多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)（1）、總軸（2）和若干個(gè)包括伺服電機(jī)（6）的伺服單元，每個(gè)伺服單元還包括：檢測器（3），所述檢測器（3）接收總軸（2）輸送的信號(hào)和伺服電機(jī)（6）的反饋信號(hào)并進(jìn)行處理；控制器（4），接收檢測器（3）輸送的信號(hào)；伺服放大器（5），對控制器（4）輸送的信號(hào)進(jìn)行放大后輸出給伺服電機(jī)（6）；抗擾調(diào)節(jié)器（7），調(diào)整對伺服電機(jī)（6）的輸入信號(hào)；和觀測器（8），觀測伺服電機(jī)（6）的運(yùn)行狀況并反饋給總軸（2）和本伺服單元內(nèi)的控制器（4）。該多電機(jī)同步控制系統(tǒng)能更好地克服擾動(dòng)從而提高多電機(jī)的同步性能。
【專利說明】多電機(jī)同步控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種控制系統(tǒng)，具體涉及一種多電機(jī)同步控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高精度的同步控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于印刷、航空航天、紡織、軋鋼等生產(chǎn)制造業(yè)中。如何設(shè)計(jì)較好的同步控制策略，使得在存在干擾的生產(chǎn)過程中保證高精度同步，是同步控制技術(shù)在生產(chǎn)過程中應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]多軸同步運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)要求負(fù)載變動(dòng)時(shí)各個(gè)軸之間仍能保持同步，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生較大未知擾動(dòng)時(shí)，有可能使各軸之間產(chǎn)生不同步的現(xiàn)象，并且在主參考值和每個(gè)軸之間會(huì)保持一個(gè)恒定的偏差值。在實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用中，不可避免的存在未知擾動(dòng)，此時(shí)由于恒定偏差的存在，造成系統(tǒng)的不冋步。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能更好地克服擾動(dòng)從而提高多電機(jī)的同步性能的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)、總軸和若干個(gè)包括伺服電機(jī)的伺服單元，每個(gè)伺服單元還包括:
[0006]檢測器，所述檢 測器接收總軸輸送的信號(hào)和伺服電機(jī)的反饋信號(hào)并進(jìn)行處理；
[0007]控制器，接收檢測器輸送的信號(hào)；
[0008]伺服放大器，對控制器輸送的信號(hào)進(jìn)行放大后輸出給伺服電機(jī)；
[0009]抗擾調(diào)節(jié)器，調(diào)整對伺服電機(jī)的輸入信號(hào)；和
[0010]觀測器，觀測伺服電機(jī)的運(yùn)行狀況并反饋給總軸和本伺服單元內(nèi)的控制器，控制器對檢測器的輸出數(shù)據(jù)和伺服電機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和比較后調(diào)整輸出，所述總軸帶有數(shù)據(jù)處理器，能夠?qū)Ω魉欧卧挠^測器反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)給每個(gè)伺服單元。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):每個(gè)伺服單元中的控制器對伺服電機(jī)的實(shí)際輸出參數(shù)和檢測器輸出的理論參數(shù)進(jìn)行對比后調(diào)整和校正控制器的輸出，這是每個(gè)伺服單元內(nèi)部的控制和調(diào)整，通過抗擾調(diào)節(jié)器能夠針對每個(gè)伺服電機(jī)的干擾進(jìn)行調(diào)整輸出，起到雙重內(nèi)部調(diào)整作用。外部通過觀測器將伺服電機(jī)的實(shí)際輸出反饋給總軸，從而通過總軸調(diào)整對各伺服單元的輸出。通過多個(gè)反饋和多次調(diào)整，能使系統(tǒng)具有更好的抗干擾能力，從而能使多電機(jī)的同步性能更好，達(dá)到更精確的同步性能。
[0012]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述總軸可采用機(jī)械總軸或用于替代機(jī)械總軸的總軸模擬器。一般現(xiàn)場是采用機(jī)械總軸，但針對不同的機(jī)械總軸調(diào)整和安裝比較麻煩。若采用總軸模擬器來代替機(jī)械總軸，能降低成本和減少安裝時(shí)間，更方便。
[0013]作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，所述控制器采用滑模變結(jié)構(gòu)控制器?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制器在控制進(jìn)入滑模狀態(tài)時(shí)，具有更好的自適應(yīng)和魯棒性，達(dá)到更好的控制效果。[0014]作為本發(fā)明的還有一種改進(jìn)，所述檢測器與控制器、控制器與伺服放大器、伺服放大器與伺服電機(jī)、伺服電機(jī)與觀測器、觀測器與總軸之間均通過現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為快速傳輸和反應(yīng)提供保障。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1所示是本實(shí)用新型的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的一種具體實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0017]圖1為本實(shí)用新型的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)的一種具體實(shí)施例。在該實(shí)施例中，虛線框9、10、11分別代表包括伺服電機(jī)6的獨(dú)立的伺服單元，所述伺服單元為兩個(gè)或以上，在本實(shí)施例中采用三個(gè)，三個(gè)以上的伺服單元原理與三個(gè)伺服單元的基本一樣。輸入到上位機(jī)I的指令信號(hào)經(jīng)過總軸2的數(shù)據(jù)處理器處理后，分別將各個(gè)伺服單元的輸入信號(hào)輸送給檢測器3，檢測器3處理后將參考信號(hào)輸送給控制器4，即各個(gè)伺服單元的控制器4同步的是參考輸入信號(hào)，而非上位機(jī)輸入的指令信號(hào)，由于該信號(hào)是經(jīng)過總軸2作用之后的信號(hào)，因此更容易為各伺服單元的控制器4所跟蹤，從而提高了同步性能。
[0018]伺服單元9、10、11中均包括檢測器3 (速度檢測器或位置檢測器)、控制器4、伺服放大器5、伺服電機(jī)6、抗擾調(diào)節(jié)器7和觀測器8，因而構(gòu)成各個(gè)獨(dú)立的伺服單元。
[0019]檢測器3用以檢測總軸2發(fā)出的參考信號(hào)以及對應(yīng)伺服電機(jī)6的實(shí)際輸出參數(shù)信號(hào)。
[0020]控制器4可以采用DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)來實(shí)現(xiàn)，也可以采用其他微處理器。在控制器4中實(shí)現(xiàn)跟隨控制?？刂破?輸出的信號(hào)一般為電流信號(hào)或電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過伺服放大器5作用后，用以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)6。
[0021]伺服電機(jī)6的電機(jī)類型可以為直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和永磁同步伺服電機(jī)。抗擾調(diào)節(jié)器7采集伺服電機(jī)6的參數(shù)的攝動(dòng)和外部負(fù)載擾動(dòng)信號(hào)，將采集這些擾動(dòng)信號(hào)統(tǒng)一處理成等效負(fù)載擾動(dòng)后，抗擾調(diào)節(jié)器7得到伺服電機(jī)6受到的干擾信號(hào)大小后，通過調(diào)整輸出對伺服電機(jī)6進(jìn)行補(bǔ)償以提高伺服電機(jī)6的抗干擾能力。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，通過觀測器8觀測的伺服電機(jī)6的實(shí)際輸出信號(hào)反饋到控制器4和伺服電機(jī)6的信號(hào)反饋給檢測器3來跟蹤消除系統(tǒng)誤差，此時(shí)的耦合力矩為零，即沒有反饋力矩。然而，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生較大負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，由于耦合力矩的計(jì)算及反饋存在時(shí)間上的滯后，這就使得各個(gè)伺服單元之間產(chǎn)生不同步的現(xiàn)象，并且在主參考值和每個(gè)伺服單元之間會(huì)保持一個(gè)恒定的偏差值。本實(shí)用新型通過觀測器8將觀測的伺服電機(jī)的實(shí)際輸出信號(hào)作為反饋力矩反饋回總軸2?？傒S2經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，將調(diào)節(jié)之后的信號(hào)數(shù)據(jù)通過高速的現(xiàn)場總線傳輸給每個(gè)伺服單元，從而協(xié)調(diào)了各個(gè)單元之間的同步運(yùn)行。
[0022]實(shí)際中，總軸2 —般采用機(jī)械總軸。在測試和試驗(yàn)時(shí)，為了降低安裝難度和方便調(diào)整，可用總軸模擬器或電子總軸來替代機(jī)械總軸。
[0023]在本實(shí)施例中，所述控制器4采用滑模變結(jié)構(gòu)控制器。取代傳統(tǒng)的PID控制，減小了跟蹤誤差，提高了系統(tǒng)的魯棒性能。
[0024]而且為了提高反應(yīng)速度，所述檢測器3與控制器4、控制器4與伺服放大器5、伺服放大器5與伺服電機(jī)6、伺服電機(jī)6與觀測器8、觀測器8與總軸2之間均通過現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0025]上位機(jī)I的人機(jī)界面顯示了各個(gè)伺服單元的同步運(yùn)行狀況，通過調(diào)節(jié)手動(dòng)按鈕，可人為進(jìn)行各個(gè)伺服單元的同步的微調(diào)。
[0026]雖然已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，然而可以理解，在不脫離本實(shí)用新型的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)或替換。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)上的沖突，各實(shí)施例中的特征均可相互結(jié)合起來，所形成的組合式特征仍屬于本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種多電機(jī)同步控制系統(tǒng),包括上位機(jī)(I)、總軸(2)和若干個(gè)包括伺服電機(jī)(6)的伺服單元，其特征在于，每個(gè)伺服單元還包括: 檢測器(3)，所述檢測器(3)接收總軸(2)輸送的信號(hào)和伺服電機(jī)(6)的反饋信號(hào)并進(jìn)行處理； 控制器(4)，接收檢測器(3)輸送的信號(hào)； 伺服放大器(5),對控制器(4)輸送的信號(hào)進(jìn)行放大后輸出給伺服電機(jī)(6)； 抗擾調(diào)節(jié)器(7)，調(diào)整對伺服電機(jī)(6)的輸入信號(hào)；和 觀測器(8)，觀測伺服電機(jī)(6)的運(yùn)行狀況并反饋給總軸(2)和本伺服單元內(nèi)的控制器(4)，控制器(4)對檢測器(3)的輸出數(shù)據(jù)和伺服電機(jī)(6)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和比較后調(diào)整輸出，所述總軸(2)帶有數(shù)據(jù)處理器，能夠?qū)Ω魉欧卧挠^測器(8)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)給每個(gè)伺服單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，其特征在于，所述總軸(2)可采用機(jī)械總軸或用于替代機(jī)械總軸的總軸模擬器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器(4)采用滑模變結(jié)構(gòu)控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測器(3)與控制器(4)、控制器(4)與伺服放大器(5)、伺服放大器(5)與伺服電機(jī)(6)、伺服電機(jī)(6)與觀測器(8)、觀測器(8)與總軸(2)之間均通過現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
【文檔編號(hào)】H02P5/00GK203562983SQ201320728150
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】肖園園, 張昌凡, 何靜, 賈林, 顏敏, 吳涵, 儲(chǔ)后廣, 張淼瀅 申請人:湖南工業(yè)大學(xué)