一种多轴同步控制系统的制作方法

本发明涉及工业自动化领域，尤其是一种多轴同步控制系统。

背景技术：

随着科技的发展，生产系统的规模越来越大，自动化程度越来越高。对控制任务和控制精度的要求也越来越高。在新型建材外墙板的生产过程中也是如此。板材的挤出成型需要对各个伺服电机的速度和位置有更精密的要求。因此，需要合适的控制策略对各个电机进行协同控制。

在系统控制过程中，各个电机的控制过程需要相互配合和协调，并且能够在变量发生偏差时做出相应补偿，维持原有的协调关系。

下面需要介绍一下电机控制领域中电机调速的原理，进一步介绍一下伺服电机系统的调速原理。根据自动控制原理，为了克服开环系统的缺点，采用带有负反馈的闭环系统，把系统的输出量通过检测装置(可以为传感器等)引向系统的输入端，与系统的输入量进行比较，从而得到反馈量与输入量之间的偏差信号，利用偏差信号通过控制器(调节器)产生控制作用，自动纠正偏差。电机的闭环控制为现有技术，不做赘述。

在《电机与运动控制系统》一书中，第4章，直流电动机调速系统，对于单闭环调速系统的组成及特性做了详细的介绍，在电动机的轴上安装了一个速度传感器，速度传感器将转速信号转换成电信号，得到与输出量成正比的反馈电压，反馈电压与给定电压做比较，得到偏差电压，经过控制器产生控制电压去控制可控直流电源(UCR)的输出电压，从而控制电动机的转速。因为只有一个转速反馈环，所以称为单闭环调速系统。

一般地，伺服电机通过伺服系统来驱动控制，伺服系统包括以下几个部分，

交流伺服系统包括功率变换器，伺服电机，传感器，并且设置电流环，速度环，位置环，并且设置位置控制器，设置速度控制器，设置电流控制器；三闭环结构中，电流环和速度环为内环，位置环为外环；

功率变换器的主要功能是根据控制电路的指令，将电源单元提供的电能转换为伺服电机电枢绕组中的三相交流电流，产生所需要的电磁转矩。功率变换器主要包括控制电路，驱动电路，功率变换主电路等。

功率变换主电路，是控制伺服电机的关键，一般包括整流电路，滤波电流，逆变电路，缓冲电路，制动电路。功率变换器位于伺服驱动器内，

也就是说，伺服驱动器接收外部的控制电信号，就可以调节伺服电机的速度，令伺服电机的转速升高或者降低。

在同步控制过程中，各个电机的控制过程需要相互配合和协调，并且能够在变量发生偏差时做出相应补偿，维持原有的协调关系。

如图1所示，一种多轴同步控制系统包括主轴运动控制器11、主轴伺服系统13、从轴运动控制器15和从轴伺服系统17，从轴运动控制器15和从轴伺服系统17可以有多组。各轴的运动控制器和伺服系统之间各自构成闭环控制，每个轴的运动控制器都有一个给定信号和反馈信号，给定信号减去反馈信号后作为运动控制器的输入信号。各轴之间的协同方式采用主从同步控制，实现闭环随动控制系统。具体地，除了主轴运动控制器11的给定信号由系统设置外，从轴运动控制器15的给定信号均来自于主轴伺服系统13的输出信号，当主轴受到负载扰动或者速度发生突变时，从轴可以跟随主轴变化，从而满足多轴同步运动的要求。但是，当从轴出现负载扰动或速度突变时，由于主轴不能接收到从轴的反馈信息以及时进行适应性的调整，使得整个系统的同步恢复速度难以满足要求，影响了控制精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种多轴同步控制系统，包括主轴运动控制器，从轴运动控制器，主轴伺服系统和从轴伺服系统，其中：

所述从轴运动控制器的输出信号作为所述从轴伺服系统的输入信号，所述从轴伺服系统的输出信号作为所述从轴运动控制器的反馈信号；

所述主轴伺服系统的输出信号作为所述主轴运动控制器的反馈信号及所述从轴运动控制器的给定信号；

其中，

所述主轴运动控制器的输出信号减去从轴运动控制器的输出信号后，作为所述主轴伺服系统的输入信号。

可选地，

所述主轴运动控制器和从轴运动控制器通过所述PLC实现，并连接到上位机。

可选地，

所述主轴伺服系统的输出信号是对主电机的测速信号；所述从轴伺服系统的输出信号是对从电机的测速信号。

可选地，

所述主电机为一个，所述从电机为多个。

上述多轴同步控制系统将从轴运动控制器的输出信号引入到主轴伺服系统控制中，在从轴出现负载扰动或速度突变时，可以使主轴速度也发生适应性的变化，从而加快同步恢复的速度，提高控制精度。

附图说明

图1为现有多轴同步控制系统各轴的运动控制器和伺服系统之间的连接示意图；

图2为本发明实施例多轴同步控制系统各轴运动控制器和伺服系统之间的连接示意图；

图3为本发明实施例多轴同步控制系统的一种示例性的架构图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻 辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明实施例提供了一种同步控制系统，如图2所示，包括主轴运动控制器11、主轴伺服系统13、从轴运动控制器15和从轴伺服系统17，其中：

从轴伺服系统17的输出信号作为从轴运动控制器15的反馈信号，从轴运动控制器15的输出信号作为从轴伺服系统17的输入信号；

主轴伺服系统13的输出信号作为所述主轴运动控制器11的反馈信号及从轴运动控制器15的给定信号；

其中，主轴运动控制器11的输出信号减去从轴运动控制器15的输出信号后，作为主轴伺服系统13的输入信号。

图中虽然只示出了一组从轴运动控制器15和从轴伺服系统17，但在实际系统中，如果有多根从轴，则可以有多组从轴运动控制器15和从轴伺服系统17。

图3所示是本实施例多轴同步控制系统的一种示例性的架构图。包括上位机1、与上位机1连接可编程控制器(PLC)2、与PLC2分别相连的多台伺服驱动器31-35，以及各伺服驱动器31-35分别驱动的伺服电机41-45。这些伺服电机41-45分别用于带动一根主轴和多根从轴运动，图中以4根从轴为例。其中，使用PLC2来实现图2中的所示的主轴运动控制器11和从轴运动控制器15，可实现同步控制并分别对每台伺服电机进行微调。在通讯过程中，PLC发出的指令通过总线传输到伺服驱动器相应的寄存器里，通过速度指令的改变来调节伺服电机的速度，从而实现以匀加速—匀速—匀减速为基础的相应速度曲线。PLC给出控制信号时，为了匹配各伺服电机中性能较差者，可以通过总电位器适当降低给定转速，保证整个系统的同步性。

图中，每一轴的伺服驱动器及伺服电机均属于该主轴的伺服系统，该伺服系统还包括用于对伺服电机测速的测速电机(图中未示出)。而主轴伺服系统13的输出信号是对主电机的测速信号；从轴伺服系统15的输出信号是对对从电机的测速信号。

本实施例同步控制系统将从轴运动控制器的输出信号引入到主轴伺服 系统控制中，在从轴出现负载扰动或速度突变时，可以使主轴速度也发生适应性的变化，从而加快同步恢复的速度，提高控制精度。

比如，当主轴系统与从轴系统都稳定运行时，比如主轴与从轴的速度都是100转每分钟；主轴伺服系统的测速信号是其他从轴运动控制器的给定信号。此时，从轴发生扰动，速度降为80。在该情况下：

按现有技术，主轴运行不受影响，从轴的速度在其闭环控制系统的调节下经过一段时间从80变回100，在这段时间，主从轴不同步；

而本实施例的技术方案，当发生扰动时，比如从轴电机的速度变为80，从轴伺服系统输出的测速信号值变小，而主轴伺服系统输出的测速信号值不变，使得从轴运动控制器到从轴伺服系统的输出变化，将从轴电机的速度升高。与传统控制不同的是，本实施例中，从轴运动控制器的输出反相后还作为主轴伺服系统的一个输入信号，从而使得主轴伺服系统将主轴电机的速度调低，以减小与从轴电机的速度差距；如此，从轴电机的速度向高调而主轴电机的速度向低调，主电机与从电机恢复同步的时间缩短，从而提升了整个系统的同步精度。由于给定不变，主电机与从电机的速度都会升为原来的稳态的速度100，但后续的升速过程是在同步状态下完成的。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。