多电机集群驱动控制技术研究

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1、多电机集群控制技术研究摘要：本文主要介绍了目前多电机控制的现状和缺陷，提出了一种多电机集群控制的全新技术，并具体阐述多电机集群控制技术在混合动力液压挖掘机上的应用，以及通过对比得出多电机集群驱动控制技术性能可靠、成本低、体积小、重量轻、精确控制度高等优势，具有广大的推广前景和推广价值。关键词：多电机集群控制；混合动力液压挖掘机；集群控制；整合；控制命令字；主处理电路；缓存电路；协处理电路。1前言在一些比较复杂的设备中，如智能机器人、自动装配流水线、混合动力汽车、混合动力液压挖掘机等，均会出现多种电机存在并协同工作的状况。目前国内外对多电机控制均是对每个电机采用独立的控制电路和驱动电

2、路，这样的控制方法电路冗余多，集成度不高，硬件成本偏高，所占体积大，重量重，且对电机的精确控制度不高。针对这些现状提出了多电机集群控制技术，对所有电机采用同一个控制电路，通过减少元器件来实现降低成本、减少体积和重量等的目的。2多电机集群控制技术2.1多电机集群控制硬件组成多电机集群驱动控制硬件由外围信号接收电路，主处理器电路，缓存电路，协处理器电路，电机驱动电路组成，多电机集群驱动控制硬件结构框图见图1。图1多电机集群驱动控制硬件结构框图其中外围信号接收电路由三部分电路组成：A/D转换电路可将外部的模拟控制信号直接转换成主处理电路所需的数字信号；CAN总线收/发电路可将外部其他设备

3、传输来的电机控制信号转换成主处理电路所需的数字信号；电机反馈处理电路可将各电机的电流反馈和速度反馈转换成主处理电路所需的数字信号。主处理电路由主处理器、电容、电阻、晶振，I/O接口芯片，看门狗芯片、程序存储芯片等组成，主要支持主处理器根据程序正常运行5。缓存电路选用可读写的RAM，有地址口，数据口，读/写口，片选口等，提供主处理电路写数据存储单元和协处理电路读数据存储单元。协处理电路由协处理器、电容、电阻、晶振，I/O接口芯片，看门狗芯片、程序存储芯片等组成，主要支持协处理器根据程序正常运行。电机驱动电路由光耦，小功率驱动芯片，大功率驱动芯片等组成，主要实现强弱电隔离，功率放大和对

4、电机的驱动。2.2多电机集群控制实现过程主处理电路接收所有电机的控制信号和速度、电流反馈信号，分别进行相应的运算处理：对脉宽调速的直流电机，进行速度反馈和电流反馈的双闭环控制计算，算出每个脉冲周期的占空比，转换成固定周期内高/低电平持续时间；对变频调速的三相永磁电机，根据控制信号、速度和电流反馈的双闭环控制（三角波截取正弦波）计算，生成对应某频率的一个周期内A、B、C三相桥式电路中六个功率开关管对应的所有导通/断开持续时间；对调节励磁电流控制发电电压/功率的发电机，根据控制信号、电压/功率反馈进行闭环计算，生成周期内控制励磁电流功率开关管的导通/断开持续时间（平均励磁电流）。主处理

5、器将上述这些计算出的控制对象和控制时间存储在芯片内的寄存器中，采用同一个时钟基准进行从先到后的排序、整合，生成控制命令字。整合，就是将各个电机的单控制时间对应单控制对象合成为单控制时间对应多控制对象的计算方法。例如：最开始一个脉宽调速直流电机工作，脉冲频率5KHZ（周期200us），高电平100us，低电平100us，这时，另一脉宽调速直流电机工作，脉冲频率4KHZ（周期250us），高电平50us，低电平200us，则将第二个电机的开始时间与第一电机的最新状态开始时间同步。整合成新的数据：第一电机高电平100us，第一电机低电平第二电机高电平50us，第一电机低电平第二电机低电平

6、50us，第一电机高电平第二电机低电平100us，第一电机低电平第二电机低电平50us，………..三相电机变频调速的数据整合方法与直流电机脉宽调速整合方法相同，只是更加复杂，在这就不一一例举。主处理器在三种情况下会将控制命令字送入缓存电路：控制信号突变（生成控制命令字后）；反馈突变（生成控制命令字后）；完成一组控制命令字（每组控制命令字的个数依需要而定，通常将变频调速一个周期设为一组控制命令字）。缓存电路分上下两个存储区，主处理器在将控制命令字组送入缓存电路之前，先检查协处理器当前读数据区域，如协处理器在读上半区时，则刷新下半区，如协处理器在读下半区时，则刷新上半区，刷新完成后通知

7、协处理器结束相应半区的读工作，改从另一半区的入口地址开始顺序下读。主处理器与协处理器的信息交换采用读端口和外部中断方式。协处理器读上半区时将端口置“1”，读下半区时将端口置“0”，主处理器只需读此端口状态便知道协处理器当前所读的是缓存电路的上半区还是下半区。主处理器通知协处理器采用外部中断方式，将主处理器的一个端口与协处理器的外部中断口相连，主处理器在此端口发出一下降沿信号，使协处理器产生中断。协处理器的工作就是不断读取缓存电路存储单元的内容，根据控制命令字第一部分控