專利名稱：基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精度的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精度的控制方法。
背景技術(shù)：
機械傳動系統(tǒng)中，間隙是動力傳遞過程中一種常見的非線性特性，同時也 是影響系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度的重要因素。理想的精密傳動裝置，其輸出與 輸入之間的關(guān)系是線性的，但由于間隙的存在，傳遞過程中產(chǎn)生回程誤差，系 統(tǒng)的輸入與輸出短時間內(nèi)會失去運動聯(lián)系，造成輸出的突然中斷，大大降低了 傳動的穩(wěn)定性和精度。
傳統(tǒng)的機械消隙方法中最常用的為彈簧消隙法，如文獻"齒輪消隙功能實現(xiàn)
探索"(胡超等，《機電工程》.2008, 25(2): 11-14)中所述，該方法雖在實現(xiàn)上 比較方便，但會增加機械部分的復(fù)雜性，降低可靠性，而且不適用于較大功率 的傳動。因此，在機床、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，提供一種基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電 機驅(qū)動提高運動控制精度的方法。
基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精度的控制方法包括如下步驟
1) 運動控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet實時控制網(wǎng)絡(luò)通信；
2) 由運動控制卡通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運動指令到兩個電機驅(qū)動器；
3) 使用兩個電機分別驅(qū)動同一齒條上的兩個齒輪，驅(qū)動功率由兩個電機共 同承擔(dān)；
4) 由兩個電機驅(qū)動器分別控制兩個電機，并輸出大小相等、方向相反的可 調(diào)偏置轉(zhuǎn)矩；
5) 使用同步補償器和兩電機回路輸出交叉累加實現(xiàn)雙電機嚴(yán)格同步運動；
6) 在齒條上安裝直線光柵，其位置測量信息輸入運動控制卡完成閉環(huán)控制， 提高運動控制精度。
所述的運動控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet總線通信步驟運動控 制卡和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器采用美國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)。
所述的由運動控制卡通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運動指令到兩個電機驅(qū)動
器步驟運動控制卡只發(fā)出一個運動指令信號，通過Synqnet網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)/模 轉(zhuǎn)換器，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將該信號轉(zhuǎn)換成模擬量，并輸出相同的兩路信號，分別送 入兩個電機驅(qū)動器。
所述的使用同步補償器和兩電機回路輸出交叉累加實現(xiàn)雙電機嚴(yán)格同步運 動步驟第一個電機驅(qū)動器PI控制模塊輸出與第二個電機驅(qū)動器PI控制模塊輸 出作差后輸入至同步補償器，補償器做負(fù)反饋至第一個電機驅(qū)動器PI模塊輸入
處，實現(xiàn)補償器同步補償功能；經(jīng)補償器同步后的兩電機控制回路輸出再進行 交叉累加，實現(xiàn)兩電機的嚴(yán)格同步。
所述的在齒條上安裝直線光柵，其位置測量信息輸入運動控制卡完成閉環(huán) 控制，提高運動控制精度步驟在齒條上安裝光柵尺，在雙電機所在平臺上安 裝光柵讀書頭，光柵信號通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，再通過Synqnet網(wǎng)絡(luò)讀入運動控制 卡，在運動控制卡內(nèi)實現(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) 實時性、可控性、可靠性好。


圖1為依據(jù)本發(fā)明實施方式的雙驅(qū)動消隙系統(tǒng)力矩關(guān)系圖； 圖2為依據(jù)本發(fā)明實施方式的雙驅(qū)動消隙系統(tǒng)控制系統(tǒng)框圖； 圖3為依據(jù)本發(fā)明實施方式的系統(tǒng)組成圖中1#電機輸出轉(zhuǎn)矩11、 2#電機輸出轉(zhuǎn)矩12、合成轉(zhuǎn)矩13、 1#電機驅(qū)動 模塊21、同步誤差補償模塊22、 2#電機驅(qū)動模塊23、 1#電機控制信號24、 2# 電機控制信號25、偏置轉(zhuǎn)矩26、 1#電機負(fù)載對象27、 2#電機負(fù)載對象28。
具體實施例方式
基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精度的控制方法包括如下步驟
1) 運動控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet實時控制網(wǎng)絡(luò)通信；
2) 由運動控制卡通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運動指令到兩個電機驅(qū)動器；
3) 由兩個電機驅(qū)動器分別控制兩個電機驅(qū)動同一齒條上的兩個齒輪，驅(qū)動 功率由兩個電機共同承擔(dān)；
4) 由兩個電機驅(qū)動器分別控制兩個電機輸出大小相等、方向相反的可調(diào)偏 置轉(zhuǎn)矩；
5) 使用同步補償器和兩電機回路輸出交叉累加實現(xiàn)雙電機嚴(yán)格同步運動；
6) 在齒條上安裝直線光柵，其位置測量信息輸入運動控制卡完成閉環(huán)控制。 提高運動控制精度。
所述的運動控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet總線通信步驟運動控 制卡和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器采用美國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 Synqnet控制網(wǎng)絡(luò)與RMB卡進行數(shù)字量數(shù)據(jù)交換。
所述的由運動控制卡通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運動指令到兩個電機驅(qū)動 器步驟運動控制卡只發(fā)出一個運動指令信號，通過Synqnet網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)/模 轉(zhuǎn)換器，即RMB卡中，RMB卡將該信號轉(zhuǎn)換成模擬量，并輸出相同的兩路信 號，分別送入兩個電機驅(qū)動器的模擬量輸入口。
所述的使用兩個電機分別驅(qū)動同一齒條上的兩個齒輪，驅(qū)動功率由兩個電 機共同承擔(dān)步驟驅(qū)動器和電機采用美國DANAHER公司生產(chǎn)的S600驅(qū)動器 和AKM41H永磁同步電機，S600驅(qū)動器驅(qū)動兩個電機運轉(zhuǎn)，帶動電機上的兩個 齒輪，共同驅(qū)動齒條運行。
所述的由兩個電機驅(qū)動器分別控制兩個電機，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對該步驟作詳細敘述。如圖1所示，1#電機的 輸出轉(zhuǎn)矩11與2#電機的輸出轉(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，1#電機與2#電機輸出在疊加各自的偏置轉(zhuǎn)矩后，1#電機輸 出正向轉(zhuǎn)矩，2#電機輸出反向轉(zhuǎn)矩，此時電1#電機為主動電機，2#電機起輔助 消隙作用；轉(zhuǎn)矩指令落在A點右側(cè)時，1#電機與2#電機皆輸出正向轉(zhuǎn)矩，2#電 機跨過齒間隙，輔助1#電機共同驅(qū)動齒條運動，此時出現(xiàn)間隙；轉(zhuǎn)矩指令為負(fù) 的時候同理。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，使得運動落在AB段內(nèi)。偏置轉(zhuǎn)矩可通過驅(qū)動器中的電流偏置參數(shù)進 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)載運動 前消隙，偏置轉(zhuǎn)矩可設(shè)置較小；要求在滿載運行時都不出現(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；要求在加減速時也無間隙，偏置轉(zhuǎn)矩應(yīng)不小
于負(fù)載連續(xù)轉(zhuǎn)矩。
所述的使用同步補償器和兩電機回路輸出交叉累加實現(xiàn)雙電機嚴(yán)格同步運 動步驟結(jié)合圖2對該步驟作詳細敘述。如圖2所示，運動控制卡發(fā)出控制指 令r輸入兩電機控制回路，分別經(jīng)由驅(qū)動器控制模塊21、 23與同步誤差補償模 塊22輸出控制信號24、 25，經(jīng)交叉累加實現(xiàn)精確同步后，與偏置轉(zhuǎn)矩26累加
輸入負(fù)載模塊27，28。實際結(jié)構(gòu)中，ZMP卡通過網(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)動器的模擬量輸入1#接 口中，同時驅(qū)動器的模擬量輸出1#接口分別接入另一驅(qū)動器的模擬量輸入2#接 口中，實現(xiàn)交叉累加同步功能；同步補償器為S600驅(qū)動器的內(nèi)部功能模塊，可 通過調(diào)節(jié)驅(qū)動器參數(shù)實現(xiàn)對同步補償器的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)同步。
所述的在齒條上安裝直線光柵，其位置測量信息輸入運動控制卡完成閉環(huán) 控制，提高運動控制精度步驟在齒條上安裝德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的 LS328C直線光柵尺，在雙電機所在平臺上安裝光柵讀數(shù)頭，光柵信號通過RMB 卡，再通過Synqnet網(wǎng)絡(luò)讀入ZMP卡，在運動控制卡內(nèi)實現(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工控機中的 ZMP卡通過Synqnet控制網(wǎng)絡(luò)與RMB卡進行數(shù)字量數(shù)據(jù)交換，RMB卡與1#和 2#S600驅(qū)動器之間通過模擬量進行數(shù)據(jù)交換；1#S600驅(qū)動器與2#S600驅(qū)動器 之間進行關(guān)聯(lián)接線實現(xiàn)同步交叉累加；設(shè)定兩個S600驅(qū)動器內(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)動器分別驅(qū)動1#和2#電 機，再由1#和2#電機帶動兩個齒輪在齒條上實現(xiàn)消隙運動；在齒條上安裝 HEIDENHAIN直線光柵尺，通過RMB卡讀入工控機，實現(xiàn)閉環(huán)控制。
權(quán)利要求
1.一種基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精度的控制方法，其特征在于包括如下步驟1)運動控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet實時控制網(wǎng)絡(luò)通信；2)由運動控制卡通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運動指令到兩個電機驅(qū)動器；3)使用兩個電機分別驅(qū)動同一齒條上的兩個齒輪，驅(qū)動功率由兩個電機共同承擔(dān)；4)由兩個電機驅(qū)動器分別控制兩個電機，并輸出大小相等、方向相反的可調(diào)偏置轉(zhuǎn)矩；5)使用同步補償器和兩電機回路輸出交叉累加實現(xiàn)雙電機嚴(yán)格同步運動；6)在齒條上安裝直線光柵，其位置測量信息輸入運動控制卡完成閉環(huán)控制，提高運動控制精度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精 度的控制方法，其特征在于所述的運動控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet 總線通信步驟:運動控制卡和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器采用美國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所述的一種基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精 度的控制方法，其特征在于所述的由運動控制卡通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運 動指令到兩個電機驅(qū)動器步驟運動控制卡只發(fā)出一個運動指令信號，通過 Synqnet網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將該信號轉(zhuǎn)換成模擬量，并輸出 相同的兩路信號，分別送入兩個電機驅(qū)動器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精 度的控制方法，其特征在于所述的使用同步補償器和兩電機回路輸出交叉累加 實現(xiàn)雙電機嚴(yán)格同步運動步驟第一個電機驅(qū)動器PI控制模塊輸出與第二個電 機驅(qū)動器PI控制模塊輸出作差后輸入至同步補償器，補償器做負(fù)反饋至第一個 電機驅(qū)動器PI模塊輸入處，實現(xiàn)補償器同步補償功能；經(jīng)補償器同步后的兩電 機控制回路輸出再進行交叉累加，實現(xiàn)兩電機的嚴(yán)格同步。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精 度的控制方法，其特征在于所述的在齒條上安裝直線光柵，其位置測量信息輸 入運動控制卡完成閉環(huán)控制，提高運動控制精度步驟在齒條上安裝光柵尺， 在雙電機所在平臺上安裝光柵讀書頭，光柵信號通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，再通過 Synqnet網(wǎng)絡(luò)讀入運動控制卡，在運動控制卡內(nèi)實現(xiàn)閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于實時控制網(wǎng)絡(luò)的雙電機驅(qū)動提高運動精度的控制方法。包括如下步驟1)運動控制卡與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器之間采用SynqNet實時控制網(wǎng)絡(luò)通信；2)由運動控制卡通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸出相同的運動指令到電機驅(qū)動器；3)使用兩個電機分別驅(qū)動同一齒條上的兩個齒輪，驅(qū)動功率由兩個電機共同承擔(dān)；4)由兩個電機驅(qū)動器分別控制兩個電機，并輸出大小相等、方向相反的可調(diào)偏置轉(zhuǎn)矩；5)使用同步補償器和兩電機回路輸出交叉累加實現(xiàn)雙電機嚴(yán)格同步運動；6)在齒條上安裝直線光柵，其位置測量信息輸入運動控制卡完成閉環(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；實時性、可控性、可靠性好。
文檔編號G05B11/42GK101364105SQ20081012135
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者強 方, 楊衛(wèi)東, 柯映林, 任 梁, 華 盛, 秦龍剛, 賈叔仕, 陳學(xué)良 申請人:浙江大學(xué);成都飛機工業(yè)(集團)有限責(zé)任公司