电子虚拟总轴舞台机械控制论文

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1多电机同步控制方案

1．1设计原理

机械总轴传动系统是一个以机械长轴为各个独立的驱动单元提供动力的系统，机械总轴系统中，由于各个连接装置的阻尼系统，弹性系数，衰减系统等参数取决于机械总轴本身，这些参数不容易更改，机械总轴的传动范围和距离都会受到总轴本身的制约，系统一旦建成，系统修改必然需要进行机械部分的改动，使得机械总轴在各个方面的应用受到了限制。而电子虚拟总轴控制方式，其控制原理图如图所示，它真实地模拟了机械总轴的物理特性，得出与机械总轴相似的运动同步特性，由于虚拟总轴部分采用软件实现，相对于机械总轴，更容易调节系统的参数，使系统不需要进行大修改就能适用于更多的场合，且通过参数调节，可以避免系统发生谐振现象。每个分区单元均为独立的驱动器单元，通过简单的线路连接即可实现系统的增容，使系统的扩展变得简单，具有较大的灵活性。虚拟总轴输入信号经过虚拟总轴作用后，得出单元驱动器的参考信号，即参考输入线速度和参考位置，将参考输入线速度和参考位置发送给驱动器，驱动器将接收到一致的信号。驱动器以编码器作为当前自身速度和位置的采集装置，不断对自身的线速度和位置进行速度和位置上的调整，永远跟踪虚拟总轴的速度和位置。每个驱动器均采取此方式跟踪虚拟总轴，从而实现众多电机的同步运行。各个驱动单元之间没有耦合，任一单元的扰动不会影响其他单元的工作状态，当单个电机发生扰动时，驱动器会根据电机输出量的反馈值进行速度和位置的调整，保证电机从速度和位置上跟随虚拟总轴，从而消除电机运行扰动。

1．2变频器的硬件设置和参数设置

控制器PLC－200与西门子变频器MM440之间采用数字量I／O和模拟量I／O连接作为控制手段，变频器采用数字量I／O控制正反转，模拟量I／O控制速度，模拟量输出为标准电压为0～10V，对应变频器控制电压速度为设定值P1080～P1082，即0～50Hz即0～1415r／min。当正传控制端Q0．0或反转控制端Q0．1口为1，且模拟量输出不为0时，电机启动，方向由控制端口决定，当正反转端口同时为1时，电机自由停车，相当于没有输出状态。另外，当I0．2为1时，表示变频器处于故障状态，此状态会反映到PLC－200，继而反映到上位机。当接线完成后，还必须对变频器内部参数进行设置，由于使用的电机为三相异步电动机，另外变频器外接制动电阻。

2实验与结果分析

2．1实验平台

是以本论文中的同步控制系统作为控制系统，控制对象是三台卷扬机和三个吊杆组成的简易平台，吊杆加上不同重量的砝码来模拟在同步控制过程中负载大小不同的场景。

2．2实验步骤

1）把两个电机所驱动的横杆移动到0位并调节两杆处于平衡状态。

2）把配重100kg放到2号电机所驱动的吊杆上，1号电机驱动的吊杆无配重

3）从上位机设置参数，令2台电机按0．09m／s的速度从0mm走到1500mm，然后再从1500mm回到0mm。从上升和下降角度来分辨电机是否实现同步。

4）利用PLC－200监控软件以800ms的采样频率监控编码器数据，并将其转换为毫米数后记录于表格上。

5）实验数据分析，并把表格数据绘制成图，观察是否达到同步效果。

2．3实验结果

控制系统成功控制电机实现同步，达到了同步精度、定位精度3mm内的要求。电机同步下降的同步精度比电机同步上升的同步精度要高，初步分析是因为电机速度在上升时受重力，摩擦力影响较大导致的，在后续的研究中会对此加以改进。

作者：林松润 李军 林嘉义 单位：广东工业大学自动化学院