CN205001492U - Rpdc电气同步消隙装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种RPDC电气同步消隙装置，所述RPDC电气同步消隙装置包括：主电机、从电机、主驱动器及从驱动器；所述主电机与所述主驱动器电连接，所述从电机与所述从驱动器电连接；所述主驱动器与所述从驱动器电连接，并实时交换同步消隙参数。本实用新型通过设置所述主驱动器及所述从驱动器分别驱动所述主电机及所述从电机实现电气同步消隙功能，不需要PLC、运动控制器或CNC等上位***干预；所述主驱动器与所述从驱动器之间数据同步周期较短，只有约125μs，消隙响应速度快、精度高；所述主驱动器与所述从驱动器实时交换、平均电流参考值，保证所述主电机及所述从电机出力均衡。
Description
技术领域
本实用新型属于机电一体化领域，特别涉及一种RPDC电气同步消隙装置。
背景技术
在大型、重型机床上，直线进给轴通常使用齿轮齿条的传动方式，回转轴通常采用齿轮齿圈的传动方式，齿轮之间的啮合必然存在机械间隙的问题，该问题会降低齿轮传动的效率，加快齿轮磨损，并且会降低整个传动***的机械刚性，容易产生谐振、噪音等问题，最终影响机床工作精度。因此，如何消除机械间隙是大型、重型机床必须要解决的问题。
传统机床普遍采用双齿轮反向预紧的方式消除机械间隙，并且预紧力通过机械装配实现，即机械同步消隙。如果预紧力由驱动齿轮的两台伺服电机之间的张力来实现，则称为电气同步消隙。相对于传统的机械同步消隙，电气消隙方法具有以下优点：
1.重复定位及绝对定位精度更高。
2.避免了复杂的机械结构，降低了机械成本。
3.消隙参数可配置，使用灵活，应用面更广。
然而，现有的电气同步消隙方法中，需要借助PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)、运动控制器或CNC(ComputerNumericalControl，计算机数字控制***)等上位***进行干预才能实现同步消隙功能；同时，现有的电气同步消隙方法中，消隙响应速度较慢，精度不够高。
本实用新型针对现有的电气同步消隙装置的缺点，提出一种RPDC(RackandPinionDriveControl，齿轮与齿条的驱动控制)电气同步消隙装置。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种RPDC电气同步消隙装置，用于解决现有技术中电气同步消隙存在的需要借助上位***干预才能实现同步消隙功能及消隙响应速度较慢，精度不够高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种RPDC电气同步消隙装置，所述RPDC电气同步消隙装置包括：主电机、从电机、主驱动器及从驱动器；
所述主电机与所述主驱动器电连接，所述从电机与所述从驱动器电连接；
所述主驱动器与所述从驱动器电连接，并实时交换同步消隙参数。
作为本实用新型的RPDC电气同步消隙装置的一种优选方案，所述主驱动器及所述从驱动器内均设有同步卡，所述主驱动器及所述从驱动器通过所述同步卡实现电连接，并通过所述同步卡实时交换同步消隙参数。
作为本实用新型的RPDC电气同步消隙装置的一种优选方案，所述RPDC电气同步消隙装置还包括齿轮及齿条或齿圈；所述主电机及所述从电机适于驱动与其对应的所述齿轮与所述齿条或齿圈啮合。
作为本实用新型的RPDC电气同步消隙装置的一种优选方案，所述主电机及所述从电机均为伺服电机，所述主驱动器及所述从驱动器均为伺服驱动器。
作为本实用新型的RPDC电气同步消隙装置的一种优选方案，所述从驱动器内还设有工艺调节模块，所述工艺调节模块与所述主驱动器电连接。
作为本实用新型的RPDC电气同步消隙装置的一种优选方案，所述主驱动器内设有位置控制模块及第一速度控制模块，所述从驱动器内设有第二速度控制模块：
所述位置控制模块适于根据所述主驱动器的实际位置和参考得到参考速度值；
所述第一速度控制模块及所述第二速度控制模块的输入端与所述位置控制模块的输出端电连接，适于根据各自的实际速度值与所述参考速度值之差分别得到第一力矩电流参考值及第二力矩电流参考值；
所述工艺调节模块的输入端与所述第一速度控制模块及所述第二速度控制模块的输出端电连接，且所述工艺调节模块的输出端与所述第二速度控制模块的输入端电连接，适于将所述第一力矩电流参考值及所述第二力矩电流参考值进行比对，并补偿二者的偏差。
作为本实用新型的RPDC电气同步消隙装置的一种优选方案，所述主驱动器内还设有第一电流控制模块，所述从驱动器内还设有第二电流控制模块：
所述第一电流控制模块的输入端与所述第一速度控制模块的输出端电连接，适于控制主电机的实际电流值与由补偿后的所述第一力矩电流参考值与消隙偏置电流叠加后得到第一输入参考电流值保持一致；
所述第二电流控制模块的输入端与所述第二速度控制模块的输出端电连接，适于控制从电机的实际电流值与由补偿后的所述第二力矩电流参考值与消隙偏置电流相减后得到第二输入参考电流值保持一致。
如上所述，本实用新型的RPDC电气同步消隙装置，具有以下有益效果：
(1).通过驱动器实现电气同步消隙功能，不需要PLC、运动控制器或CNC等上位***干预。
(2)主驱动器与从驱动器之间数据同步周期较短，只有约125μs，消隙响应速度快、精度高。
(3)主驱动器与从驱动器实时交换、平均电流参考值，保证两个电机出力均衡。
附图说明
图1显示本实用新型的RPDC电气同步消隙装置的连接示意图。
图2显示本实用新型的RPDC电气同步消隙装置中主驱动器及从驱动器的结构示意图。
元件标号说明
1主电机
2从电机
3主驱动器
31位置控制模块
32第一速度控制模块
4从驱动器
41工艺调节模块
42第二速度控制模块
5同步卡
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图2需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1至图2，本实用新型提供一种RPDC电气同步消隙装置，所述RPDC电气同步消隙装置包括：主电机1、从电机2、主驱动器3及从驱动器4；所述主电机1与所述主驱动器3电连接，所述从电机2与所述从驱动器4电连接；所述主驱动器3与所述从驱动器4电连接，并实时交换同步消隙参数。
作为示例，所述主驱动器3及所述从驱动器4内均设有同步卡5，所述主驱动器3及所述从驱动器4通过所述同步卡5实现电连接，并通过所述同步卡5实时交换同步消隙参数。
作为示例，所述RPDC电气同步消隙装置还包括齿轮(未示出)及齿条(未示出)或齿圈(未示出)；所述主电机1及所述从电机2适于驱动与其对应的所述齿轮与所述齿条或齿圈啮合。
作为示例，所述主电机1及所述从电机2可以均为伺服电机，所述主驱动器3及所述从驱动器4可以均为伺服驱动器。
作为示例，所述从驱动器4内还设有工艺调节模块41，所述工艺调节模块41与所述主驱动器3电连接；所述工艺调节模块41适于补偿两台驱动器之间的电流差。
作为示例，请参阅图2，所述主驱动器3内设有位置控制模块31及第一速度控制模块32，所述从驱动器4内设有第二速度控制模块42。所述位置控制模块31适于根据所述主驱动器3的实际位置与参考位置得到参考速度值；所述第一速度控制模块32及所述第二速度控制模块42的输入端与所述位置控制模块31的输出端电连接，适于根据各自的实际速度值与所述参考速度值之差分别得到第一力矩电流参考值及第二力矩电流参考值；所述工艺调节模块41的输入端与所述第一速度控制模块32及所述第二速度控制模块42的输出端电连接，且所述工艺调节模块41的输出端与所述第二速度控制模块42的输入端电连接，适于将所述第一力矩电流参考值及所述第二力矩电流参考值进行比对，并补偿二者的偏差。
作为示例，所述主驱动器3内还设有第一电流控制模块(未示出)，所述从驱动器4内还设有第二电流控制模块(未示出)；所述第一电流控制模块的输入端与所述第一速度控制模块32的输出端电连接，适于将由补偿后的所述第一力矩电流参考值与消隙偏置电流叠加后得到第一输入参考电流值转化为对应的PWM(脉冲宽度调制)占空比信号，使所述主电机1的实际电流时刻跟踪所述第一输入参考电流值，并控制所述主电机1的实际电流值与所述第一输入参考电流值保持一致；所述第二电流控制模块的输入端与所述第二速度控制模块42的输出端电连接，适于将由补偿后的所述第二力矩电流参考值与消隙偏置电流相减后得到第二输入参考电流值转化为对应的PWM(脉冲宽度调制)占空比信号，使所述从电机2的实际电流时刻跟踪所述第二输入参考电流值，并控制从电机2的实际电流值与所述第二输入参考电流值保持一致。
需要说明的是，所述工艺调整模块41、所述位置控制模块31、所述第一速度控制模块32、所述第一电流控制模块、所述第二速度控制模块42及所述第二电流控制模块均为虚拟模块。
本实用新型通过设置所述主驱动器3及所述从驱动器4分别驱动所述主电机1及所述从电机2实现电气同步消隙功能，不需要PLC、运动控制器或CNC等上位***干预；所述主驱动器3与所述从驱动器4之间数据同步周期较短，只有约125μs，消隙响应速度快、精度高；所述主驱动器3与所述从驱动器4实时交换、平均电流参考值，保证所述主电机1及所述从电机2出力均衡。
请参阅图2，本实用新型的所述RPDC电气同步消隙装置的消隙原理为：
所述位置控制模块31根据实际位置偏差(即实际位置εact与参考位置εref的差值)，计算出参考速度值nref；
将所述参考速度值nref同时作为所述第一速度控制模块32及所述第二速度控制模块42的给定，所述第一速度控制模块32根据所述主驱动器3的实际速度值nact,M与所述参考速度值nref之差(即所述主驱动器3的实际速度值nact,M与所述参考速度值nref的差值)计算出第一力矩参考值isqref,scon,M；所述第二速度控制模块42根据所述从驱动器4的实际速度值nact,S与所述参考速度值nref之差(即所述从驱动器4的实际速度值nact,S与所述参考速度值nnef的差值)得到第二力矩参考值isqref,scon,S；
所述主驱动器3与所述从驱动器4通过同步卡5实时交换所述第一力矩参考值isqref,scon,M及所述第二力矩参考值isqref,scon,S；所述工艺调节模块41将所述第一力矩参考值isqref,scon,M及所述第二力矩参考值isqref,scon,S进行比对，并补偿二者的偏差；
在所述第一力矩电流参考值isqref,scon,M及所述第二力矩电流参考值isqref,scon,S上分别施加大小相同的消隙偏置电流isq,bias,M及isq,bias,S，所述消隙偏置电流isq,bias,M与补偿后的所述第一力矩参考值isqref,scon,M相加后作为第一输入参考电流值输出给所述第一电流控制模块，所述第一电流控制模块将所述第一输入参考电流值转化为对应的PWM(脉冲宽度调制)占空比信号，使所述主电机1的实际电流时刻跟踪所述第一输入参考电流值，并控制所述主电机1的实际电流值与所述第一输入参考电流值保持一致；将所述消隙偏置电流isq,bias,S与补偿后的所述第二力矩参考值isqref,scon,S相减后作为第二输入参考电流值输出给谁鄋第二电流控制模块，所述第二电流控制模块将所述第二输入参考电流值转化为对应的PWM(脉冲宽度调制)占空比信号，使所述从电机2的实际电流时刻跟踪所述第二输入参考电流值，并控制从电机2的实际电流值与所述第二输入参考电流值保持一致。
需要说明的是，图2中的圆圈表示数值运算，没有“-”的表示相加，有“-”的表示相减。
综上所述，本实用新型提供一种RPDC电气同步消隙装置，所述RPDC电气同步消隙装置包括：主电机、从电机、主驱动器及从驱动器；所述主电机与所述主驱动器电连接，所述从电机与所述从驱动器电连接；所述主驱动器与所述从驱动器电连接，并实时交换同步消隙参数。本实用新型通过设置所述主驱动器及所述从驱动器分别驱动所述主电机及所述从电机实现电气同步消隙功能，不需要PLC、运动控制器或CNC等上位***干预；所述主驱动器与所述从驱动器之间数据同步周期较短，只有约125μs，消隙响应速度快、精度高；所述主驱动器与所述从驱动器实时交换、平均电流参考值，保证所述主电机及所述从电机出力均衡。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种RPDC电气同步消隙装置，其特征在于，所述RPDC电气同步消隙装置包括：主电机、从电机、主驱动器及从驱动器；
所述主电机与所述主驱动器电连接，所述从电机与所述从驱动器电连接；
所述主驱动器与所述从驱动器电连接，并实时交换同步消隙参数。
2.根据权利要求1所述的RPDC电气同步消隙装置，其特征在于：所述主驱动器及所述从驱动器内均设有同步卡，所述主驱动器及所述从驱动器通过所述同步卡实现电连接，并通过所述同步卡实时交换同步消隙参数。
3.根据权利要求1所述的RPDC电气同步消隙装置，其特征在于：所述RPDC电气同步消隙装置还包括齿轮及齿条或齿圈；所述主电机及所述从电机适于驱动与其对应的所述齿轮与所述齿条或齿圈啮合。
4.根据权利要求1所述的RPDC电气同步消隙装置，其特征在于：所述主电机及所述从电机均为伺服电机，所述主驱动器及所述从驱动器均为伺服驱动器。
5.根据权利要求1所述的RPDC电气同步消隙装置，其特征在于：所述从驱动器内还设有工艺调节模块，所述工艺调节模块与所述主驱动器电连接。
6.根据权利要求5所述的RPDC电气同步消隙装置，其特征在于：所述主驱动器内设有位置控制模块及第一速度控制模块，所述从驱动器内设有第二速度控制模块：
所述位置控制模块适于根据所述主驱动器的实际位置和参考位置得到参考速度值；
所述第一速度控制模块及所述第二速度控制模块的输入端与所述位置控制模块的输出端电连接，适于根据各自的实际速度值与所述参考速度值之差分别得到第一力矩电流参考值及第二力矩电流参考值；
所述工艺调节模块的输入端与所述第一速度控制模块及所述第二速度控制模块的输出端电连接，且所述工艺调节模块的输出端与所述第二速度控制模块的输入端电连接，适于将所述第一力矩电流参考值及所述第二力矩电流参考值进行比对，并补偿二者的偏差。
7.根据权利要求6所述的RPDC电气同步消隙装置，其特征在于：所述主驱动器内还设有第一电流控制模块，所述从驱动器内还设有第二电流控制模块：
所述第一电流控制模块的输入端与所述第一速度控制模块的输出端电连接，适于控制主电机的实际电流值与由补偿后的所述第一力矩电流参考值与消隙偏置电流叠加后得到第一输入参考电流值保持一致；
所述第二电流控制模块的输入端与所述第二速度控制模块的输出端电连接，适于控制从电机的实际电流与由补偿后的所述第二力矩电流参考值与消隙偏置电流相减后得到第二输入参考电流值保持一致。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN105156654A (zh) * | 2015-09-23 | 2015-12-16 | 路斯特运动控制技术（上海）有限公司 | Rpdc电气同步消隙装置及其消隙方法 |
| CN109921693A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-06-21 | 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 | 一种多电机电气消隙及自动故障隔离方法 |
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