微機聯(lián)控在多電機隨動控制系統(tǒng)中的應用

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

1 問題的提出與現(xiàn)狀分析
現(xiàn)有的電機控制系統(tǒng)主要分為兩大類，一是傳統(tǒng)的繼電器-交流接觸器控制系統(tǒng)，目前仍廣泛應用于電機運行的簡單控制中，例如完成電機的點長動、正反轉、星三角變換等常規(guī)運行控制。二是微機控制技術與交流接觸器、變頻器控制系統(tǒng)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、延時定時、順序控制、機械手臂動作控制等都由PLC編程實現(xiàn)，極大地簡化了控制回路的外連電路，提高了控制精度、穩(wěn)定性和可靠性。如果用PLC和變頻器相結合共同控制電機，可以很方便地實現(xiàn)交流電機的變速、調速運行。這兩大類控制技術目前都已經相當成熟，而且得到了廣泛應用。
盡管如此，還是有許多電機應用場合的控制功能得不到滿足，例如：雙電機或多電機的異地驅動中，要求轉速嚴格同步的驅動控制；集群式太陽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，顯然不能簡單應用上述兩種控制方式來實現(xiàn)，因為隨著被控單元數(shù)量的增加和物理空間分布的分散，需要使用的PLC數(shù)量也會增加，控制系統(tǒng)的成本將激增，極大地降低了控制系統(tǒng)的性價比。本文從雙電機的同步驅動出發(fā)，探討多電機的同步驅動問題，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”隨動控制系統(tǒng)，通過單片機-變頻器-伺服電機的閉環(huán)調速驅動方式，實現(xiàn)雙電機或多電機的轉速”隨動同步”控制。

2 異地隨動轉速同步控制原理
2．1 電機實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(shù)相同，給定的電壓或頻率也相同，但由于負載轉矩不同，還是會產生實際轉速的偏差，若電機的機械特性較硬，則這個偏差不大，在不要求轉速嚴格同步的應用場合此問題可以忽略；但要求嚴格同步時則可能產生嚴重問題。例如大跨距的大型龍門吊，其雙軌行程的并行電機驅動控制中，較小的轉速偏差隨時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，甚至別死車輪；又如多電機聯(lián)軸驅動不接差速器時，偏差積累的強大力矩會使鋼軸變形等。

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