基于CAN的同步运动控制的感应电动机.docx

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1、基于CAN的同步运动控制的感应电动机任军李春文赵德宗1引言由于制造工艺的快速发展，对快速灵活的自动化系统的需求正在增加。为了满足这些要求，分布式运动控制结构的基础上智能驱动器和现场总线通信趋于越来越多地取代传统的解决方案。许多类型的生产设备，如印刷机，计算机数字控制（CNC）机床，机器人和装配生产线，需要为多台电机之间以及准确地协调进行高速，高精度的业务。因此，许多关于同步运动控制的研究已经提出在最近几年。Lorenz和施密特提出了过程自动化，即同步主从方式，主从方式，方法和相对动态刚度的三种方法。交叉耦合技术，最初提出

2、的科伦生产系统和Tomizuka等扩展。许叶提出了一种新的多轴运动系统的集成控制结构。Sun等人结合相邻交叉耦合控制与自适应控制，并应用于机器人控制计划同步。其他办法，如相对耦合控制，预测控制，最优同步控制和滑动模式，也被应用到同步运动系统。然而，上述同步控制的方法，如大量的布线，电路，噪声和维护，降低了系统的可靠性，同时增加成本的复杂性，存在许多问题。特别是，上面提到的两个系统没有提供一个可行的方式来扩展自己的安排。由于在实际应用中网络技术的飞速发展，控制网络和多电机运动系统的集成成为一个现代工业前景广阔。布线系统在网

3、络控制系统可组织使用，不同于硬件连接共享数据网络，该控制系统可以提供更模块化，远程控制能力，并且易于诊断。在在本文中，系统采用滑模控制在相邻交叉耦合控制结构，实现多感应电机速度同步。速度同步的策略是稳定的，每个电机和它的两个相邻的马达同步误差为零。分布式控制区域网络（CAN）总线同步运动控制系统是简化了系统的控制结构。最后，在同步电机系统的仿真实验结果表明，该运动精度得到显着改善，灵活性和可维护性有很大进步。2滑模相邻交叉耦合的多电机同步控制策略在一般情况下，网络控制系统具有灵活性和可扩展性的优点，但其控制性相对集中控制

4、体系结构能必然是略差一下的。因此，为了提高运动精度，运用先进的运动控制策略，CAN总线的分布式控制系统同步运动变得至关重要。为了实现先进的运动控制策略，即所谓滑模相邻交叉耦合控制策略这一目标，是发达国家关于电机速度控制的要求。72．1相邻交叉耦合控制图1相邻交叉耦合控制框图如图1所示，该图为多个电机运动控制系统控制器的设计，同步控制器和其他两个相邻的序列号控制器的之间速度以稳定的速度跟踪。特别是，i个马达控制器是控制时间趋向于0，并在同一时间同步完成了（i-1）个马达，i个电机和第（i+1）电机，使同步误差εi1（t）和

5、εi2（t）的收敛于零。通过采用上述策略，每个电机控制器考虑了其他两个相邻的序列号与控制器的运动响应，使所有电动机的同步动作可以实现，且所有电动机转子的转速是同步的。。2.2滑模相邻交叉耦合控制器根据上述建议的同步策略，第i同步电机调速器包括两个部分：一是跟踪误差控制器；二是两个同步误差控制器。跟踪误差控制器用于跟踪所需的速度准确，两个同步误差控制器是用来消除与控制电机和电动机及其邻近的同步错误。在第i个同步电机速度控制器如图2，其中C2是跟踪误差控制器，C1和C3是同步误差控制器。输出的跟踪误差控制电流为iqs(io)

6、*(t)，同步误差控制器的输出电流分别表示为iqs(i1)*(t)和iqs(i2)*(t)。该控制器的输出速度是上述电流的总和。图2第i个电机转速控制器框图3基于CAN总线的多电机同步运动控制系统3.1CAN总线的应用CAN总线是一种串行通讯协议，支持分布式，可靠性高，成本低及实时控制权。图4显示了通过CAN总线同步运动控制系统的多电机结构。在每一个通信周期，中央控制器即工业控制计算机，收到每一个运动控制器的速度测量消息和同步消息，然后同时通过CAN网络发送给所有的运动控制器。当中央控制器接收来自每台电机的测量7信息后，

7、采用相邻交叉耦合控制策略可以计算出来新的速度命令。在下一个速度命令传输期间，同步速度命令iqs(i)*（i=1，2，···，n）的每个电机将通过数据包是由多个数据帧发送。选用德州仪器的DSPTMS320F2812为获选为核心的运动控制器实施。运动控制器有32个，可配置为发送或接收邮件的邮箱。每个信箱都有一个唯一的标识（ID），且运动控制器能够通过CAN接收广播消息的速度指令。当运动控制器收到完整的速度指令，运动控制器可以选择有用的命令根据ID号。具有最高优先级ID先发送给命令。然后，低优先级信息，如错误反馈信号，可以被送

8、回非线性总线仲裁机制的中央控制器。在每一个运动控制器，邮箱6用于接收同步速度指令，和邮箱4用于发送目前来文转子速度信号。图五所示，虚线是指CAN的多电机同步运动控制系统的信息流。图4CAN总线控制系统图5单一的运动控制系统框图3.2单一的运动控制系统为了建立一个精确的多电机分布式运动控制系统，所有的单电机控制系统应精