基于EtherCAT通信的双伺服电机同步驱动系统研究

发布时间：2020-08-12 20:48

【摘要】：随着现代制造业的不断发展,由于传统的采用液压系统或气动驱动的拉床、压力机、折弯机等制造装备,在实际应用中暴露出位置定位精度较差,加工精度不高,工作时噪声比较大,加工效率低等缺陷,正逐步被伺服拉床、伺服压力机、伺服折弯机等采用永磁交流伺服系统驱动的高端制造装备所取代。但是这类大型制造设备在应用时,出力要求比较高,吨位比较大,而采用传统的通用永磁交流伺服系统驱动时,要达到相同的吨位,仅仅使用一个电机来进行驱动,就需要永磁同步电机进行大功率输出,由于永磁同步电机设计技术和制造工艺的限制,现在还无法达到。所以目前我们往往采用双电机或多个电机共同驱动的方案来进行。采用这种方案进行驱动时,为了让多电机更好地协调运行,需要一个同步控制系统对各个电机进行控制。因为一个同步驱动控制系统的同步精度的大小严重影响着产品质量和生产效率,所以通过研究多电机同步控制技术来提高同步控制系统的同步控制精度,不仅能够推动多轴控制技术的发展,还能为提高产品质量和生产效率作出巨大贡献。从控制对象上分,多电机同步驱动技术可以分为位置同步驱动技术和速度同步驱动技术。目前,国内外学者在多电机速度同步驱动技术上取得的研究成果较多,而对多电机位置同步技术的研究较少。本文主要针对双电机位置同步控制技术进行研究。目前,双电机位置同步控制主要存在的关键技术有,第一:如何提高双电机位置同步驱动系统在负载突变时的同步精度,减小两个电机间的位置同步误差;第二:如何提高伺服驱动系统对上位机指令的动态响应能力和跟踪能力。本文主要围绕这两个关键技术对双电机位置同步控制技术展开了研究,以提高双电机位置同步驱动系统的同步精度和抗扰动能力为研究目标,提出了一种基于交叉耦合集成前馈的同步控制策略;同时以提高伺服驱动系统对上位机指令的动态响应能力和跟踪能力为研究目标,设计了一种基于EtherCAT通信的双伺服电机同步驱动系统。本文的主要内容包括以下几个部分:首先,对四种常见的双电机速度同步控制策略的基本原理进行了分析,然后借鉴双电机速度同步控制的方法,提出一种基于交叉耦合集成前馈的位置同步控制策略。并在Matlab/Simulink中搭建了双伺服电机同步驱动系统的模型,进行了四种同步控制方案的对比仿真实验。仿真结果证明提出的同步控制策略是可行的,具有较高的同步精度。其次,为了提高伺服驱动系统对上位机指令的动态响应能力和跟踪能力,引入工业以太网EtherCAT作为通信方式,设计了基于EtherCAT通信的双伺服电机驱动系统,并利用TwinCAT2软件编写了双电机同步驱动的PLC控制程序和HMI人机交互界面。最后,为了验证仿真的正确性和同步驱动方案的可行性,搭建了双伺服电机联动实验平台,进行了双伺服电机联动实验和双伺服电机同步控制策略实验。实验结果显示所设计的双伺服电机驱动系统具有良好的位置同步精度和定位精度,能够在对位置同步精度和定位精度要求都比较高的场合应用。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP273;TM383.4

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本文编号：2791007