度指令V_ref和反馈速度差ΔV_fb的差值ΔV通过计算输出电流差目标值ΔI1和ΔI2；第一电流控制器(71)根据电流差目标值ΔI1和反馈电流I1_fb的差值ΔI’1通过计算输出驱动电压ΔU1，再转化成PWM信号通过第一功率模块33驱动第一电机11；第二电流控制器72根据电流差目标值ΔI2和反馈电流I2_fb的差值ΔI’2通过计算输出驱动电压ΔU2，再转化成PWM信号通过第二功率模块34驱动第二电机12。

如图10和图11所示，双电机转矩协同控制方法为：转矩控制中断开始后，触发电流采样获得第一电机11的反馈电流I1_fb和第二电机12的反馈电流I2_fb，同时读取第一速度传感器212检测输出的反馈速度V1_fb和第二速度传感器222检测输出的反馈速度V2_fb；速度差处理器10根据反馈速度V1_fb和反馈速度V2_fb通过计算处理输出反馈速度差ΔV_fb；转矩处理器8根据转矩指令T_ref和反馈速度差ΔV_fb计算处理输出电流目标值I_ref和速度目标值V_ref；速度差控制器6根据速度目标值V_ref和反馈速度差ΔV_fb的差值ΔV通过计算输出电流差目标值ΔI1和ΔI2；第一电流控制器71根据电流目标值I_ref、电流差目标值ΔI1和反馈电流I1_fb的计算值ΔI’1通过计算输出驱动电压ΔU1，再转化成PWM信号通过第一功率模块33驱动第一电机11；第二电流控制器72根据电流目标值I_ref、电流差目标值ΔI2和反馈电流I2_fb的计算值ΔI’2通过计算输出驱动电压ΔU2，再转化成PWM信号通过第二功率模块34驱动第二电机12。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。