微機聯(lián)控在多電機隨動(dòng)控制系統中的應用

摘要：隨動(dòng)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變化，可使系統的隨動(dòng)變量快速、準確地跟隨給定值任意變化。主要解決一定精度的跟隨問(wèn)題。本文介紹使用多臺自整角機分別實(shí)現對多臺驅動(dòng)電機轉子位置信號的檢測，應用單片機對采集到的信號進(jìn)行處理和傳送，提出基于單片機和變頻器對異步電機轉速實(shí)施閉環(huán)控制的隨動(dòng)伺服控制系統，實(shí)現高性能的電機異地隨動(dòng)控制。
關(guān)鍵詞：伺服控制；自整角機；單片機；變頻器；伺服電機

1 問(wèn)題的提出與現狀分析
現有的電機控制系統主要分為兩大類(lèi)，一是傳統的繼電器-交流接觸器控制系統，目前仍廣泛應用于電機運行的簡(jiǎn)單控制中，例如完成電機的點(diǎn)長(cháng)動(dòng)、正反轉、星三角變換等常規運行控制。二是微機控制技術(shù)與交流接觸器、變頻器控制系統結合，主要的控制形式是可編程序控制器(PLC)在電機控制電路中的應用，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(shí)定時(shí)、順序控制、機械手臂動(dòng)作控制等都由PLC編程實(shí)現，極大地簡(jiǎn)化了控制回路的外連電路，提高了控制精度、穩定性和可靠性。如果用PLC和變頻器相結合共同控制電機，可以很方便地實(shí)現交流電機的變速、調速運行。這兩大類(lèi)控制技術(shù)目前都已經(jīng)相當成熟，而且得到了廣泛應用。
盡管如此，還是有許多電機應用場(chǎng)合的控制功能得不到滿(mǎn)足，例如：雙電機或多電機的異地驅動(dòng)中，要求轉速?lài)栏裢降尿寗?dòng)控制；集群式太陽(yáng)能采集板多電機的轉角同步控制等等。對電機的這種并行同步控制需求，顯然不能簡(jiǎn)單應用上述兩種控制方式來(lái)實(shí)現，因為隨著(zhù)被控單元數量的增加和物理空間分布的分散，需要使用的PLC數量也會(huì )增加，控制系統的成本將激增，極大地降低了控制系統的性?xún)r(jià)比。本文從雙電機的同步驅動(dòng)出發(fā)，探討多電機的同步驅動(dòng)問(wèn)題，應用角度傳感器(自整角機)和單片機組成多微機聯(lián)控的”集散式”隨動(dòng)控制系統，通過(guò)單片機-變頻器-伺服電機的閉環(huán)調速驅動(dòng)方式，實(shí)現雙電機或多電機的轉速”隨動(dòng)同步”控制。

2 異地隨動(dòng)轉速同步控制原理
2．1 電機實(shí)際轉速偏差形成的原因與危害
交流電機控制電路中，通常采用開(kāi)環(huán)的位式控制或采用變頻器的變速控制。盡管各電機參數相同，給定的電壓或頻率也相同，但由于負載轉矩不同，還是會(huì )產(chǎn)生實(shí)際轉速的偏差，若電機的機械特性較硬，則這個(gè)偏差不大，在不要求轉速?lài)栏裢降膽脠?chǎng)合此問(wèn)題可以忽略；但要求嚴格同步時(shí)則可能產(chǎn)生嚴重問(wèn)題。例如大跨距的大型龍門(mén)吊，其雙軌行程的并行電機驅動(dòng)控制中，較小的轉速偏差隨時(shí)間積累將形成很大的行程偏差，加大了輪轂與鋼軌的側向摩擦力，甚至別死車(chē)輪；又如多電機聯(lián)軸驅動(dòng)不接差速器時(shí)，偏差積累的強大力矩會(huì )使鋼軸變形等。

2．2 雙電機簡(jiǎn)單隨動(dòng)控制結構及原理
雙電機驅動(dòng)控制系統中，為了避免由于負載轉矩的不同，導致電機轉速產(chǎn)生偏差，應設雙電機中任一電機為主動(dòng)電機，另一電機為隨動(dòng)電機。主控電機直接接受操作控制或變頻器驅動(dòng)，設有主控單片機控制器，角度／速度傳感器，將主動(dòng)電機的轉子位置、轉速、轉向數據采集處理后向隨動(dòng)電機控制器串行發(fā)送；隨動(dòng)控制器接收主控制器發(fā)來(lái)的主動(dòng)電機數據作為給定值，且與角度轉速傳感器、變頻驅動(dòng)器和伺服驅動(dòng)電機組成有轉速反饋的閉環(huán)控制系統。應用最少拍控制算法以提高響應的實(shí)時(shí)性并消除靜差，或應用PID控制算法減小過(guò)調量并消除靜差，使隨動(dòng)電機與主動(dòng)電機的轉速真正實(shí)現并行同步。