[发明专利]多电机实时同步控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于同步控制技术领域，具体涉及一种多电机实时同步控制系统及其控制方法。

背景技术

目前，同步控制技术已广泛应用于各种工业生产过程中，其通过各控制单元良好的协同作用来实现对整个系统的高精度控制，进而完成复杂的生产过程。

现有的多电机同步控制方法主要关注于设计更优的同步策略来减小稳态系统的同步误差，从提高稳态同步控制精度和对未知输入扰动的鲁棒性这一角度开展对同步控制技术的研究。例如，基于虚拟总轴和耦合控制等同步策略分别从不同角度对稳态系统的同步控制做出了相应的研究。

然而，在复杂的工业生产环境中，当启动，停车，以及所受到的外界干扰超出系统控制器所能承受的范围时，多电机系统就会处于一个动态的过渡过程。此时同步误差增大，造成系统各控制单元的不同步，产生大量的废品，从而导致生产过程中断，严重时甚至损坏设备。

因此，不仅高精度的稳态同步是多电机同步技术的关键，动态过渡过程中各电机能否始终保持同步运行也是衡量多电机同步性能的关键要素。如何在保证多电机系统稳态同步控制精度的同时实现系统动态过渡过程的同步，使得系统在任何情况下都始终保持良好的实时同步性能，是同步控制技术应用于工业生产所要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种不仅能保证多电机稳态时的同步精度而且在动态过渡过程中多电机之间也能保持同步运行的多电机实时同步控制系统。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的多电机实时同步控制系统，包括：

上位机，用于输入指令信号；

虚拟领航者，与上位机连接，用于接收上位机的指令信号并输出参考信号；和

多个包括伺服电机在内的伺服控制单元，其与虚拟领航者连接，接收虚拟领航者的信号，并在稳态和动态过渡过程中实现多个伺服电机的同步变化。

与现有技术相比，本发明的多电机实时同步控制系统具有以下优点。由于本发明的多电机实时同步控制系统能够实现多个伺服电机在动态过渡过程中的同步控制，从而不仅能够实现各伺服电机稳态时对参考信号的跟踪，而且在达到稳态之前的动态调整过程中，各伺服电机仍能够实现同步运行。因此，使得该控制系统的各伺服电机在启动、停车、受到扰动等情况下始终能够保持良好的实时同步性能，为产品质量和生产设备的安全提供了保障。

在一个实施例中，每个伺服控制单元除包括伺服电机外，还包括：

检测器，与虚拟领航者电连接，用于检测虚拟领航者传递的参考信号；

切换式控制器组件，与检测器电连接，根据检测器输出的信号，控制其中的控制器的切换和输出；和

伺服放大器，与切换式控制器组件的输出端连接，对输出信号进行放大并驱动伺服电机；

伺服电机同时与本伺服控制单元以及相邻伺服控制单元中的检测器连接，将参数信号传递给本伺服控制单元的检测器以及相邻伺服控制单元中的检测器。

在一个优选的实施例中，所述切换式控制器组件包括并列设置的跟踪控制器和同步控制器，所述跟踪控制器和同步控制器均根据切换法则在设计的切换面上实现切换。常见的比较简单的切换法则例如采用计算式，通过计算式来进行判断，例如伺服电机的参考信号300r/min，稳态的调节范围为290r/min～310r/min。因此，若是所有的伺服电机的转速均在稳态的调节范围内，根据切换法则，控制跟踪控制器输出。若是其中有伺服电机的转速超出了稳态的调节范围，例如，有伺服电机的转速达到260r/min，系统会控制同步控制器输出，而跟踪控制器没有输出，调节所有伺服电机动态达到同步，例如转速均调整到263r/min，然后再通过多次调整，最后使各伺服电机同步达到300r/min。

在一个实施例中，所述跟踪控制器实现稳态时各伺服电机对参考信号的跟踪。

在一个实施例中，所述同步控制器实现在动态过渡过程中各伺服电机的同步运行。

在一个优选的实施例中，所述跟踪控制器和同步控制器均采用非线性滑模变结构的控制器。滑模变结构是一类特殊的非线性控制结构，根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得滑模控制具有快速响应、对应参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点。因此，跟踪控制器和同步控制器也具有快速响应、对应参数变化及扰动不灵敏等优点。