基于EtherCAT通信的雙伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，由于傳統(tǒng)的采用液壓系統(tǒng)或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的拉床、壓力機(jī)、折彎?rùn)C(jī)等制造裝備，在實(shí)際應(yīng)用中暴露出位置定位精度較差，加工精度不高，工作時(shí)噪聲比較大，加工效率低等缺陷，正逐步被伺服拉床、伺服壓力機(jī)、伺服折彎?rùn)C(jī)等采用永磁交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的高端制造裝備所取代。但是這類大型制造設(shè)備在應(yīng)用時(shí)，出力要求比較高，噸位比較大，而采用傳統(tǒng)的通用永磁交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，要達(dá)到相同的噸位，僅僅使用一個(gè)電機(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，就需要永磁同步電機(jī)進(jìn)行大功率輸

2、出，由于永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)和制造工藝的限制，現(xiàn)在還無(wú)法達(dá)到。所以目前我們往往采用雙電機(jī)或多個(gè)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)的方案來(lái)進(jìn)行。采用這種方案進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，為了讓多電機(jī)更好地協(xié)調(diào)運(yùn)行，需要一個(gè)同步控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制。因?yàn)橐粋€(gè)同步驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的同步精度的大小嚴(yán)重影響著產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，所以通過(guò)研究多電機(jī)同步控制技術(shù)來(lái)提高同步控制系統(tǒng)的同步控制精度，不僅能夠推動(dòng)多軸控制技術(shù)的發(fā)展，還能為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率作出巨大貢獻(xiàn)。從控制對(duì)象上分，多電

3、機(jī)同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以分為位置同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)和速度同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在多電機(jī)速度同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)上取得的研究成果較多，而對(duì)多電機(jī)位置同步技術(shù)的研究較少。本文主要針對(duì)雙電機(jī)位置同步控制技術(shù)進(jìn)行研究。
　　目前，雙電機(jī)位置同步控制主要存在的關(guān)鍵技術(shù)有，第一:如何提高雙電機(jī)位置同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在負(fù)載突變時(shí)的同步精度，減小兩個(gè)電機(jī)間的位置同步誤差;第二:如何提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)上位機(jī)指令的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和跟蹤能力。本文主要圍繞這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)雙

4、電機(jī)位置同步控制技術(shù)展開(kāi)了研究，以提高雙電機(jī)位置同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的同步精度和抗擾動(dòng)能力為研究目標(biāo)，提出了一種基于交叉耦合集成前饋的同步控制策略;同時(shí)以提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)上位機(jī)指令的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和跟蹤能力為研究目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一種基于EtherCAT通信的雙伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分:
　　首先，對(duì)四種常見(jiàn)的雙電機(jī)速度同步控制策略的基本原理進(jìn)行了分析，然后借鑒雙電機(jī)速度同步控制的方法，提出一種基于交叉耦合集成前饋的

5、位置同步控制策略。并在Matlab/Simulink中搭建了雙伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模型，進(jìn)行了四種同步控制方案的對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果證明提出的同步控制策略是可行的，具有較高的同步精度。
　　其次，為了提高伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)上位機(jī)指令的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和跟蹤能力，引入工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT作為通信方式，設(shè)計(jì)了基于EtherCAT通信的雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并利用TwinCAT2軟件編寫(xiě)了雙電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)的PLC控制程序和HMI人機(jī)交互界