伺服電機作為機電一體化系統(tǒng)中的一個重要執(zhí)行元件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能多樣、控制容易等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于需要精確控制速度、位置、力矩的場合，在各類生產(chǎn)線上獲得了普遍的使用。特別地，很多生產(chǎn)線上都同時采用了多個伺服電機，當這些伺服電機之間存在著速度、位置等的相互約束時，就需要對這些電機從整體的角度進行分析，用適當?shù)目刂撇呗詫崿F(xiàn)對各電機速度等的協(xié)調(diào)控制，以滿足生產(chǎn)的需要。本文以空調(diào)濾芯生產(chǎn)線為例，討論了多個伺服電機串聯(lián)同步控制問題，建立了該生產(chǎn)線的多伺服電機串聯(lián)控制系統(tǒng)。
二、空調(diào)濾芯生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)特征空調(diào)濾芯生產(chǎn)線是生產(chǎn)空調(diào)中空氣過濾所用的折疊式紙質(zhì)濾芯的設(shè)備，其工作原理如所示：1.壓痕軋2.拖動軋3.折疊系統(tǒng)4.噴頭空調(diào)濾芯生產(chǎn)線工作原理從圖中可以看出，在該系統(tǒng)中，濾紙在拖動軋輥2的拉動下，首先進人壓痕軋輥1，由軋輥從正反兩面在濾紙上每隔一定距離壓出折疊所需的痕跡；然后濾紙經(jīng)過拖動軋輥2而進入噴膠部分，由plc控制噴頭4在每兩個壓痕之間噴膠；最后到達折疊系統(tǒng)3，濾紙被折疊起來并利用噴在濾紙上的膠水粘住以便在相同的外部體積下增加濾紙接觸空氣的面積。
在這個生產(chǎn)系統(tǒng)中，由于濾芯是紙質(zhì)的，如果生產(chǎn)速度不一致則很容易把濾紙拉斷，因此，系統(tǒng)要求在整個生產(chǎn)流程中，各部分的濾紙運行速度保持嚴格的一致性，從而要求生產(chǎn)線上各個驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速必須滿足嚴格的比率關(guān)系。為此，我們在該系統(tǒng)中采用了三個高精度的松下minas系列200w的三相伺服電動機，分別用于壓痕部分乳輥1、拖動軋輥2、折疊系統(tǒng)3的驅(qū)動。
三、多伺服電機串聯(lián)同步控制系統(tǒng)在本控制系統(tǒng)中采用的minas系列電機具有高達500hz的響應(yīng)速度，新增加了陷波濾波器和撓動監(jiān)測，定位時間更短。并能選擇2500p/r增量式編碼器或高精度的17位編碼器。在外部控制上有速度、位置、轉(zhuǎn)矩三種單一方式和位置-速度、位置-轉(zhuǎn)矩、速度-轉(zhuǎn)矩三種復(fù)合方式，能滿足本生產(chǎn)設(shè)備的控制要求。
在工業(yè)控制應(yīng)用中，多伺服電機系統(tǒng)通常有如下幾種控制結(jié)構(gòu)：―h司服電機11――ph詞服電機11――服電機1―1何服電機（何服電機2―>h何服電機21――伺服電機同步傳動關(guān)系中，（a）為獨立式結(jié)構(gòu)，（b）為并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，（c）為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)?？紤]到本系統(tǒng)中各個電機的轉(zhuǎn)速要求成一定比率，很明顯，（a）是不可行的，因為其速比完全是靠外部系統(tǒng)獨立調(diào)節(jié)，沒有充分利用驅(qū)動器本身的功能；對于（b），則是通過外部輸人信號來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，靠調(diào)節(jié)速度指令輸人增益來調(diào)節(jié)電機之間的轉(zhuǎn)速比，如果輸人的是模擬信號，則精度不夠，輸人數(shù)字脈沖信號則要外加可調(diào)脈沖發(fā)生電路；因此，本系統(tǒng)最后采用了（c）結(jié)構(gòu)的控制方式，由外部模擬電壓控制第一個電機，然后由第一個電機的編碼器輸出脈沖作為第二個電機的控制輸人，以此類推到第三個電機。這樣，利用伺服電機本身編碼器的位數(shù)與驅(qū)動器脈沖輸入時的分辨率就可以保證系統(tǒng)運行的精度，而轉(zhuǎn)速比則由驅(qū)動器內(nèi)部的分倍頻功能設(shè)定。
電氣傳動和自動控制21困3系統(tǒng)控制框圖a相脈沖輸出>" rb相脈沖輸出脈沖bw toz相脈沖輸出輸出電路輸入電路在該控制系統(tǒng)中，控制面板在接收伺服電機反饋過來的各種報警、指示信號的同時，所發(fā)出的控制信號主要包括兩大部分：伺服使能信號與速度控制信號。
伺服使能信號直接與每個電機相連，系統(tǒng)啟動時，同時打開三個電機的驅(qū)動器以使電機能運轉(zhuǎn)。速度控制信號則由電機啟動/停車信號與電壓模擬童信號合并而成，由于第一個電機采用速度控制方式，因此由控制面板發(fā)出的電壓信號可以直接用來調(diào)節(jié)其速度。第二個電機與第三個電機都采用位置控制方式，由上一級電機編碼器的輸出脈沖作為其控制輸人，這里，在編碼器輸出信號與次級電機輸入信號之間不接任何指令脈沖分倍頻與脈沖類型轉(zhuǎn)換電路，原因在于編碼器輸出脈沖類型與電機位置控制時可接收的脈沖類型有相同部分。同時，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動器內(nèi)部的分倍頻關(guān)系或編碼器每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)，可以任意調(diào)節(jié)兩個電機之間的轉(zhuǎn)速比率。松下伺服電機的分倍頻比率關(guān)系由如下的式子所確定：由以上分析可知，系統(tǒng)的控制電路應(yīng)該圍繞伺服電機的串聯(lián)結(jié)構(gòu)來考慮，整個生產(chǎn)設(shè)備的控制簡圖。
其中，m為比率關(guān)系，a為指令脈沖分倍頻分子，范圍為1-1，b為指令脈沖分倍頻分子倍率，范圍為1-17；c為指令脈沖分倍頻分母，范圍為1-1.同時，ax2b須小與2621440，大于此值時，自動由2621440代替?？梢姡撍欧姍C所提供的轉(zhuǎn)速比率關(guān)22電氣傳動和自動控制。
系有很大的調(diào)節(jié)范圍，調(diào)節(jié)的精度也足夠，在本系統(tǒng)中是完全適用的了。另一方面還可以看到，伺服電機與plc是相互獨立的，這是因為利用了位置傳感器來探測濾紙的位置，plc根據(jù)傳感器來的信息決定何時開始噴膠、何時停止噴膠。這樣做的好處是：決定系統(tǒng)運行速度的伺服電機轉(zhuǎn)速可以隨機調(diào)節(jié)，從而使設(shè)備的運轉(zhuǎn)可以無級調(diào)速，帶來了更大的生產(chǎn)柔性；同plc的編程。
3電機接口電路的簡化在上文所說的電機串聯(lián)控制中，按通常用法，來自電機1、2內(nèi)部分頻器的編碼器信號將通過長線驅(qū)動器（使用am26ls32或其等效品）提供差分輸出，如。
同樣，對于脈沖輸人控制的電機2、3也箱要通過am26ls31將兩路輸人轉(zhuǎn)為四路輸人（見）。因此，按通常方式的接線，三個電機的同步連接控制需要am26ls32、am26ls31各兩塊。而在本系統(tǒng)中，可以將輸出端的a相、b相脈沖輸出接到輸人端的指令脈沖輸人端以實現(xiàn)電機的串聯(lián)同步控制。很顯然，通過長線驅(qū)動器的輸人輸出電路具有傳輸距離長、對噪聲不敏感等的優(yōu)點。但在本控制系統(tǒng)中，三個伺服驅(qū)動器是集中放置于同一個控制柜中，相互之間的距離很短，信號有足夠的強度來抗干擾，因此可以考慮將am26ls31與am26ls31芯片省略。事實上，這兩塊芯片起的作用正好是相反的，完全可以將其省略而直接把0a+連到pulsl，a-連到puls2，ob+連到sign1，gb-連到sign2上，在本系統(tǒng)的實驗運行中也證實了該種連接方法的可行性。
四、結(jié)束語本文以空調(diào)濾芯生產(chǎn)線為例，詳細介紹了基于串聯(lián)結(jié)構(gòu)的伺服電機同步控制系統(tǒng)的構(gòu)成與具體實現(xiàn)，并在驅(qū)動器近距離安裝的條件下簡化了電機的接口電路，實驗證明，該系統(tǒng)是可行的，在實際應(yīng)用中也具有較大的使用價值。
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