基于CAN总线的多电机同步控制研究

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1、东北大学硕士学位论文摘要基于CAN总线的多电机同步控制研究摘要许多工业生产场合都涉及多电机的同步作业，例如印刷设备、造纸设备、垂直升船机等，只有保证多个电机之间的同步运转，才能保证生产的正常运行，系统同步性能的好坏，直接影响到产品的品质和性能，因此，深入地研究多电机同步控制系统，提高其同步精度具有重要的意义。本文首先回顾了多电机同步控制的几种方法，即主令参考方式、主从方式和交叉耦合补偿方式。比较这几种方式可知，交叉耦合补偿方式能达到更好的同步控制性能。多电机同步控制中，各独立电机控制器之间需要频繁交换信息，由于cAN控制网络本身的优越性，选用它来实现

2、信息交换。为了对同步控制算法进行实验研究，我们设计了双电机同步的实验平台。实验平台采用高性能单片机为控制芯片，用PWM技术对电机进行驱动。本文对控制器单元、角度检测单元、电机驱动单元、cAN总线通信单元等电路进行了详细设计。通过实验数据建立了伺服电机的模型，并设计了各独立电机的位置环控制器。在此基础上，着重研究了交叉耦合补偿器的设计。本文通过分析加入耦合补偿器的同步系统与未加耦合补偿器同步系统的角度误差之间的关系，来指导耦合补偿器的设计。仿真实验结果表明，按此方法设计的交叉耦合补偿器能大大降低同步角度误差。考虑到系统模型的不精确性和参数的时变性，尝试

3、了采用模糊控制的方法来设计交叉耦合补偿器，并对其进行了仿真研究。关键词：cAN总线多电机传动同步控制算法交叉耦合控制器模糊控制一II—独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：颤拭日期：Ⅻ岁哥硼硝臼学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关

4、部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。(如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。)学位论文作者签名：签字日期：导师签名：签字日期：东北大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1．1多电机同步控制介绍多电机的同步控制问题在印刷设备、造纸机、垂直升船机、精密加工机床等控制系统中广泛存在。例如，在连续纸胶印机位置控制系统中，要求走纸器和主印滚之间同步跟随【1】；在门型吊车、水闸闸门等系统中，则是要求几台电机的轴严格同步传动；在仿真转台中，采用液压马达同

5、步驱动时，也存在电机同步的问题【2]。在这些系统中多个电机之间同步结果的好坏，直接影响生产效率及产品质量。因此，多电机同步控制～直是人们不懈研究的课题之一，具有非常重要的现实意义。一般说来，在由多台电机传动的生产设备中，往往都会要求各台电机之间保持同步运行关系。所谓同步，就是要求各电机的受控量满足某种线性关系：“H=膨儿-．一一只，当∥=1时，即为通常所说的同步。根据被控量一的不同，可以分为速度(角速度)同步、位置(转角)同步等系统。本文研究的对象是多电机转角同步系统。1．2多电机同步控制方式傈持多电机的同步运转通常有两种途径【3】：一种是机械传动方

6、式：另一种是电方式。采用机械传动方式时，各个运动单元机械传动轴耦合在一起，任一单元运动状态的变化都会通过机械扭矩的作用影响到其它单元的运行，这使得系统具有固有的同步特性，但传动的范围和距离不可能很大。而且由于存在着齿轮的齿隙、轴的磨损等，传动精度和同步性能不佳。与此相反，电方式的多电机的协调传动控制使用范围基本上不受限制，使用方式十分灵活。因而，研究基于电方式的同步控制，有着更为重大的意义。基于电方式的同步控制，又可分为非耦合方式和交叉耦合方式。东北大学硕士学位论文第一章绪论1．2．1．同步控制的非耦合方式Lorcnz在其文章中对多电机的同步控制方法

7、进行探讨q提出了两种非耦合的同步控制方式，即主令参考同步方式和主从同步方式。l_主令参考同步控制方式在这种控制方式下，系统的各个电机共享同一给定信号，即主令参考信号。其结构示意图如图11。在主令参考同步控制系统中，系统的输入信号，即主令参考信号，直接作用到每个单元的电机上，使每个单元获得一致的输入信号。各单元的输入信号不受除了参考信号咀外的任何其它因素的影响，所以任一单元的扰动不会影响任何其它单元的工作状态。如果仅仅是主令参考信号的波动，此时备单元的同步主要依靠各单元对主令信号的一致跟随。但当某一单元发生扰动时，系统的同步就得不到保证。该方式与机械总

8、轴方式相比，失去了各个电机之问的相互耦合环节，因而失出了机械总轴同步方式的固有同步特性。由以上分析可知，当各