本發(fā)明屬于伺服控制技術領域，具體涉及一種變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)及控制方法。

背景技術：

在工業(yè)伺服控制中，軸系的雙電機同步驅動模式已經得到廣泛應用，該模式相較于單電機驅動模式具有兩方面優(yōu)點：1）可輸出更大的扭矩以拖動重型負載，2）可減小設備的體積尺寸，提升空間的利用率。目前，雙電機的同步驅動控制策略主要有：a）并行控制，系統(tǒng)相當于開環(huán)控制，運行過程中某一電機受到擾動時，電機之間將產生同步偏差，同步性能差；b）速度主從控制，從電機上受到的擾動不能反饋到主電機，當負載發(fā)生變化時，電機之間的同步精度不能得到保證；c）虛擬總軸控制，系統(tǒng)在啟動、負載擾動、停機過程中，軸之間會產生不同步現象，并且在主參考值與每個軸之間會產生恒定偏差；d）偏差耦合控制，將主從電機的速度反饋做差并將該速度誤差作為速度補償信號，控制性能較好。上述控制策略各有利弊，在負載時變且控制精度要求較高的場合，控制系統(tǒng)已不能完全滿足要求，主要存在如下問題：1）對負載變化的魯棒穩(wěn)定性不強；2）控制精度難以達到指標要求。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述雙電機同步驅動系統(tǒng)的不足，提供一種魯棒穩(wěn)定性好、控制精度高的變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)，本發(fā)明要解決的另一個技術問題是提供一種變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)及控制方法。

本發(fā)明提供的變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)包括主操控臺、控制驅動柜、驅動電機，所述主操控臺包含工控計算機、顯示器，所述控制驅動柜包含低壓配電設備、主控制器、動力電源模塊、雙電機驅動模塊、制動模塊，工控計算機網卡通過網線連接到主操控臺第一以太網連接器，第一以太網連接器通過網線與驅動控制柜上的第二以太網連接器連接，主控制器通過網線連接至第二以太網連接器，工控計算機與主控制器通過該以太網連接進行數據交互，低壓配電設備將系統(tǒng)供電電源分配為控制電源與動力電源，并分別連接至各模塊的控制電與動力電端子上，主控制器與雙電機驅動模塊通過EtherCAT總線連接，動力電源模塊直流輸出母排與雙電機驅動模塊及制動模塊直流輸入母排連接，雙電機驅動模塊經整流變換后輸出電機控制電壓，連接至驅動電機動力端子，驅動模塊電機抱閘控制端子連接至驅動電機抱閘端子，驅動電機編碼器與霍爾傳感器反饋信號線纜連接至雙電機驅動模塊傳感器輸入端口。主操控臺用于系統(tǒng)的運行控制以及狀態(tài)監(jiān)控，主控制器接收主操控臺的運行控制指令及解析，采集雙電機驅動模塊及驅動電機狀態(tài)信息，進行指令與數據的綜合處理分析，完成各控制回路的控制解算以及同步控制方法的實施。

本發(fā)明的變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：通過負載擾動觀測器對主電機負載進行觀測并補償；將主電機電流控制量作為從電機電流輸入指令；從電機工作在電流控制模式下，構成主從力矩跟隨同步控制，共同驅動負載運動。本發(fā)明的驅動系統(tǒng)及控制方法，提高了變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性及控制精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)實施例的方框圖；

圖2為本發(fā)明的變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)控制方法流程圖；

圖3為圖1所示系統(tǒng)的工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。

如圖1所示，本發(fā)明的變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)包括一臺主操控臺1、一只控制驅動柜2、驅動電機3，主操控臺1包括：一臺工控計算機11，一臺顯示器12，一個第一以太網連接器13，工控計算機11的以太網卡通過網線連接至第一以太網連接器13。

控制驅動柜2包括：一套低壓配電設備21，一臺主控制器22，一只動力電源模塊23，一只雙電機驅動模塊24，一只制動模塊25，一個第二以太網連接器26，第一以太網連接器13與第二以太網連接器26通過網線連接，低壓配電設備21包括：一只空氣斷路器211，一只接觸器212，一臺AC/DC電源213，供電電源連接至空氣斷路器211輸入端，空氣斷路器211輸出端連接至接觸器212及AC/DC電源213輸入端，主控制器22的數字輸出端連接至接觸器212的控制觸點，接觸器212輸出端連接至動力電源模塊23輸入端，AC/DC電源213輸出分別連接至各模塊控制電源端子，主控制器22與雙電機驅動模塊24通過EtherCAT總線連接，動力電源模塊23直流輸出母排連接至雙電機驅動模塊24直流輸入母排，雙電機驅動模塊24電機驅動與抱閘輸出口連接至兩臺驅動電機3，兩臺驅動電機3的編碼器與霍爾傳感器信號連接至雙電機驅動模塊24的傳感器輸入端口。

驅動電機3包括：主驅動電機31，從驅動電機32。

本發(fā)明的變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)具有兩種工作模式，包括待機鎖緊模式與同步驅動模式。

待機鎖緊模式下，系統(tǒng)未加電時，主驅動電機31與從驅動電機32依靠自身抱閘可穩(wěn)固鎖定負載，保證機械系統(tǒng)給安全，系統(tǒng)上電后，由主操控臺1發(fā)出驅動上電命令，完成對雙電機驅動模塊24的動力電源上電，同時雙電機驅動模塊24控制主驅動電機31與從驅動電機32的抱閘自動斷開，兩部電機定位于當前位置實現電鎖緊，電機未耦合，處于同步解除狀態(tài)。

同步驅動模式下，主控制器22接收到主操控臺1的運動控制指令，完成電機狀態(tài)數據采集并進行信息綜合處理后，完成主驅動電機31與從驅動電機32控制量的解算，使能電機同步，由雙電機驅動模塊24完成功率輸出以驅動電機運轉，到達給定位置后，兩部電機自動解除同步，切換至待機鎖緊工作模式。

如圖2所示，本發(fā)明的控制方法包含下列步驟：

（1）主控制器22通過雙電機驅動模塊24采集主驅動電機31與從驅動電機32的狀態(tài)信息，包括編碼器位置值，霍爾傳感器電流值（步驟210）；

（2）通過位置數據差分濾波處理得到電機速度值（步驟220）；

（3）通過擾動狀態(tài)觀測器對主電機31負載擾動進行觀測（步驟230）；

（4）補償擾動觀測量至主驅動電機31速度指令輸入點（步驟240）；

（5）依次進行主驅動電機31速度控制回路與電流控制回路計算，得到主驅動電機31控制電流給定量（步驟250）；

（6）將主驅動電機31電流給定量作為從驅動電機32的電流指令，使主驅動電機31與從驅動電機32工作在主從力矩驅動模式下，實現主從電機的同步動作，共同驅動負載運動（步驟260）。

如圖3所示，本發(fā)明的變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)的工作流程。

（1）操作員打開主操控臺1控制軟件，建立與主控制器22的網絡通信，通過發(fā)送控制指令依次完成動力電源模塊23、雙電機驅動模塊24的動力電源上電動作，主控制器22根據控制指令完成系統(tǒng)運行準備工作，并將主控制器22由空閑模式切換至運行模式；

（2）主控制器22按定義的伺服周期（2ms），通過EtherCAT總線從雙電機驅動模塊24獲取主驅動電機31與從驅動電機32位置、速度、電流數據及雙電機驅動模塊24的狀態(tài)信息，同時在后臺掃描循環(huán)任務（周期20ms）中掃描主控制器22的IO端子信號（限位、急停等），并作出相應狀態(tài)指示；

（3）主控制器22對步驟（1）與步驟（2）的數據指令及狀態(tài)信息進行綜合處理，完成系統(tǒng)工作模式的切換，對于操作邏輯錯誤或故障信號向主操控臺1報告，待機鎖緊模式下，主驅動電機31與從驅動電機32處于解耦狀態(tài)；

（4）同步驅動模式下，主控制器22完成主驅動電機31與從驅動電機32各伺服控制回路的計算，輸出主從電機控制量至雙電機驅動模塊24，由雙電機驅動模塊24進行功率變換并輸出至主驅動電機31與從驅動電機32，實現同步伺服控制功能；

（5）在后臺通信循環(huán)任務（周期5ms）中，主控制22通過以太網將系統(tǒng)的狀態(tài)信息回傳至主操控臺1，供操作員實時監(jiān)控分析。

本發(fā)明的變負載雙電機同步驅動系統(tǒng)，采用了主驅動電機負載擾動觀測與補償、從驅動電機跟隨主驅動電機力矩的控制方法，實現了一定范圍內變化的重型負載雙電機同步驅動功能，系統(tǒng)具有響應快速、精度高、魯棒性強的特點。

本發(fā)明為系統(tǒng)集成化產品，各模塊技術成熟，應用廣泛，具有系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，拆裝方便，易于更換維修等特點。