微機聯(lián)控在多電機隨動控制系統(tǒng)中的應用

2．3 多電機隨動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理
在多電機驅(qū)動系統(tǒng)中，每臺電機都設有專用的單片機隨動控制器、角度／轉(zhuǎn)速傳感器、變頻驅(qū)動器和伺服驅(qū)動電機，各自都構(gòu)成有轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其主動電機數(shù)據(jù)作為給定值是具有群控引領作用的數(shù)據(jù)，各單片機與主控制器之間采用串口通信或I2C總線連接，構(gòu)成集散式控制系統(tǒng)，各單片機隨動控制器一方面接收主控制器發(fā)送的轉(zhuǎn)速給定值，同時接收轉(zhuǎn)速傳感器檢測的本機轉(zhuǎn)速值，同樣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(diào)量并消除靜差，使眾多隨動電機轉(zhuǎn)速與給定值轉(zhuǎn)速之間真正實現(xiàn)并行同步。由于采用串口通信，主控制器可以向各隨動控制器發(fā)送相同的給定值，也可根據(jù)需要發(fā)送不同的給定值，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的同步、異步和特殊控制要求。

2．4 單片機集散式控制系統(tǒng)特點
單片機集散式控制系統(tǒng)具有操作和管理集中、多機現(xiàn)場控制、線路連接簡便、主機還可擴展上位機的USB接口和互聯(lián)網(wǎng)絡接口，為進一步擴展工程應用范圍，運行更復雜的程序，實現(xiàn)更多樣的控制功能奠定基礎。由此可知，凡是需要集群多工位電機并行的群控隨動控制系統(tǒng)，都適用以單片機集散式控制構(gòu)建控制系統(tǒng)，本文的意義就在于設計構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、性能穩(wěn)定、可并行工作的群控隨動控制系統(tǒng)。(集散式控制方框圖、遠程串行接口電路詳見《電子技術(shù)》2009，12期《多微機聯(lián)控在大型三面翻廣告設備中的應用》一文)

3 隨動控制系統(tǒng)中電機轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向的檢測
實現(xiàn)多電機同步隨動的關鍵之一是轉(zhuǎn)予位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向的檢測，可選的檢測方案有多種，這里介紹使用自整角機的檢測方法。檢測值經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送單片機作進一步的程序分析。(模數(shù)轉(zhuǎn)換電路詳見《電子技術(shù)》2009，12期《多微機聯(lián)控在大型三面翻廣告設備中的應用》一文)
3．1 電機轉(zhuǎn)子位置的檢測
由自整角機原理可知，發(fā)送方通電轉(zhuǎn)子的電壓有效值一定時，其交變磁場在定子三相繞組中的感生電勢因位置的不同其電壓有效值就不同，對三相電勢有效值的檢測和分析即可獲取轉(zhuǎn)子靜態(tài)和動態(tài)的位置信息。

3．2 電機轉(zhuǎn)速的檢測
自整角機三相定子繞組中任一相感生電勢有效值的大小變化速率，正比于轉(zhuǎn)子位置的變化速率。若轉(zhuǎn)子靜止不動，則定子感生電勢大小不變；反之定子電壓有效值變化越快，說明轉(zhuǎn)子位置變化越快。對電壓有效值變化速率的檢測和分析，即可獲得被測電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。(參看圖5自整角變壓器)
3．3 電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向的檢測
由于轉(zhuǎn)子靜止時，必有某相感生電勢有效值較大，另兩相較小。根據(jù)三相定子繞組空間分布情況，設ABC三相在某時刻為B相電勢有效值較大，A、C兩相電勢有效值較小，則下一時刻若A相電勢減小、C相電勢增大，說明轉(zhuǎn)子在順時針旋轉(zhuǎn)；反之若A相電壓增大、C相電壓減小，說明轉(zhuǎn)子作逆時針旋轉(zhuǎn)。
3．4 系統(tǒng)中主動電機的選擇
自整角機可以用來檢測主動電機轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等數(shù)據(jù)，也可用來檢測隨動電機轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等數(shù)據(jù)，在雙電機驅(qū)動中，只要兩電機的機電常數(shù)相同，飛輪轉(zhuǎn)矩相同，則主動與隨動可以較方便地切換；在多電機隨動中，主動電機只能有一個，通常選擇在控制系統(tǒng)中具有主導作用或引領作用的電機為主動電機。
例如：在由雷達天線主導的自動高炮群隨動控制系統(tǒng)中，雷達天線的驅(qū)動電機作為主動電機；在群控太陽能采集板控制系統(tǒng)中，具有光線方向采集與識別的太陽能采集板驅(qū)動電機作為主動電機。

4 最少拍控制與PID控制的特點
4．1 最少拍控制算法的特點
在結(jié)構(gòu)最優(yōu)化的最少拍控制系統(tǒng)中，一個采樣周期稱為一拍，對特定給定的輸入量，能在最少采樣周期數(shù)內(nèi)使系統(tǒng)輸出量達到無靜差的穩(wěn)定狀態(tài)，所以又稱為最少拍控制或時間最優(yōu)控制。
設特定的輸入量為r(k)，系統(tǒng)輸出為c(k)，被控對象的傳遞函數(shù)為G(Z)，數(shù)字控制器的控制算法為D(Z)，控制偏差為E(z)；當G(Z)D(z)=1時，c(k)能即時準確跟蹤r(k)必須滿足的條件有兩個，即：a．G(Z)穩(wěn)定；b．D(Z)可實現(xiàn)。
所以其特點是：
(1)對特定的r(k)，當ess=lim[r(k)-c(k)]=O時，系統(tǒng)輸出無靜差；
(2)且c(k)準確跟蹤r(k)所需的采樣周期數(shù)為最少；
(3)控制系統(tǒng)穩(wěn)定；
(4)控制算法D(Z)可實現(xiàn)。