專利名稱：基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精度的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精度的控制方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，間隙是動(dòng)力傳遞過(guò)程中一種常見(jiàn)的非線性特性，同時(shí)也 是影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度的重要因素。理想的精密傳動(dòng)裝置，其輸出與 輸入之間的關(guān)系是線性的，但由于間隙的存在，傳遞過(guò)程中產(chǎn)生回程誤差，系 統(tǒng)的輸入與輸出短時(shí)間內(nèi)會(huì)失去運(yùn)動(dòng)聯(lián)系，造成輸出的突然中斷，大大降低了 傳動(dòng)的穩(wěn)定性和精度。
傳統(tǒng)的機(jī)械消隙方法中最常用的為彈簧消隙法，如文獻(xiàn)"齒輪消隙功能實(shí)現(xiàn)
探索"(胡超等，《機(jī)電工程》.2008, 25(2): 11-14)中所述，該方法雖在實(shí)現(xiàn)上 比較方便，但會(huì)增加機(jī)械部分的復(fù)雜性，降低可靠性，而且不適用于較大功率 的傳動(dòng)。因此，在機(jī)床、航空、航天、造船等負(fù)載大、精度高的領(lǐng)域，需要提 供一種精度高、可控性好、適用功率范圍廣的消除傳動(dòng)間隙的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電 機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)控制精度的方法。
基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精度的控制方法包括如下步驟
1) 運(yùn)動(dòng)控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)通信；
2) 由運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運(yùn)動(dòng)指令到兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；
3) 使用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)同一齒條上的兩個(gè)齒輪，驅(qū)動(dòng)功率由兩個(gè)電機(jī)共 同承擔(dān)；
4) 由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別控制兩個(gè)電機(jī)，并輸出大小相等、方向相反的可 調(diào)偏置轉(zhuǎn)矩；
5) 使用同步補(bǔ)償器和兩電機(jī)回路輸出交叉累加實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)嚴(yán)格同步運(yùn)動(dòng)；
6) 在齒條上安裝直線光柵，其位置測(cè)量信息輸入運(yùn)動(dòng)控制卡完成閉環(huán)控制， 提高運(yùn)動(dòng)控制精度。
所述的運(yùn)動(dòng)控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet總線通信步驟運(yùn)動(dòng)控 制卡和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)DANAHER公司生產(chǎn)的ZMP卡和RMB卡，兩者 之間采用Synqnet網(wǎng)絡(luò)通信，并采用RING形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
所述的由運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運(yùn)動(dòng)指令到兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)
器步驟運(yùn)動(dòng)控制卡只發(fā)出一個(gè)運(yùn)動(dòng)指令信號(hào)，通過(guò)Synqnet網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)/模 轉(zhuǎn)換器，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量，并輸出相同的兩路信號(hào)，分別送 入兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
所述的使用同步補(bǔ)償器和兩電機(jī)回路輸出交叉累加實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)嚴(yán)格同步運(yùn) 動(dòng)步驟第一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PI控制模塊輸出與第二個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PI控制模塊輸 出作差后輸入至同步補(bǔ)償器，補(bǔ)償器做負(fù)反饋至第一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PI模塊輸入
處，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償器同步補(bǔ)償功能；經(jīng)補(bǔ)償器同步后的兩電機(jī)控制回路輸出再進(jìn)行 交叉累加，實(shí)現(xiàn)兩電機(jī)的嚴(yán)格同步。
所述的在齒條上安裝直線光柵，其位置測(cè)量信息輸入運(yùn)動(dòng)控制卡完成閉環(huán) 控制，提高運(yùn)動(dòng)控制精度步驟在齒條上安裝光柵尺，在雙電機(jī)所在平臺(tái)上安 裝光柵讀書頭，光柵信號(hào)通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，再通過(guò)Synqnet網(wǎng)絡(luò)讀入運(yùn)動(dòng)控制 卡，在運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果
1) 顯著提高了齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)的精度；
2) 偏置轉(zhuǎn)矩可調(diào)，適用于不同負(fù)載及速度要求；
3) 實(shí)時(shí)性、可控性、可靠性好。


圖1為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的雙驅(qū)動(dòng)消隙系統(tǒng)力矩關(guān)系圖； 圖2為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的雙驅(qū)動(dòng)消隙系統(tǒng)控制系統(tǒng)框圖； 圖3為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)組成圖中1#電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩11、 2#電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩12、合成轉(zhuǎn)矩13、 1#電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊21、同步誤差補(bǔ)償模塊22、 2#電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊23、 1#電機(jī)控制信號(hào)24、 2# 電機(jī)控制信號(hào)25、偏置轉(zhuǎn)矩26、 1#電機(jī)負(fù)載對(duì)象27、 2#電機(jī)負(fù)載對(duì)象28。
具體實(shí)施例方式
基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精度的控制方法包括如下步驟
1) 運(yùn)動(dòng)控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)通信；
2) 由運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運(yùn)動(dòng)指令到兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；
3) 由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別控制兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一齒條上的兩個(gè)齒輪，驅(qū)動(dòng) 功率由兩個(gè)電機(jī)共同承擔(dān)；
4) 由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別控制兩個(gè)電機(jī)輸出大小相等、方向相反的可調(diào)偏 置轉(zhuǎn)矩；
5) 使用同步補(bǔ)償器和兩電機(jī)回路輸出交叉累加實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)嚴(yán)格同步運(yùn)動(dòng)；
6) 在齒條上安裝直線光柵，其位置測(cè)量信息輸入運(yùn)動(dòng)控制卡完成閉環(huán)控制。 提高運(yùn)動(dòng)控制精度。
所述的運(yùn)動(dòng)控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet總線通信步驟運(yùn)動(dòng)控 制卡和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)DANAHER公司生產(chǎn)的ZMP卡和RMB卡，兩者 之間采用Synqnet網(wǎng)絡(luò)通信，并采用RING形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。ZMP卡通過(guò) Synqnet控制網(wǎng)絡(luò)與RMB卡進(jìn)行數(shù)字量數(shù)據(jù)交換。
所述的由運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運(yùn)動(dòng)指令到兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器步驟運(yùn)動(dòng)控制卡只發(fā)出一個(gè)運(yùn)動(dòng)指令信號(hào)，通過(guò)Synqnet網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)/模 轉(zhuǎn)換器，即RMB卡中，RMB卡將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量，并輸出相同的兩路信 號(hào)，分別送入兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的模擬量輸入口。
所述的使用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)同一齒條上的兩個(gè)齒輪，驅(qū)動(dòng)功率由兩個(gè)電 機(jī)共同承擔(dān)步驟驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)采用美國(guó)DANAHER公司生產(chǎn)的S600驅(qū)動(dòng)器 和AKM41H永磁同步電機(jī)，S600驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)電機(jī)上的兩個(gè) 齒輪，共同驅(qū)動(dòng)齒條運(yùn)行。
所述的由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別控制兩個(gè)電機(jī)，并輸出大小相等、方向相反 的可調(diào)偏置轉(zhuǎn)矩步驟結(jié)合圖1對(duì)該步驟作詳細(xì)敘述。如圖1所示，1#電機(jī)的 輸出轉(zhuǎn)矩11與2#電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩12共同作用在負(fù)載上，輸出合成轉(zhuǎn)矩13。轉(zhuǎn) 矩指令在OA段時(shí)，1#電機(jī)與2#電機(jī)輸出在疊加各自的偏置轉(zhuǎn)矩后，1#電機(jī)輸 出正向轉(zhuǎn)矩，2#電機(jī)輸出反向轉(zhuǎn)矩，此時(shí)電1#電機(jī)為主動(dòng)電機(jī)，2#電機(jī)起輔助 消隙作用；轉(zhuǎn)矩指令落在A點(diǎn)右側(cè)時(shí)，1#電機(jī)與2#電機(jī)皆輸出正向轉(zhuǎn)矩，2#電 機(jī)跨過(guò)齒間隙，輔助1#電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，此時(shí)出現(xiàn)間隙；轉(zhuǎn)矩指令為負(fù) 的時(shí)候同理。因此如要求系統(tǒng)完全消隙，在轉(zhuǎn)矩指令一定的情況下，需要調(diào)節(jié) 偏置轉(zhuǎn)矩，使得運(yùn)動(dòng)落在AB段內(nèi)。偏置轉(zhuǎn)矩可通過(guò)驅(qū)動(dòng)器中的電流偏置參數(shù)進(jìn) 行調(diào)節(jié)，這使得本發(fā)明適用于各種不同情況下的消隙需求。如要求在負(fù)載運(yùn)動(dòng) 前消隙，偏置轉(zhuǎn)矩可設(shè)置較??；要求在滿載運(yùn)行時(shí)都不出現(xiàn)間隙，偏置轉(zhuǎn)矩設(shè) 置應(yīng)不小于負(fù)載連續(xù)轉(zhuǎn)矩的一半；要求在加減速時(shí)也無(wú)間隙，偏置轉(zhuǎn)矩應(yīng)不小
于負(fù)載連續(xù)轉(zhuǎn)矩。
所述的使用同步補(bǔ)償器和兩電機(jī)回路輸出交叉累加實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)嚴(yán)格同步運(yùn) 動(dòng)步驟結(jié)合圖2對(duì)該步驟作詳細(xì)敘述。如圖2所示，運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出控制指 令r輸入兩電機(jī)控制回路，分別經(jīng)由驅(qū)動(dòng)器控制模塊21、 23與同步誤差補(bǔ)償模 塊22輸出控制信號(hào)24、 25，經(jīng)交叉累加實(shí)現(xiàn)精確同步后，與偏置轉(zhuǎn)矩26累加
輸入負(fù)載模塊27，28。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，ZMP卡通過(guò)網(wǎng)線接入RMB卡，組成Synqnet 控制網(wǎng)絡(luò)；RMB卡的模擬量輸出分別接入到兩S600驅(qū)動(dòng)器的模擬量輸入1#接 口中，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器的模擬量輸出1#接口分別接入另一驅(qū)動(dòng)器的模擬量輸入2#接 口中，實(shí)現(xiàn)交叉累加同步功能；同步補(bǔ)償器為S600驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部功能模塊，可 通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)同步補(bǔ)償器的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)同步。
所述的在齒條上安裝直線光柵，其位置測(cè)量信息輸入運(yùn)動(dòng)控制卡完成閉環(huán) 控制，提高運(yùn)動(dòng)控制精度步驟在齒條上安裝德國(guó)HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的 LS328C直線光柵尺，在雙電機(jī)所在平臺(tái)上安裝光柵讀數(shù)頭，光柵信號(hào)通過(guò)RMB 卡，再通過(guò)Synqnet網(wǎng)絡(luò)讀入ZMP卡，在運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
如上各步驟的系統(tǒng)組成圖如圖3所示。由研華IPC-610P4-250工控機(jī)中的 ZMP卡通過(guò)Synqnet控制網(wǎng)絡(luò)與RMB卡進(jìn)行數(shù)字量數(shù)據(jù)交換，RMB卡與1#和 2#S600驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；1#S600驅(qū)動(dòng)器與2#S600驅(qū)動(dòng)器 之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)接線實(shí)現(xiàn)同步交叉累加；設(shè)定兩個(gè)S600驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電流偏置參數(shù)， 加入大小相等、方向相反的偏置轉(zhuǎn)矩；而后1#和2#驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)1#和2#電 機(jī)，再由1#和2#電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)齒輪在齒條上實(shí)現(xiàn)消隙運(yùn)動(dòng)；在齒條上安裝 HEIDENHAIN直線光柵尺，通過(guò)RMB卡讀入工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
權(quán)利要求
1.一種基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精度的控制方法，其特征在于包括如下步驟1)運(yùn)動(dòng)控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)通信；2)由運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運(yùn)動(dòng)指令到兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；3)使用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)同一齒條上的兩個(gè)齒輪，驅(qū)動(dòng)功率由兩個(gè)電機(jī)共同承擔(dān)；4)由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別控制兩個(gè)電機(jī)，并輸出大小相等、方向相反的可調(diào)偏置轉(zhuǎn)矩；5)使用同步補(bǔ)償器和兩電機(jī)回路輸出交叉累加實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)嚴(yán)格同步運(yùn)動(dòng)；6)在齒條上安裝直線光柵，其位置測(cè)量信息輸入運(yùn)動(dòng)控制卡完成閉環(huán)控制，提高運(yùn)動(dòng)控制精度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精 度的控制方法，其特征在于所述的運(yùn)動(dòng)控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet 總線通信步驟:運(yùn)動(dòng)控制卡和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)DANAHER公司生產(chǎn)的ZMP 卡和RMB卡，兩者之間采用Synqnet網(wǎng)絡(luò)通信，并采用RING形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精 度的控制方法，其特征在于所述的由運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運(yùn) 動(dòng)指令到兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步驟運(yùn)動(dòng)控制卡只發(fā)出一個(gè)運(yùn)動(dòng)指令信號(hào)，通過(guò) Synqnet網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量，并輸出 相同的兩路信號(hào)，分別送入兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精 度的控制方法，其特征在于所述的使用同步補(bǔ)償器和兩電機(jī)回路輸出交叉累加 實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)嚴(yán)格同步運(yùn)動(dòng)步驟第一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PI控制模塊輸出與第二個(gè)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器PI控制模塊輸出作差后輸入至同步補(bǔ)償器，補(bǔ)償器做負(fù)反饋至第一個(gè) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器PI模塊輸入處，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償器同步補(bǔ)償功能；經(jīng)補(bǔ)償器同步后的兩電 機(jī)控制回路輸出再進(jìn)行交叉累加，實(shí)現(xiàn)兩電機(jī)的嚴(yán)格同步。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精 度的控制方法，其特征在于所述的在齒條上安裝直線光柵，其位置測(cè)量信息輸 入運(yùn)動(dòng)控制卡完成閉環(huán)控制，提高運(yùn)動(dòng)控制精度步驟在齒條上安裝光柵尺， 在雙電機(jī)所在平臺(tái)上安裝光柵讀書頭，光柵信號(hào)通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，再通過(guò) Synqnet網(wǎng)絡(luò)讀入運(yùn)動(dòng)控制卡，在運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)提高運(yùn)動(dòng)精度的控制方法。包括如下步驟1)運(yùn)動(dòng)控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)通信；2)由運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運(yùn)動(dòng)指令到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；3)使用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)同一齒條上的兩個(gè)齒輪，驅(qū)動(dòng)功率由兩個(gè)電機(jī)共同承擔(dān)；4)由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別控制兩個(gè)電機(jī)，并輸出大小相等、方向相反的可調(diào)偏置轉(zhuǎn)矩；5)使用同步補(bǔ)償器和兩電機(jī)回路輸出交叉累加實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)嚴(yán)格同步運(yùn)動(dòng)；6)在齒條上安裝直線光柵，其位置測(cè)量信息輸入運(yùn)動(dòng)控制卡完成閉環(huán)控制。本發(fā)明顯著提高了齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)的精度；偏置轉(zhuǎn)矩可調(diào)，適用于不同負(fù)載及速度要求；實(shí)時(shí)性、可控性、可靠性好。
文檔編號(hào)G05B11/42GK101364105SQ20081012135
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者強(qiáng) 方, 楊衛(wèi)東, 柯映林, 任 梁, 華 盛, 秦龍剛, 賈叔仕, 陳學(xué)良 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司