本发明涉及电力传动控制技术领域，特别是一种绝缘子机器人用多爪驱动电机同步控制系统及方法。
背景技术：
在当今社会采用高压输电进行电能的传输是很普遍的，高压输电线中运用的绝缘子由于长时间处于日晒雨淋的环境中，所以高压绝缘子的清洁和工作情况检查就很必要。高压绝缘子机器人稳定的攀爬就是高压绝缘子机器人工作中的基础。在控制技术上解决三个步进电机的速度同步就是关键。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对高压绝缘子机器人电机速度同步控制问题，能够让高压绝缘子机器人的三个电机以相同的速度同方向转动，提供一种绝缘子机器人用多爪驱动电机同步控制系统及方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种绝缘子攀爬机器人用多爪驱动电机同步控制系统，用于实现绝缘子机器人用多爪驱动电机的同步控制，所述系统包括了单片机、三个步进电机驱动器、三个步进电机、三个编码器，所述单片机电性连接于不同的三个步进电机驱动器，所述三个不同的步进电机驱动器分别与不同的三个步进电机相连，电机驱动器用于控制步进电机的速度，三个步进电机又分别于三个编码器相连，三个编码器又与单片机相连。
进一步的，所述编码器能够测量步进电机的转速，并且编码器的反馈信号为模拟量信号。所述单片机上设置有pwm输出模块和模拟量/数字量转换模块。
进一步的，所述单片机上设置有pid控制器，用于控制单片机输出pwm，从而控制步进电机的速度变化。
一种绝缘子攀爬机器人用多爪驱动电机同步控制方法，用于实现绝缘子机器人用多爪驱动电机的同步控制，其具体步骤为：s1、设定绝缘子攀爬机器人用多爪驱动电机同步控制系统的初速度为vo；s2、单片机根据初始速度vo数字量通过pwm输出模块产生三个相同的pwm，输出给三个步进电机驱动器，从而控制三个步进电机的速度；s3、三个步进电机的运转速度又分别通过三个编码器，将三个步进电机的速度转换成三个模拟量信号；s4、三个模拟量信号在通过单片机的模拟量/数字量转换模块转换下，将获得的模拟量信号转化成数字量；s5、三个数字量信号分别通过三个pid控制器，得到不同的控制量，从而控制输出的三个pwm的占空比，得到三个pwm，输出给三个步进电机驱动器，从而控制三个步进电机的速度改变，保证三个步进电机的速度保持同步。
进一步的，假设在电机转动过程中最大电机转动速度和最小电机转动速度级差超过1.5时，pid控制器在计算占空比修正参数时，会修正转速最大的电机和转速最小的电机的kp、ki和kd的数值。
进一步的，步骤s5中pid控制器中pid的控制公式如下：
u＝kp·(v0-vk)+ki·(2v0-vk-vk-1)+kd·(vk-1-vk)；
其中，kp、ki和kd分别为比例系数、积分系数和微分系数；v0是初始的设定速度；vk和vk-1是第k次、第k-1次测得的实际速度，k的取值为：k＝1,2,3,4......；u是pid控制算法处理之后的占空比修正参数。
进一步的，pwm占空比修改公式如下：
其中，ppwm为实际输出的占空比。
本发明具有以下优点：
(1)本发明中单片机通过控制程序实现三组电机的速度同步控制，最终使得绝缘子机器人能够稳定的攀爬绝缘子。编码器将测得的数据传递给单片机，根据编码器反馈的数据发送控制指令给步进电机驱动器，从而控制步进电机的速度。
(2)在工业应用领域，pid控制技术成熟，应用面广，同时控制效果优良，对于该系统控制精度符合要求。
(3)为了有效的控制控制成本，同时有很好的控制效果，故而采用pid控制。pid控制程序编写简单，需要的单片机控制性能一般，能有效的控制硬件成本等。
(4)在满足控制要求的条件下，合理地分配了控制硬件和控制程序的复杂度。
附图说明
图1为本发明三电机速度同步控制电机安装结构示意图；
图2为本发明三电机速度同步控制的控制框图；
图3为本发明三电机速度同步控制的控制流程图；
图4为本发明三电机速度同步控制的控制原理图；
图中，1-编码器，2-电机，3-减速器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种绝缘子攀爬机器人用多爪驱动电机同步控制系统，用于实现绝缘子机器人用多爪驱动电机的同步控制，所述系统包括了单片机、三个步进电机驱动器、三个步进电机、三个编码器，所述单片机电性连接于不同的三个步进电机驱动器，所述三个不同的步进电机驱动器分别与不同的三个步进电机相连，电机驱动器用与控制步进电机的速度，三个步进电机又分别与三个编码器相连，三个编码器又与单片机相连。
优选地，所述编码器能够测量步进电机的转速，并且编码器的反馈信号为模拟量信号。所述单片机上设置有pwm输出模块和模拟量/数字量转换模块。
优选地，所述单片机上设置有pid控制器，用于控制单片机输出pwm，从而控制步进电机的速度变化。
一种绝缘子攀爬机器人用多爪驱动电机同步控制方法，用于实现绝缘子机器人用多爪驱动电机的同步控制，其具体步骤为：s1、设定绝缘子攀爬机器人用多爪驱动电机同步控制系统的初速度为vo；s2、单片机根据初始速度vo数字量通过pwm输出模块产生三个相同的pwm，输出给三个步进电机驱动器，从而控制三个步进电机的速度；s3、三个步进电机的运转速度又分别通过三个编码器，将三个步进电机的速度转换成三个模拟量信号；s4、三个模拟量信号在通过单片机的模拟量/数字量转换模块转换下，将获得的模拟量信号转化成数字量；s5、三个数字量信号分别通过三个pid控制器，得到不同的控制量，从而控制输出的三个pwm的占空比，得到三个pwm，输出给三个步进电机驱动器，从而控制三个步进电机的速度改变，保证三个步进电机的速度保持同步。
优选地，步骤s5中pid控制器中pid的控制公式如下：
u＝kp·(v0-vk)+ki·(2v0-vk-vk-1)+kd·(vk-1-vk)；
其中，kp、ki和kd分别为比例系数、积分系数和微分系数；v0是初始的设定速度；vk和vk-1是第k次、第k-1次测得的实际速度，k的取值为：k＝1,2,3,4......；u是pid控制算法处理之后的占空比修正参数。
优选地，假设在电机转动过程中最大电机转动速度和最小电机转动速度级差超过1.5时，pid控制器在计算占空比修正参数时，会修正转速最大的电机和转速最小的电机的kp、ki和kd的数值。
优选地，pwm占空比修改公式如下：
其中，ppwm为实际输出的占空比。
这样pid控制器通过对设定速度和测量速度的作差，进行二者的比较。设定速度等于测量速度时，pid控制器输出为0，单片机输出的pwm波占空比不变，步进电机速度不变。当设定速度大于测量速度时，这时单片机需要比较三个电机的速度，当最大的电机速度和最小的电机速度相比级差大于1.5时，表示三个电机之间的速度差别大，需要大幅调节才能达到一致，为了保证调节过程更加平稳顺畅，此时最大速度电机和最小速度电机的pid控制器会自动调节参数，使得pid控制器计算出的占空比修正参数的数值更加合理，改变单片机输出的pwm波占空比，使得步进电机速度更加平稳趋于设定速度。设定速度小于测量速度时，同测定速度较大时的情况类似，pid控制器输出值更加合理，步进电机速度稳定快速趋向于设定速度。pid控制器通过这样短暂的比较、输出，对三个电机的速度进行控制，并达到一个动态平衡，从而达到了驱动电机同步控制的效果。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不同脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。