一种双电机同轴驱动消隙控制系统及其消隙控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双电机同轴驱动消隙控制系统，包括上位机、主电机驱动器、从电机驱动器、第一电机、第二电机、第一机械传动链以及第二机械传动链；所述上位机分别经过现场总线与主电机驱动器和从电机驱动器相连，主电机驱动器经过第一电机与第一机械传动链相连，从电机驱动器经过第二电机与第二机械传动链相连，第一、第二机械传动链分别接入系统所驱动的负载。本发明专利技术还公开了一种基于所述双电机同轴驱动消隙控制系统的消隙方法。本发明专利技术在数字化控制的电机驱动器中二次编程，增加消隙控制环节，实现通用电机驱动器的双电机同轴驱动消隙控制，可根据需要方便设定消隙力矩的大小，将双电机的速度反馈信号接入控制回路中，避免差速震荡问题。

Double motor coaxial drive gap elimination control system and backlash control method thereof

The invention discloses a dual motor anti backlash coaxial drive control system, including PC, motor driver, motor driver, from the first motor and the second motor, the first mechanical transmission chain and second mechanical transmission chain; the upper computer is connected through the field bus and the main electric motor drive and motor drive from the main motor is connected. After the first drive motor and the first mechanical transmission chain is connected from the motor driver after second motor is connected with second mechanical transmission chain, the load driven by the first and second transmission chains are access system. The invention also discloses a backlash eliminating method based on the double motor coaxial drive gap elimination control system. Two programming the invention in motor drive digital control, increase anti backlash control, dual motor coaxial universal motor drive backlash control, can be conveniently set according to needs to eliminate the gap torque, the double motor speed feedback signal access control circuit, to avoid differential oscillation problems.

【技术实现步骤摘要】
一种双电机同轴驱动消隙控制系统及其消隙控制方法
本专利技术公开了一种双电机同轴驱动消隙控制系统及其所对应的消隙控制方法，涉及双电机同轴驱动控制

技术介绍
在基于机械传动控制系统中，传动链非线性齿隙的存在不仅影响控制系统动态性能也同时影响系统的定位精度。因此，在高精度定位精度控制领域，为提高控制精度需要消除传动链齿隙。现有技术主要采用两种方法：机械消隙和双电机同轴驱动进行消隙。中国专利申请号：CN201210022983.X，申请日：2012年1月11日，专利名称为：消隙齿轮，该专利技术涉及一种消隙齿轮，由纵分的齿轮片和消隙机构组成。在齿轮啮合时，利用消隙机构对外侧齿轮片产生周向推力，使中间齿轮片与外侧齿轮片发生错齿，在传动中消除了传动间隙。机械消隙方法的不足之处在于，该方法是在传动链中增加机械消隙机构，使传动机构设计复杂，调试难度增加。随着控制技术的不断发展，机械消隙的方法越来越少。双电机同轴驱动消隙控制基本原理是基于力矩补偿的原理完成，控制电机消隙方法之一如中国专利申请号：CN201010185282.9，申请日：2010年5月28日，专利名称为：一种双电机驱动消隙装置及消隙方法，该专利消隙方法其特别之处在于：通过电机控制系统的控制作用，在第一电机和第二电机运行的过程中，始终保持第一电机的输出力矩与第二电机的输出力矩之差为一恒定值。这种消隙方法的特点回避了两台驱动器之间的数据交换，使用简单，无需增加任何硬件。此方法的不足之处在于，该方法是在两电机设置固定偏置力矩，不仅损失电机驱动功率，同时由于固定偏置力矩大小相等、方向相反，因此影响双电机的同步性能。控制电机消隙方法二如中国专利申请号：CN200920232354.3，申请日：2009年9月29日，专利名称为：交流伺服系统双机电消隙控制装置，该专利消隙方法其特别之处在于：在两组交流驱动器之间连接一消隙控制电路；消隙控制电路包括一个电流求和装置、一个能将电流信号转变为一个按力矩关系曲线调整的偏置电压信号的函数发生器，依据力矩曲线关系调整偏置力矩。这种消隙方法没有上述控制电机消隙方法之一的缺点，采用模拟消隙电路完成消隙控制，不足之处在于，该方法是在两电机驱动器之间专门设计一消隙电路，增加硬件成本和安装空间，同时这种方法实际调试较为复杂。目前随着控制技术的不断发展，电机驱动器智能化、数字化程度越来越高，可根据应用需求在通用电机驱动器提供基本功能基础上进行适当连接和二次编程，完成不同的应用需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种双电机同轴驱动消隙控制系统及其所对应的消隙控制方法，无需额外增加硬件，通过在数字化控制的电机驱动器中二次编程，增加消隙控制环节，实现通用电机驱动器的双电机同轴驱动消隙控制，并可根据需要方便设定偏置力矩的大小，且将双电机的速度反馈信号同时接入的控制回路中，避免双电机同轴驱动常见的差速震荡问题。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种双电机同轴驱动消隙控制系统，包括上位机、主电机驱动器、从电机驱动器、第一电机、第二电机、第一机械传动链以及第二机械传动链；所述上位机分别经过现场总线与主电机驱动器和从电机驱动器相连，主电机驱动器经过第一电机与第一机械传动链相连，从电机驱动器经过第二电机与第二机械传动链相连，第一、第二机械传动链分别接入系统所驱动的负载；上位机产生运动控制的轨迹，通过现场总线实现对主电机驱动器的控制，同时主电机驱动器和从电机驱动器向上位机传输运行状态信息；主电机驱动器实现双电机同轴驱动控制系统中的速度回路控制功能，同时完成消隙控制；从电机驱动器配合主电机驱动器实现消隙控制。作为本专利技术的进一步优选方案，所述上位机包括第一现场接口；所述主电机驱动器包括第二现场接口、第一高速输出通信口、第一高速输入通信口、信号调理模块、速度回路、第一消隙控制模块、第一速度反馈模块、第一力矩回路和第一附加力矩模块；所述从电机驱动器包括第三现场接口、第二高速输入通信口、第二高速输出通信口、第二速度反馈模块、第二消隙控制模块、第二附加力矩模块和第二力矩回路；上位机的第一现场接口经过现场总线分别与主电机驱动器中的第二现场接口和从电机驱动器中的第三现场接口相连，此链路用于传输上位机中的速度命令信息；主电机驱动器通过第一高速输出通信口与从电机驱动器的第二高速输入通信口相连接，用于传输速度回路的输出；从电机驱动器通过第二高速输出通信口与主电机驱动器的第一高速输入通信口相连接，此链路用于传输从电机驱动器的实际转速；第一电机的实际转速信号经过第一速度反馈模块发送至信号调理模块，第二电机的实际转速信号也发送至信号调理模块，信号调理模块将上述两个实际转速信号求和后除以2，发送至速度回路的输入端，速度回路的输出端分别与第一消隙控制模块和第一力矩回路的第一输入端相连接，第一消隙控制模块的输出端经过第一附加力矩模块和第一力矩回路的第二输入端相连接，第一力矩回路的输出端与第一电机相连接，实现对第一电机的控制；速度回路的输出端还依次经过主电机驱动器的第一高速输出通信口、第二高速输入通信口后分别与第二力矩回路的第一输入端和第二消隙控制模块的输入端相连接，第二消隙控制模块的输出端经过第二附加力矩模块与第二力矩回路的第二输入端相连接，第二力矩回路的输出端和第二电机相连接，实现对第二电机的控制。作为本专利技术的进一步优选方案，所述上位机为PLC、工业控制计算机或DSP控制器中的一种。作为本专利技术的进一步优选方案，所述主电机驱动器和从电机驱动器需要具备下述功能：(1)具备速度控制模式或力矩控制模式；(2)具备可编程运算的二次开发功能；(3)具备用于主从同步控制的高速通讯口。本专利技术还公开了一种基于所述双电机同轴驱动消隙控制系统的消隙方法，消隙控制环节包括三种类型：一、设定当双电机同轴驱动只需要输出力矩不需要偏置力矩的状态为状态A；二、设定当双电机同轴驱动既需要输出力矩又需要偏置力矩消除机械传动齿隙时的状态为状态B，状态B的情况下偏置力矩为设置的单边最大偏置力矩值；三、设定当双电机同轴驱动所需要输出力矩介于上述状态A和状态B之间时的状态为状态C，状态C为产生消隙的过渡阶段，状态C将产生与需要输出力矩相关联的偏置输出值。作为本专利技术的进一步优选方案，所述消隙控制环节的具体计算方式为：设定k为预先设置的最大偏置力矩值，则单边最大偏置力矩值为k/2，x为主电机驱动器中速度回路的输出值，y(x)为第一消隙控制模块参数设定值，将x取绝对值，当|x|≥k时，采用状态A计算偏置力矩：y(x)＝0；当|x|≤k/2时，采用状态B计算偏置力矩：y(x)＝k/2；当k/2<|x|<k时，采用状态C计算偏置力矩：y(x)＝k-|x|；将偏置力矩的计算值传输给偏置输出。作为本专利技术的进一步优选方案，所述单边最大偏置力矩值设定为单台电机驱动额定力矩的20％。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)本专利技术的系统通过在主从驱动器中增加消隙控制环节，从而减少了两台电机驱动器之间的数据交换数量，利用双电机驱动的现有硬件系统实现同轴驱动消隙控制。(2)本专利技术的系统在消隙控制环节采用双电机同轴驱动时利用状态法产生需要的偏置力矩大小，容易在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双电机同轴驱动消隙控制系统，其特征在于：包括上位机、主电机驱动器、从电机驱动器、第一电机、第二电机、第一机械传动链以及第二机械传动链；所述上位机分别经过现场总线与主电机驱动器和从电机驱动器相连，主电机驱动器经过第一电机与第一机械传动链相连，从电机驱动器经过第二电机与第二机械传动链相连，第一、第二机械传动链分别接入系统所驱动的负载；上位机产生运动控制的轨迹，通过现场总线实现对主电机驱动器的控制，同时主电机驱动器和从电机驱动器向上位机传输运行状态信息；主电机驱动器实现双电机同轴驱动控制系统中的速度回路控制功能，同时完成消隙控制；从电机驱动器配合主电机驱动器实现消隙控制；所述上位机包括第一现场接口；所述主电机驱动器包括第二现场接口、第一高速输出通信口、第一高速输入通信口、信号调理模块、速度回路、第一消隙控制模块、第一速度反馈模块、第一力矩回路和第一附加力矩模块；所述从电机驱动器包括第三现场接口、第二高速输入通信口、第二高速输出通信口、第二速度反馈模块、第二消隙控制模块、第二附加力矩模块和第二力矩回路；上位机的第一现场接口经过现场总线分别与主电机驱动器中的第二现场接口和从电机驱动器中的第三现场接口相连，此链路用于传输上位机中的速度命令信息；主电机驱动器通过第一高速输出通信口与从电机驱动器的第二高速输入通信口相连接，用于传输速度回路的输出；从电机驱动器通过第二高速输出通信口与主电机驱动器的第一高速输入通信口相连接，此链路用于传输从电机驱动器的实际转速；第一电机的实际转速信号经过第一速度反馈模块发送至信号调理模块，第二电机的实际转速信号也发送至信号调理模块，信号调理模块将上述两个实际转速信号求和后除以2，发送至速度回路的输入端，速度回路的输出端分别与第一消隙控制模块和第一力矩回路的第一输入端相连接，第一消隙控制模块的输出端经过第一附加力矩模块和第一力矩回路的第二输入端相连接，第一力矩回路的输出端与第一电机相连接，实现对第一电机的控制；速度回路的输出端还依次经过主电机驱动器的第一高速输出通信口、第二高速输入通信口后分别与第二力矩回路的第一输入端和第二消隙控制模块的输入端相连接，第二消隙控制模块的输出端经过第二附加力矩模块与第二力矩回路的 第二输入端相连接，第二力矩回路的输出端和第二电机相连接，实现对第二电机的控制。...

【技术特征摘要】
1.一种双电机同轴驱动消隙控制系统，其特征在于：包括上位机、主电机驱动器、从电机驱动器、第一电机、第二电机、第一机械传动链以及第二机械传动链；所述上位机分别经过现场总线与主电机驱动器和从电机驱动器相连，主电机驱动器经过第一电机与第一机械传动链相连，从电机驱动器经过第二电机与第二机械传动链相连，第一、第二机械传动链分别接入系统所驱动的负载；上位机产生运动控制的轨迹，通过现场总线实现对主电机驱动器的控制，同时主电机驱动器和从电机驱动器向上位机传输运行状态信息；主电机驱动器实现双电机同轴驱动控制系统中的速度回路控制功能，同时完成消隙控制；从电机驱动器配合主电机驱动器实现消隙控制；所述上位机包括第一现场接口；所述主电机驱动器包括第二现场接口、第一高速输出通信口、第一高速输入通信口、信号调理模块、速度回路、第一消隙控制模块、第一速度反馈模块、第一力矩回路和第一附加力矩模块；所述从电机驱动器包括第三现场接口、第二高速输入通信口、第二高速输出通信口、第二速度反馈模块、第二消隙控制模块、第二附加力矩模块和第二力矩回路；上位机的第一现场接口经过现场总线分别与主电机驱动器中的第二现场接口和从电机驱动器中的第三现场接口相连，此链路用于传输上位机中的速度命令信息；主电机驱动器通过第一高速输出通信口与从电机驱动器的第二高速输入通信口相连接，用于传输速度回路的输出；从电机驱动器通过第二高速输出通信口与主电机驱动器的第一高速输入通信口相连接，此链路用于传输从电机驱动器的实际转速；第一电机的实际转速信号经过第一速度反馈模块发送至信号调理模块，第二电机的实际转速信号也发送至信号调理模块，信号调理模块将上述两个实际转速信号求和后除以2，发送至速度回路的输入端，速度回路的输出端分别与第一消隙控制模块和第一力矩回路的第一输入端相连接，第一消隙控制模块的输出端经过第一附加力矩模块和第一力矩回路的第二输入端相连接，第一力矩回路的输出端与第一电机相连接，实现对第一电机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：万其，陈桂，汤玉东，刘汉忠，王建红，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32