雙速度環(huán)在雙馬達直流調速系統中的應用

　　在以往的雙馬達直流調速驅動(dòng)系統中，從環(huán)路上米講，采用的都是雙電流環(huán)單速度環(huán)工作體制。對每個(gè)馬達控制器來(lái)說(shuō)，除了電流環(huán)以?xún)鹊挠嘘P(guān)電路可以利用外，每個(gè)馬達控制器上的速度調節器和速度反饋電路都不能利用，為了對兩個(gè)馬達的轉速進(jìn)行控制，還必須另做速度環(huán)，這顯然是多余的。

　　本文介紹采用雙速度環(huán)的方案實(shí)施控制時(shí)。在實(shí)際應用中會(huì )出現哪些不同于單速度環(huán)體制雙馬達驅動(dòng)系統的新問(wèn)題，以及如似解決這些問(wèn)題。

1 單速度環(huán)的雙馬達驅動(dòng)系統

　　烈馬達驅動(dòng)系統采用的足單速度環(huán)體制。其原理如圖1所示。由圖1可以看出，對單速度環(huán)雙馬達驅動(dòng)系統來(lái)說(shuō)兩個(gè)馬達共用一個(gè)速度調節器，從兩個(gè)馬達的測速機輸出取信號求和后作為速度反饋信號來(lái)構成趣度環(huán)，從而把兩個(gè)獨立的電流環(huán)閉在同一速度環(huán)內。

　　力矩偏置信號是從速度調節器的輸出取出作為力矩偏置電路的輸入，將力矩偏置電路的輸出作為電流環(huán)的一個(gè)輸入分量，通過(guò)兩個(gè)獨立的電流環(huán)給兩個(gè)馬達施加大小相等、方向相反的偏置力矩，以起到消除傳動(dòng)齒隙、提高系統性能的作用。

　　由于偏置力矩的引入，必然會(huì )引起處于動(dòng)態(tài)運行狀態(tài)下的兩個(gè)馬達之間的差速振蕩。若不采取其他措施，由和速度反饋信號構成的單速度環(huán)自身是無(wú)法抑制這種差速振蕩的，只有從兩個(gè)測速機輸出取信號求差后分別引入兩個(gè)馬達的電流環(huán)，才能起到抑制雙馬達運行過(guò)程中所產(chǎn)生的差速振蕩的作用。

2 雙速度環(huán)雙馬達直流驅動(dòng)系統

2.1 系統原理框圖

　　雙速度環(huán)雙馬達直流驅動(dòng)系統的原理框圖如圖2所示。由圖2可以清楚地看到，雙速度環(huán)雙馬達直流驅動(dòng)系統中的兩個(gè)電流環(huán)及兩個(gè)速度環(huán)均是完全獨立的。

　　力矩偏置信號是從兩個(gè)速度調節器的輸出取出作為力矩偏置電路的輸入，然后與雙電流環(huán)、單速度環(huán)的雙馬達驅動(dòng)系統一樣，把力矩偏置電路的輸出分別引入到兩個(gè)電流環(huán)，給兩個(gè)馬達施加大小相等、方向相反的偏置力矩，以起到消除傳動(dòng)齒隙的作用。

2.2 雙速度環(huán)驅動(dòng)系統的特點(diǎn)

2.2.1 可以自行抑制雙馬達之間的差速振蕩

　　與單速度環(huán)雙馬達驅動(dòng)系統一樣，力矩偏置信號的引入仍然會(huì )引起動(dòng)態(tài)運行狀態(tài)下的兩個(gè)馬達之間的差速振蕩，但對雙速度環(huán)來(lái)說(shuō)，無(wú)需采取其他措施便可以起到抑制差速振蕩的作用。因為不論系統處于何種狀態(tài)下，兩個(gè)速度環(huán)是獨立的，速度指令Ugv1總是與取自測速機TG1的反饋信號Ufv1相比較構成速度閉環(huán)，力圖使Ufv1的幅值與Ugv1的幅值相等。同樣，速度指令Ugv2總是與取自測速機TG2的反饋信號Ufv2形成另外的速度閉環(huán)，力圖使Ufv2幅值與Ugv2的幅值相等；而兩個(gè)速度環(huán)的輸入指令Ugv1，Ugv2的幅值總是相等的，所以?xún)蓚€(gè)獨立的速度環(huán)調節的結果使得兩速度反饋信號Ufv1和Ufv2的幅值盡量相等，而Ufv1和Ufv2又與各自相對應的馬達轉速成正比。

　　通常情況下，可以認為兩個(gè)測速機的靈敏度(即兩個(gè)測速機的輸出電壓與各自所對應的馬達轉速之比)是一樣的，所以?xún)蓚€(gè)獨立的速度環(huán)控制的結果總是使得兩個(gè)受控的馬達之間的轉速相等，也就是說(shuō)他可以起到自行調節任何狀態(tài)下的兩個(gè)馬達之間轉速不一致的作用，當然可以起到抑制差速振蕩的作用。

2.2.2 兩馬達有可能出現輸出力矩不一致的現象

　　由于兩個(gè)嚙合在一起的馬達分別受控于兩個(gè)獨立速度環(huán)，所以在運行過(guò)程中有可能出現兩個(gè)馬達的輸出力矩不一致的現象，原因分析如下：

　　首先，兩個(gè)馬達是通過(guò)傳動(dòng)機構嚙合在一起的，所以當系統處于穩態(tài)運行時(shí)，兩馬達的轉速是相等的。雖然兩馬達的轉速相等，兩速度環(huán)的輸入指令Ugv1，Ugv2的幅值也相等，由于兩馬達所對應的測速機的性能客觀(guān)上存在一定差異，致使兩測速機輸出電壓的幅值不一定完全相等，也就是說(shuō)兩速度環(huán)的速度反饋信號Ufv1和Ufv2的幅值并不完全相等，使得|Ugv1-Ufv1|≠|Ugv2-Ufv2|，必然造成兩電流環(huán)的輸入指令Ugi1和Ugi2二者幅值不等。

　　其次，即使|Ugv1-Ufv1|=|Ugv2-Ufv2|，但由于兩速度環(huán)所用的速度調節器ST1，ST2是獨立的，盡管調節器ST1和ST2的各對應元件的標稱(chēng)值完全一樣，由于元件的離散性也必然造成Ugi1和Ugi2二者的幅值不等。

　　綜上所述，無(wú)論是兩個(gè)速度反饋信號之間存在幅值上的差異，還是兩個(gè)速度調節器各對應的元件之間的離散性，都會(huì )導致兩個(gè)電流環(huán)的輸入指令Ugi1，Ugi2的幅值不等，當然兩馬達輸出的電流就不一樣，也就是說(shuō)兩馬達的輸出力矩不一致。

　　若速度調節器ST選用比例調節器，兩馬達輸出力矩的差異還不會(huì )太嚴重，如果ST選用比例積分調節器，那么工作在雙速度環(huán)體制下的同一驅動(dòng)系統中的兩個(gè)馬達就有可能出現一個(gè)馬達的輸出力矩很小，而另一個(gè)馬達的輸出力矩則很大的現象，這樣輸出電流小的馬達就明顯的成了輸出電流大的馬達的負載，這種現象必須想辦法克服。

2.2.3 力矩均衡

　　從前面的分析可知，雙速度環(huán)體制有可能造成兩個(gè)電流環(huán)的輸入指令幅值不相等，從而導致了兩馬達的輸出力矩的不一致，如果能使得兩個(gè)電流環(huán)的輸入指令的幅值趨于相等，就可以起到抑制兩馬達輸出力矩不一致的作用。目前工程中采用的辦法如圖2中所示，即從兩電流反饋Ufi1，Ufi2取信號，通過(guò)求差電路(力矩均衡電路)將輸出信號△M分別引入兩馬達的速度環(huán)輸入端，也就是在速度指令Ugv1和Ugv2上分別迭加一個(gè)和兩個(gè)馬達的輸出電流有關(guān)的輸入分量△M。

　　系統在運行過(guò)程中，在不考慮偏置電流的情況下，若兩馬達的輸出電流幅值相等，則電流反饋信號己Ufi1，Ufi2二者幅值相等，△M=0；若馬達輸出電流幅值不等，則△M≠0，假若Ufi1的幅值大于Ufi2的幅值，只要△M能起到使Ugi1的幅值下降，Ugi2的幅值上升，反之，若Ufi1的幅值小于Ufi2的幅值，△M能起到使Ugi1的幅值上升，Ugi2礎的幅值下降的作用，便可以確保雙速度環(huán)控制的雙馬達系統中的兩個(gè)馬達系統中的兩個(gè)馬達的輸出力矩趨于一致，實(shí)驗證明這種方法確實(shí)是行之有效的。

3 結 語(yǔ)

　　雙速度環(huán)驅動(dòng)系統已應用于工程中，實(shí)踐證明了他的可行性和獨特的優(yōu)越性。