专利名称：多电机交叉耦合同步控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种多电机交叉耦合同步控制系统。
背景技术：
多电机的同步控制方法一般分为非耦合方式与耦合方式，非耦合的同步控制方式目前常用的有主令参考同步方式和主从同步方式。非耦合主令参考同步控制方式中，各个电机传动单元同享给定信号，即主令参考信号。主令参考信号直接作用到每个单元的电机上，使每个单元获得一致的输入信号。各单元的输入信号仅受参考信号的影响，所以任一单元的扰动不会影响其它单元的工作状态。这就出现两种情况一是当各个单元的跟随性能相似而且任何单元电动机都没有受到大的 扰动时，该方案能够较好地实现同步功能；另一种情况是当某一单元发生扰动时，系统的同步就得不到保证。该方式与机械总轴方式相比，失去了各个电机之间的相互耦合环节，因而失出了机械总轴协调方式的固有协调特性，从而影响系统的正常运行。目前在同步控制的理论研究上己经采用了很多先进的控制方法，都取得了一些成果，但由于交流伺服电机非线性、特性的不匹配性、转矩有界性、负载和跟踪曲线的不确定性及其非线性等等这些关键问题的存在，特别是在高速高精度下如何获得系统的高品质与稳定的鲁棒性，目前的控制方法并未从根本上解决交流伺服电机的同步控制问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述同步控制方案无法从根本上解决交流伺服电机的同步控制的问题，提供一种多电机交叉耦合同步控制系统及方法。本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种多电机交叉耦合同步控制系统，用于实现两个伺服控制单元的同步控制，所述两个伺服控制单元分别用于控制不同伺服电机转动且每一所述伺服控制单元包括位置控制子单元、速度控制子单元以及电流控制子单元；所述系统包括应力检测单元以及应力交叉耦合控制单元；所述应力检测单元，用于检测龙门横梁上两个转轴处的应力；所述应力交叉耦合控制单元，用于根据所述应力检测单元测得的两个应力对两个伺服控制单元的电流控制子单元进行电流补偿。在本发明所述的多电机交叉耦合同步控制系统中，所述应力检测单元包括分别安装在龙门横梁的两个转轴处的应力传感器，所述应力交叉耦合控制单元包括第一 PID调节子单元，该第一 PID调节子单元采用PID控制算法计算电流补偿的补偿值。在本发明所述的多电机交叉耦合同步控制系统中，所述系统还包括位置交叉耦合控制单元，用于根据各转轴的反馈位置信息对每一伺服控制单元的速度控制单元进行速度补偿。在本发明所述的多电机交叉耦合同步控制系统中，所述位置交叉耦合控制单元包括第二 PID调节子单元，用于根据两个转轴的反馈位置信息并使用PID控制算法计算速度补偿的补偿值。
在本发明所述的多电机交叉耦合同步控制系统中，所述位置交叉耦合控制单元包括位置差判断单元，用于在两个转轴的位置差超过设定的最大极限值时使伺服控制单元控制两个伺服电机停机，并在转轴的位置差小于安全值时使取消速度补偿。本发明还提供一种多电机交叉耦合同步控制方法，用于实现两个伺服控制单元的同步控制，所述两个伺服控制单元分别用于控制不同伺服电机转动且每一所述伺服控制单元包括位置控制子单元、速度控制子单元以及电流控制子单元；所述方法包括以下步骤(a)检测龙门横梁上两个转轴处的应力；(b)根据测得的两个应力对两个伺服控制单元的电流环进行电流补偿。在本发明所述的多电机交叉耦合同步控制方法中，所述电流补偿的补偿值计算采用PID控制算法。在本发明所述的多电机交叉耦合同步控制方法中，所述方法还包括根据各转轴 的反馈位置信息对每一伺服控制单元的速度环进行速度补偿。在本发明所述的多电机交叉耦合同步控制方法中，所述速度补偿的补偿值计算采用PID控制算法。在本发明所述的多电机交叉耦合同步控制方法中，所述速度补偿之前包括判断两个转轴的位置差的值，在所述位置差的值超过设定的最大极限值时使伺服控制单元控制两个伺服电机停机，并在所述位置差的值小于安全值时取消速度补偿。本发明的多电机交叉耦合同步控制系统及方法，通过龙门横梁的应力检测进行转矩调整，可减小同步控制中轴与轴之间的绝对位置的偏差。并且本发明结合位置交叉耦合调整，具有更好的鲁棒性。
图I是本发明多电机交叉耦合同步控制系统第一实施例的示意图。图2是本发明多电机交叉耦合同步控制系统第二实施例的示意图。图3是本发明多电机交叉耦合同步控制方法第一实施例的流程图。图4是本发明多电机交叉耦合同步控制方法第二实施例的流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。参考图1，驱动系统由伺服控制单元10与电机14构成，其中电机14带动丝杆作用于工件(对象物)上，完成相应操作。伺服控制单元10从上位控制装置或上位控制模块获取位置指令，进行位置闭环处理、速度闭环处理及电流闭环处理。具体地，位置控制子单元11从位置指令中减去反馈值，求出位置偏差，将该位置偏差乘以位置增益，进行位置闭环控制，求出速度指令；速度控制子单元12从上述速度指令中减去速度反馈值，求出速度偏差，进行比例、积分控制等速度闭环处理，求出转矩指令(电流指令)；电流控制子单元13从上述转矩指令中减去电流反馈值，进行电流闭环处理，求出各相的电压指令，进行PWM (pulsewidth modulation)等,从而实现对电机14的驱动控制。
如图I所示，是本发明多电机交叉耦合同步控制系统第一实施例的示意图。在本实施例中，该系统包括应力检测单元15以及应力交叉耦合控制单元16，其中应力检测单元15可通过两个分别安装在龙门横梁的两个转轴处的应力传感器17获得应力检测值。特别地，上述应力检测单元15以及应力交叉耦合控制单元16可集成到其中一个伺服控制单元10，或者也可以位于一个独立的控制装置并连接到两个伺服控制单元10。应力检测单元15用于检测龙门横梁上两个转轴处的应力。应力交叉耦合控制单元16用于根据应力检测单元测得的两个应力对两个伺服控制单元的电流控制子单元进行电流补偿。由于伺服的控制由位置控制子单元11传递到电流控制子单元13存在一定的延时，而且其经过速度控制子单元12间接作用，应力交叉耦合控制单元16可直接测量两个转轴应力负载的变化，对力矩环进行补偿。上述应力交叉耦合控制单元16可包括一个第一 PID调节子单元，其采用PID控制算法计算电流补偿的补偿值，即
权利要求
1.一种多电机交叉耦合同步控制系统，用于实现两个伺服控制单元的同步控制，所述两个伺服控制单元分别用于控制不同伺服电机转动且每一所述伺服控制单元包括位置控制子单元、速度控制子单元以及电流控制子单元；其特征在于所述系统包括应力检测单元以及应力交叉耦合控制单元；所述应力检测单元，用于检测龙门横梁上两个转轴处的应力；所述应力交叉耦合控制单元，用于根据所述应力检测单元测得的两个应力对两个伺服控制单元的电流控制子单元进行电流补偿。
2.根据权利要求I所述的多电机交叉耦合同步控制系统，其特征在于所述应力检测单元包括分别安装在龙门横梁的两个转轴处的应力传感器，所述应力交叉耦合控制单元包括第一 PID调节子单元，该第一 PID调节子单元采用PID控制算法计算电流补偿的补偿值。
3.根据权利要求I或2所述的多电机交叉耦合同步控制系统，其特征在于所述系统还包括位置交叉耦合控制单元，用于根据各转轴的反馈位置信息对每一伺服控制单元的速度控制单元进行速度补偿。
4.根据权利要求3所述的多电机交叉耦合同步控制系统，其特征在于所述位置交叉耦合控制单元包括第二 PID调节子单元，用于根据两个转轴的反馈位置信息并使用PID控制算法计算速度补偿的补偿值。
5.根据权利要求3所述的多电机交叉耦合同步控制系统，其特征在于所述位置交叉耦合控制单元包括位置差判断单元，用于在两个转轴的位置差超过设定的最大极限值时使伺服控制单元控制两个伺服电机停机，并在转轴的位置差小于安全值时使取消速度补偿。
6.一种多电机交叉耦合同步控制方法，用于实现两个伺服控制单元的同步控制，所述两个伺服控制单元分别用于控制不同伺服电机转动且每一所述伺服控制单元包括位置控制子单元、速度控制子单元以及电流控制子单元；其特征在于所述方法包括以下步骤 (a)检测龙门横梁上两个转轴处的应力； (b)根据测得的两个应力对两个伺服控制单元的电流环进行电流补偿。
7.根据权利要求6所述的多电机同步控制方法，其特征在于所述电流补偿的补偿值计算采用PID控制算法。
8.根据权利要求6或7所述的多电机交叉耦合同步控制方法，其特征在于所述方法还包括根据各转轴的反馈位置信息对每一伺服控制单元的速度环进行速度补偿。
9.根据权利要求8所述的多电机交叉耦合同步控制方法，其特征在于所述速度补偿的补偿值计算采用PID控制算法。
10.根据权利要求8所述的多电机交叉耦合同步控制方法，其特征在于所述速度补偿之前包括判断两个转轴的位置差的值，在所述位置差的值超过设定的最大极限值时使伺服控制单元控制两个伺服电机停机，并在所述位置差的值小于安全值时取消速度补偿。
全文摘要
本发明提供了一种多电机交叉耦合同步控制系统，用于实现两个伺服控制单元的同步控制，所述两个伺服控制单元分别用于控制不同伺服电机转动且每一所述伺服控制单元包括位置控制子单元、速度控制子单元以及电流控制子单元；该系统包括应力检测单元以及应力交叉耦合控制单元；所述应力检测单元，用于检测龙门横梁上两个转轴处的应力；所述应力交叉耦合控制单元，用于根据所述应力检测单元测得的两个应力对两个伺服控制单元的电流控制子单元进行电流补偿。本发明还提供一种对应的方法。本发明通过龙门横梁的应力检测进行转矩调整，可减小同步控制中轴与轴之间的绝对位置的偏差。
文档编号H02P5/50GK102710183SQ20121019371
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者匡两传, 高峰宇 申请人:深圳市汇川技术股份有限公司, 苏州汇川技术有限公司, 苏州默纳克控制技术有限公司