CN105680734A - 一种双电机同步驱动***和算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双电机同步驱动***，包括第一电机和第二电机，第一电机连接有第一变频器，第二电机连接有第二变频器，第一变频器与电位器连接，第一变频器和第二变频器通过RS484连接，第一电机连接有第一负载，第二电机连接有第二负载，第一变频器的U端口连接有第一霍尔电压传感器，第一变频器的V端连接有第一电流传感器，第二变频器的U端口连接有第二霍尔电压传感器，第二变频器的V端连接有第二电流传感器，还包括上位机，所述上位机的输出端分别与第一变频器和第二变频器连接，本发明硬件连接简单、算法简单，控制精度高，且可进行实时调节，避免了外界因素的干扰。

Description

一种双电机同步驱动***和算法
技术领域
本发明涉及双电机同步驱动***，特别涉及一种双电机同步驱动***和算法。
背景技术
随着运动控制技术的发展，电机同步控制技术在各个技术领域中得到了越来越多的应用，在双电机同步控制中，为提高同步控制精度，采用的方法主要有三种，第一种为采用一台电机代替两台电机驱动，通过传动长轴驱动两侧运动装置运行，这是一种有轴传动控制方法，结构设计复杂，成本高，第二种方法采用先进的复杂的控制算法，实现对双电机驱动的同步控制，如文献《基于广义预测的双电机同步控制》(机电工程2010(3)P107～P110，作者：浙江大学现代制造工程研究所盛华等)，但这种方法的特点是其同步精度要根据实际需求进行调试，调试过程复杂，对调试技术人员的要求高，且很多先进控制方法暂处于理论研究阶段，第三种为通过改善各运动轴位置环的性能，减小各轴的跟踪误差，从而提高***的同步精度，此种方法由于是通过提高单轴控制精度来提高双电机同步控制精度，因而受外界因素(如负载变化、控制元件的变化等)影响较大，一般用于精度要求不高的场合。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种结构简单，同步精度高的一种双电机同步驱动***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双电机同步驱动***，包括第一电机和第二电机，第一电机连接有第一变频器，第二电机连接有第二变频器，第一变频器与电位器连接，第一变频器和第二变频器连接，第一电机连接有第一负载，第二电机连接有第二负载，第一变频器的U端口连接有第一霍尔电压传感器，第一变频器的V端连接有第一电流传感器，第二变频器的U端口连接有第二霍尔电压传感器，第二变频器的V端连接有第二电流传感器，还包括上位机，所述上位机的输出端分别与第一变频器和第二变频器连接。
本发明还公开一种双电机同步驱动算法，其步骤为：
a、设第一变频器作为主机，第二变频器作为从机，第一变频器的频率为F0，第二变频器的频率为F1，主机频率通过调节电位器给定，从机频率通过RS485通讯线由主机给定，F0＝(V/10)*50，其中V由电位器调节电压得到；
b、通过上位机调节从机频率，进行如下运算：F1＝F0*(1+K1％当前时刻+K2％当前时刻),
其中K1％为电压闭环百分比，计算方法为当从机的母线电压超过主机的母线电压时，PID调节K1％为正值，其计算公式为：K1％当前时刻＝K1％上一时刻+△K1％
△K1％＝A*[e(k)]-B*[e(k-1)]+C*[e(k-2)]，
上式中，A＝Kp*[1+(T/Ti)+(Td/T)]，B＝Kp*[1+2(Td/T)]，C＝Kp*[Td/T]，
其中Kp＝0.8，Ti＝2，Td＝0，T为人工设定的周期，e(k)为第一霍尔电压传感器与第二霍尔电压传感器的T周期时差值，e(k-1)为第一霍尔电压传感器与第二霍尔电压传感器T-1周期的差值，e(k-2)为第一霍尔电压传感器与第二霍尔电压传感器T-2周期的差值，
其中K2％为电流闭环百分比，计算方法为当从机的输出电流超过主机的输出电流时，PID调节K2％为负值，其计算公式为：K2％当前时刻＝K2％上一时刻+△K2％
△K2％＝A*[e(k)]-B*[e(k-1)]+C*[e(k-2)]，
上式中，A＝Kp*[1+(T/Ti)+(Td/T)]，B＝Kp*[1+2(Td/T)]，C＝Kp*[Td/T]，
其中Kp＝0.8，Ti＝2，Td＝0，T为人工设定的周期；e(k)为第一霍尔电流传感器与第二霍尔电流传感器的T周期时差值，e(k-1)为第一霍尔电流传感器与第二霍尔电流传感器T-1周期的差值，e(k-2)为第一霍尔电流传感器与第二霍尔电流传感器T-2周期的差值，
在不断的调节过程中，K1％当前时刻和K2％当前时刻的值会逐渐等于0，使得F1＝F0，第一电机和第二电机实现同步。
本发明的有益效果是：本发明的一种双电机同步驱动***和算法，在硬件中加入了霍尔电压传感器和霍尔电流传感器，硬件连接简单，在计算过程中通过采集第一变频器和第二变频器的实时电压差和电流差对第一变频器和第二变频器的输出频率进行闭环控制，控制精度高，且可进行实时调节，避免了外界因素的干扰。
附图说明
图1为一种双电机同步驱动***示意图。
图中标记为：第一变频器1、第二变频器2、第一霍尔电压传感器3、第二霍尔电压传感器4、第一霍尔电流传感器5、第二霍尔电流传感器6、第二电机7、第一电机8、第二负载9、第一负载10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示的一种双电机同步驱动***，包括第一电机8和第二电机7，第一电机8连接有第一变频器1，第二电机7连接有第二变频器2，第一变频器1的模拟量正端、GND和模拟量输入端分别与电位器的三个端口连接，第一变频器1和第二变频器2通过RS484连接，第一电机8连接有第一负载，第二电机7连接有第二负载，第一变频器1的U端口连接有第一霍尔电压传感器3，第一变频器1的V端连接有第一电流传感器，第二变频器2的U端口连接有第二霍尔电压传感器4，第二变频器2的V端连接有第二电流传感器，还包括上位机，所述上位机的输出端分别与第一变频器1和第二变频器2连接，工作时，假设第一变频器1和第二变频器2的转速范围为0～200m/min，可根据需要的转速调节电位器的大小来设定第一变频器1的速度，因为第一变频器1和第二变频器2连接，第二变频器2的速度由第一变频器1给定，此时第一变频器1和第二变频器2开始工作，第一霍尔电压传感器3、第二霍尔电压传感器4、第一霍尔电流传感器5和第二霍尔电流传感器6将检测到的电流值和电压值传递至上位机，上位机对采集到的数值进行PID闭环计算进而对第二变频器2的频率进行调节，使得第一变频器1的频率和第二变频器2的频率相等，从而实现第一电机8和第二电机7的同步运转；
此种双电机同步驱动算法为，其步骤为:
a、设第一变频器1作为主机，第二变频器2作为从机，第一变频器1的频率为F0，第二变频器2的频率为F1，主机频率通过调节电位器给定，从机频率通过RS485通讯线由主机给定，F0＝(V/10)*50，其中V由电位器调节电压得到；
b、通过上位机调节从机频率，进行如下运算：F1＝F0*(1+K1％当前时刻+K2％当前时刻),
其中K1％为电压闭环百分比，计算方法为当从机的母线电压超过主机的母线电压时，PID调节K1％为正值，其计算公式为：K1％当前时刻＝K1％上一时刻+△K1％，
△K1％＝A*[e(k)]-B*[e(k-1)]+C*[e(k-2)]，
上式中，A＝Kp*[1+(T/Ti)+(Td/T)]，B＝Kp*[1+2(Td/T)]，C＝Kp*[Td/T]，
其中Kp＝0.8，Ti＝2，Td＝0，T为人工设定的周期，e(k)为第二霍尔电压传感器4与第一霍尔电压传感器3的T周期时差值，e(k-1)为第二霍尔电压传感器4与第一霍尔电压传感器3T-1周期的差值，e(k-2)为第二霍尔电压传感器4与第一霍尔电压传感器3T-2周期的差值，
其中K2％为电流闭环百分比，计算方法为当从机的输出电流超过主机的输出电流时，PID调节K2％为负值，其计算公式为：K2％当前时刻＝K2％上一时刻+△K2％，
△K2％＝A*[e(k)]-B*[e(k-1)]+C*[e(k-2)]，
上式中，A＝Kp*[1+(T/Ti)+(Td/T)]，B＝Kp*[1+2(Td/T)]，C＝Kp*[Td/T]，
其中Kp＝0.8，Ti＝2，Td＝0，T为人工设定的周期；e(k)为第二霍尔电流传感器6与第一霍尔电流传感器5的T周期时差值，e(k-1)为第二霍尔电流传感器6与第一霍尔电流传感器5T-1周期的差值，e(k-2)为第二霍尔电流传感器6与第一霍尔电流传感器5T-2周期的差值，
在不断的调节过程中，K1％当前时刻和K2％当前时刻的值会逐渐等于0，使得F1＝F0，第一变频器1和第二变频器2逐渐调节至频率相等，从而使得第一电机8和第二电机7实现同步。
本发明的一种双电机同步驱动***和算法，在硬件中加入了霍尔电压传感器和霍尔电流传感器，硬件连接简单，在计算过程中通过采集第一变频器1和第二变频器2的实时电压差和电流差对第一变频器1和第二变频器2的输出频率进行闭环控制，控制精度高，且可进行实时调节，且当第一变频器1或第二变频器2因外界因素频率发生改变时，第一变频器1和第二变频器2的电压差和电流差也会实时进行改变，进行实时调节，使得两台电机实现同步，且此种方法调节速度快，不同步的角度与时间不超过硬连接的机械时间。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种双电机同步驱动***，其特征在于：包括第一电机(8)和第二电机(7)，第一电机(8)连接有第一变频器(1)，第二电机(7)连接有第二变频器(2)，第一变频器与电位器连接，第一变频器(1)和第二变频器(2)连接，第一电机(8)连接有第一负载(10)，第二电机(7)连接有第二负载(9)，第一变频器(1)的U端口连接有第一霍尔电压传感器(3)，第一变频器(1)的V端连接有第一电流传感器，第二变频器(2)的U端口连接有第二霍尔电压传感器(4)，第二变频器(2)的V端连接有第二电流传感器，还包括上位机，所述上位机的输出端分别与第一变频器(1)和第二变频器(2)连接。
2.一种双电机同步驱动算法，其步骤为：
a、设第一变频器(1)作为主机，第二变频器(2)作为从机，第一变频器(1)的频率为F0，第二变频器(2)的频率为F1，主机频率通过调节电位器给定，从机频率通过RS485通讯线由主机给定，F0＝(V/10)*50，其中V由电位器调节电压得到；
b、通过上位机调节从机频率，进行如下运算：F1＝F0*(1+K1％+K2％),
其中K1％为电压闭环百分比，计算方法为当从机的母线电压超过主机的母线电压时，PID调节K1％为正值，其计算公式为：K1％当前时刻＝K1％上一时刻+△K1％，
△K1％＝A*[e(k)]-B*[e(k-1)]+C*[e(k-2)]，
上式中，A＝Kp*[1+(T/Ti)+(Td/T)]，B＝Kp*[1+2(Td/T)]，C＝Kp*[Td/T]，
其中Kp＝0.8，Ti＝2，Td＝0，T为人工设定的周期，e(k)为第二霍尔电压传感器(4)与第一霍尔电压传感器(3)的T周期时差值，e(k-1)为第二霍尔电压传感器(4)与第一霍尔电压传感器(3)T-1周期的差值，e(k-2)为第二霍尔电压传感器(4)与第一霍尔电压传感器(3)T-2周期的差值，
其中K2％为电流闭环百分比，计算方法为当从机的输出电流超过主机的输出电流时，PID调节K2％为负值，其计算公式为：K2％当前时刻＝K2％上一时刻+△K2％，
△K2％＝A*[e(k)]-B*[e(k-1)]+C*[e(k-2)]，
上式中，A＝Kp*[1+(T/Ti)+(Td/T)]，B＝Kp*[1+2(Td/T)]，C＝Kp*[Td/T]，
其中Kp＝0.8，Ti＝2，Td＝0，T为人工设定的周期；e(k)为第二霍尔电流传感器(6)与第一霍尔电流传感器(5)的T周期时差值，e(k-1)为第二霍尔电流传感器(6)与第一霍尔电流传感器(5)T-1周期的差值，e(k-2)为第二霍尔电流传感器(6)与第一霍尔电流传感器(5)T-2周期的差值，
在调节过程中，K1％当前时刻和K2％当前时刻的值会逐渐等于0，使得F1＝F0，第一电机(8)和第二电机(7)实现同步。
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