電子虛擬總軸舞臺機械控制論文

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1多電機同步控制方案

1．1設計原理

機械總軸傳動系統是一個以機械長軸為各個獨立的驅動單元提供動力的系統，機械總軸系統中，由于各個連接裝置的阻尼系統，彈性系數，衰減系統等參數取決于機械總軸本身，這些參數不容易更改，機械總軸的傳動范圍和距離都會受到總軸本身的制約，系統一旦建成，系統修改必然需要進行機械部分的改動，使得機械總軸在各個方面的應用受到了限制。而電子虛擬總軸控制方式，其控制原理圖如圖所示，它真實地模擬了機械總軸的物理特性，得出與機械總軸相似的運動同步特性，由于虛擬總軸部分采用軟件實現，相對于機械總軸，更容易調節系統的參數，使系統不需要進行大修改就能適用于更多的場合，且通過參數調節，可以避免系統發生諧振現象。每個分區單元均為獨立的驅動器單元，通過簡單的線路連接即可實現系統的增容，使系統的擴展變得簡單，具有較大的靈活性。虛擬總軸輸入信號經過虛擬總軸作用后，得出單元驅動器的參考信號，即參考輸入線速度和參考位置，將參考輸入線速度和參考位置發送給驅動器，驅動器將接收到一致的信號。驅動器以編碼器作為當前自身速度和位置的采集裝置，不斷對自身的線速度和位置進行速度和位置上的調整，永遠跟蹤虛擬總軸的速度和位置。每個驅動器均采取此方式跟蹤虛擬總軸，從而實現眾多電機的同步運行。各個驅動單元之間沒有耦合，任一單元的擾動不會影響其他單元的工作狀態，當單個電機發生擾動時，驅動器會根據電機輸出量的反饋值進行速度和位置的調整，保證電機從速度和位置上跟隨虛擬總軸，從而消除電機運行擾動。

1．2變頻器的硬件設置和參數設置

控制器PLC－200與西門子變頻器MM440之間采用數字量I／O和模擬量I／O連接作為控制手段，變頻器采用數字量I／O控制正反轉，模擬量I／O控制速度，模擬量輸出為標準電壓為0～10V，對應變頻器控制電壓速度為設定值P1080～P1082，即0～50Hz即0～1415r／min。當正傳控制端Q0．0或反轉控制端Q0．1口為1，且模擬量輸出不為0時，電機啟動，方向由控制端口決定，當正反轉端口同時為1時，電機自由停車，相當于沒有輸出狀態。另外，當I0．2為1時，表示變頻器處于故障狀態，此狀態會反映到PLC－200，繼而反映到上位機。當接線完成后，還必須對變頻器內部參數進行設置，由于使用的電機為三相異步電動機，另外變頻器外接制動電阻。

2實驗與結果分析

2．1實驗平臺

是以本論文中的同步控制系統作為控制系統，控制對象是三臺卷揚機和三個吊桿組成的簡易平臺，吊桿加上不同重量的砝碼來模擬在同步控制過程中負載大小不同的場景。

2．2實驗步驟

1）把兩個電機所驅動的橫桿移動到0位并調節兩桿處于平衡狀態。

2）把配重100kg放到2號電機所驅動的吊桿上，1號電機驅動的吊桿無配重

3）從上位機設置參數，令2臺電機按0．09m／s的速度從0mm走到1500mm，然后再從1500mm回到0mm。從上升和下降角度來分辨電機是否實現同步。

4）利用PLC－200監控軟件以800ms的采樣頻率監控編碼器數據，并將其轉換為毫米數后記錄于表格上。

5）實驗數據分析，并把表格數據繪制成圖，觀察是否達到同步效果。

2．3實驗結果

控制系統成功控制電機實現同步，達到了同步精度、定位精度3mm內的要求。電機同步下降的同步精度比電機同步上升的同步精度要高，初步分析是因為電機速度在上升時受重力，摩擦力影響較大導致的，在后續的研究中會對此加以改進。

作者：林松潤 李軍 林嘉義 單位：廣東工業大學自動化學院