双电机消隙方法与流程

本发明涉及电机消隙领域，特别涉及一种双电机消隙方法。

背景技术：

1、齿条驱动负载对伺服控制系统提出特殊要求，很多应用要求用两个电机驱动齿条。双电机消隙是两个电机通过齿轮与传动齿轮啮合，并同时输出转矩驱动传动齿轮旋转的传动方式。当运动结束时两个电机通过输出消隙转矩来消除定位时的齿轮间隙。

2、一方面，齿条齿轮机构有较大的间隙。通过张紧齿条来消除这个间隙，至少在机构轻载情况能消除间隙。这就要求速度环在驱动器运行中保持独立运行。另一方面，两个驱动系统通过齿条连接，当间隙收缩后两个电机的速度是相同的。这种同步连接会导致两台独立驱动器的速度环控制发生冲突。

3、齿条驱动系统通常用于行程距离较长的场合。例如大望远镜和大机械工作台通常是齿条驱动。滚珠丝杠的极限长度大约为2米，齿条驱动的极限距离大约是滚珠丝杠的10倍。控制齿条机械最大的难度是间隙。齿轮齿条机械结构制造困难，通常保留可以接受的间隙来降低制造难度。另外，为了降低齿轮齿条机构的齿数比，通常需要使用齿轮箱，齿轮箱又增加了间隙。驱动机构通常要求减小间隙，常用的方法是使用两台电机使齿轮张紧或压缩来消除间隙。

4、机械机构的简化方案如图2所示。在稳态，左边的电机提供一个向右的基本力，右边的电机提供一个向左的基本力，这就压缩了稳态下的系统间隙。当需要加速运动时，两个电机共同承担负载。在这种情况下，两个电动机中的一个必须越过间隙来提供转矩。在运动结束时，该电机又必须越过间隙返回到齿条的另一侧消除间隙。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种双电机消隙方法，能够通过均衡控制策略，轻载时在相反方向提供转矩来保持齿轮在张紧或压缩状态；在重载时自动拉开间隙另一侧的电机，使两个电机共同负担负载，尤其在加减速过程中两台电机共同输出提供加速度的转矩，极大的提高了系统的动态响应特性，在加减速过程结束后，负载减小，系统自动返回张紧或压缩齿条的状态。

2、本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：

3、双电机消隙方法，包括：

4、采用两台电机轴端安装的齿轮共同驱动中间齿轮的传动结构；

5、在两台伺服驱动器的电流环输入分别叠加了方向相反的消隙转矩，所述消隙转矩用于在电机转速为0时，维持齿轮的消隙状态；

6、在a驱动器里增加转矩均衡控制器；

7、两台伺服驱动器的转矩指令求差，差值经过pi控制器输出的调节量作为负反馈输入到a驱动器的速度环pi控制器，转矩均衡控制器最终调节a/b两台伺服驱动器的转矩输出相等；

8、两台伺服驱动器速度环控制器输出的转矩指令求和后作为两个伺服驱动器的共享转矩指令输出给各自的电流环；

9、当共享转矩大于消隙转矩时，b驱动器的转矩输出与a 驱动器同向，此时b驱动器处于帮助a驱动器的状态；

10、当共享转矩减小到小于消隙转矩时，b驱动器转矩输出与a驱动器反向，此时b驱动器与a驱动器进入消隙模式。

11、作为进一步优化，所述两个速度环控制器均为积分型速度环控制器。

12、作为进一步优化，所述转矩均衡控制器的转矩输出是两个速度环输出的和。

13、作为进一步优化，所述转矩均衡控制器中除消隙转矩外，两个速度环的转矩指令是相同的。

14、作为进一步优化，所述转矩均衡控制器中的pi均衡调节器用于保证两个速度环的输出相等。

15、作为进一步优化，所述转矩均衡控制器驱动两个pi速度环输出之差为0，用于保证两个环彼此之间不打架。

16、作为进一步优化，所述中间齿轮的另外一端安装有增量式编码器，编码器的a驱动器信号和b驱动器信号分别接入计数器进行计数，测试时用于通过计数器的读数检测定位精度。

17、本发明的有益效果是：通过上述双电机消隙方法，通过一种均衡控制策略，允许控制器像控制单台电机一样控制两台消隙电机，同时能够在轻载时消除间隙，重载时两台电机可以分担负载，另外，电机越过间隙时平滑切换，能够避免打齿冲击。

技术特征：

1.双电机消隙方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的双电机消隙方法，其特征在于，所述两个速度环控制器均为积分型速度环控制器。

3.根据权利要求1所述的双电机消隙方法，其特征在于，所述转矩均衡控制器的转矩输出是两个速度环输出的和。

4.根据权利要求1所述的双电机消隙方法，其特征在于，所述转矩均衡控制器中除消隙转矩外，两个速度环的转矩指令是相同的。

5.根据权利要求1所述的双电机消隙方法，其特征在于，所述转矩均衡控制器中的pi均衡调节器用于保证两个速度环的输出相等。

6.根据权利要求1所述的双电机消隙方法，其特征在于，所述转矩均衡控制器驱动两个pi速度环输出之差为0，用于保证两个环彼此之间不打架。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的双电机消隙方法，其特征在于，所述中间齿轮的另外一端安装有增量式编码器，编码器的a驱动器信号和b驱动器信号分别接入计数器进行计数，测试时用于通过计数器的读数检测定位精度。

技术总结
本发明属于电机消隙领域，提出一种双电机消隙方法，包括：在两台伺服驱动器的电流环输入叠加了方向相反的消隙转矩，在电机转速为0时，维持齿轮的消隙状态；在A驱动器里增加转矩均衡控制器；两台驱动器的转矩指令求差，差值经过PI控制器输出的调节量作为负反馈输入到A驱动器的速度环PI控制器，转矩均衡控制器最终调节A驱动器和B驱动器的转矩输出相等；两台驱动器速度环控制器输出的转矩指令求和后作为共享转矩指令输出电流环；当共享转矩大于消隙转矩时，B驱动器的转矩输出与A驱动器同向，此时B驱动器处于帮助A驱动器的状态；当共享转矩减小到小于消隙转矩时，B驱动器转矩输出与A驱动器反向，此时B驱动器与A驱动器进入消隙模式。

技术研发人员：李胜,谢海东,熊雄,刘仕伟,郎绍辉
受保护的技术使用者：成都微精电机股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13