微機(jī)聯(lián)控在多電機(jī)隨動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：隨動控制是伺服控制的一種，屬于一種反饋控制。它的給定值在很大范圍內(nèi)變化，可使系統(tǒng)的隨動變量快速、準(zhǔn)確地跟隨給定值任意變化。主要解決一定精度的跟隨問題。本文介紹使用多臺自整角機(jī)分別實現(xiàn)對多臺驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號的檢測，應(yīng)用單片機(jī)對采集到的信號進(jìn)行處理和傳送，提出基于單片機(jī)和變頻器對異步電機(jī)轉(zhuǎn)速實施閉環(huán)控制的隨動伺服控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高性能的電機(jī)異地隨動控制。
關(guān)鍵詞：伺服控制；自整角機(jī)；單片機(jī)；變頻器；伺服電機(jī)

1 問題的提出與現(xiàn)狀分析
現(xiàn)有的電機(jī)控制系統(tǒng)主要分為兩大類，一是傳統(tǒng)的繼電器-交流接觸器控制系統(tǒng)，目前仍廣泛應(yīng)用于電機(jī)運(yùn)行的簡單控制中，例如完成電機(jī)的點(diǎn)長動、正反轉(zhuǎn)、星三角變換等常規(guī)運(yùn)行控制。二是微機(jī)控制技術(shù)與交流接觸器、變頻器控制系統(tǒng)結(jié)合，主要的控制形式是可編程序控制器(PLC)在電機(jī)控制電路中的應(yīng)用，控制電路中除了保留主電路中的交流接觸器外，其邏輯控制部分如：自鎖互鎖、延時定時、順序控制、機(jī)械手臂動作控制等都由PLC編程實現(xiàn)，極大地簡化了控制回路的外連電路，提高了控制精度、穩(wěn)定性和可靠性。如果用PLC和變頻器相結(jié)合共同控制電機(jī)，可以很方便地實現(xiàn)交流電機(jī)的變速、調(diào)速運(yùn)行。這兩大類控制技術(shù)目前都已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且得到了廣泛應(yīng)用。
盡管如此，還是有許多電機(jī)應(yīng)用場合的控制功能得不到滿足，例如：雙電機(jī)或多電機(jī)的異地驅(qū)動中，要求轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步的驅(qū)動控制；集群式太陽能采集板多電機(jī)的轉(zhuǎn)角同步控制等等。對電機(jī)的這種并行同步控制需求，顯然不能簡單應(yīng)用上述兩種控制方式來實現(xiàn)，因為隨著被控單元數(shù)量的增加和物理空間分布的分散，需要使用的PLC數(shù)量也會增加，控制系統(tǒng)的成本將激增，極大地降低了控制系統(tǒng)的性價比。本文從雙電機(jī)的同步驅(qū)動出發(fā)，探討多電機(jī)的同步驅(qū)動問題，應(yīng)用角度傳感器(自整角機(jī))和單片機(jī)組成多微機(jī)聯(lián)控的”集散式”隨動控制系統(tǒng)，通過單片機(jī)-變頻器-伺服電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速驅(qū)動方式，實現(xiàn)雙電機(jī)或多電機(jī)的轉(zhuǎn)速”隨動同步”控制。

2 異地隨動轉(zhuǎn)速同步控制原理
2．1 電機(jī)實際轉(zhuǎn)速偏差形成的原因與危害
交流電機(jī)控制電路中，通常采用開環(huán)的位式控制或采用變頻器的變速控制。盡管各電機(jī)參數(shù)相同，給定的電壓或頻率也相同，但由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不同，還是會產(chǎn)生實際轉(zhuǎn)速的偏差，若電機(jī)的機(jī)械特性較硬，則這個偏差不大，在不要求轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步的應(yīng)用場合此問題可以忽略；但要求嚴(yán)格同步時則可能產(chǎn)生嚴(yán)重問題。例如大跨距的大型龍門吊，其雙軌行程的并行電機(jī)驅(qū)動控制中，較小的轉(zhuǎn)速偏差隨時間積累將形成很大的行程偏差，加大了輪轂與鋼軌的側(cè)向摩擦力，甚至別死車輪；又如多電機(jī)聯(lián)軸驅(qū)動不接差速器時，偏差積累的強(qiáng)大力矩會使鋼軸變形等。

2．2 雙電機(jī)簡單隨動控制結(jié)構(gòu)及原理
雙電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)中，為了避免由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的不同，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生偏差，應(yīng)設(shè)雙電機(jī)中任一電機(jī)為主動電機(jī)，另一電機(jī)為隨動電機(jī)。主控電機(jī)直接接受操作控制或變頻器驅(qū)動，設(shè)有主控單片機(jī)控制器，角度／速度傳感器，將主動電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)采集處理后向隨動電機(jī)控制器串行發(fā)送；隨動控制器接收主控制器發(fā)來的主動電機(jī)數(shù)據(jù)作為給定值，且與角度轉(zhuǎn)速傳感器、變頻驅(qū)動器和伺服驅(qū)動電機(jī)組成有轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。應(yīng)用最少拍控制算法以提高響應(yīng)的實時性并消除靜差，或應(yīng)用PID控制算法減小過調(diào)量并消除靜差，使隨動電機(jī)與主動電機(jī)的轉(zhuǎn)速真正實現(xiàn)并行同步。