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CN104528277B - 一种双电机同轴线实时同步拖动系统及同步方法 - Google Patents

一种双电机同轴线实时同步拖动系统及同步方法 Download PDF

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CN104528277B
CN104528277B CN201410695228.7A CN201410695228A CN104528277B CN 104528277 B CN104528277 B CN 104528277B CN 201410695228 A CN201410695228 A CN 201410695228A CN 104528277 B CN104528277 B CN 104528277B
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王郑拓
傅建中
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Suzhou Hongan Machinery Co., Ltd
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SUZHOU ZIJINGANG INTELLIGENT MANUFACTURING EQUIPMENT Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种双电机同轴线实时同步拖动系统及同步方法，包括：两套同轴线对称安装的电机传动装置及一同步控制器，每套电机传动装置均包括：步进电机、步进电机驱动器、编码器、减速器、链轮、定位码盘、定位销及气缸，同步控制器通过步进电机驱动器驱动步进电机，编码器安装于步进电机上采集步进电机的转动角度信息并实时传送给同步控制器。本发明的系统实时同步拖动精度高，同步控制器、编码器、步进电机驱动器及步进电机构成闭环系统，能实时补偿位置偏差，提高双电机的实时同步性；定位码盘、定位销、气缸构成机械式定位回零系统，可消除系统运行过程中由减速器等中间传动环节所引起的定位偏差，有效提高了传动精度。

Description

一种双电机同轴线实时同步拖动系统及同步方法
技术领域
本发明涉及一种电机同步拖动系统及同步方法，具体涉及一种双电机同轴线实时同步拖动系统及同步方法。
背景技术
随着工业生产自动化程度的提高以及生产规模的扩大，基于单电机的传动方法已经越来越难以满足高精度和高柔性化的生产线传输要求，多电机传动的需求不断增大，多电机传动控制方法是指通过机械或者电控方法同时对多台电机进行精确控制与补偿以达到多电机协调传动的一种控制方法，具有传送精度高、同步性好等优点。
以金属网带传输为例，金属网带的结构如图4所示，由弹性金属网、直心力骨以及马蹄形链片组成。在传输过程中，马蹄形链片的中空部分啮合在链轮上，电机带动链轮拖动金属网带运动。由于应用场合不同，金属网带有多种规格，每种规格的宽度从600mm到1100mm不等。若将两个链轮安装在同一转轴上由单一电机带动，则传输线的柔性度大大降低；而且，当转轴较长时，由于转轴两端扭转力矩较大，在工作过程中转轴很容易产生较大的扭转变形，从而大大影响金属网带两端的同步性。
由此可见，目前电机传动系统存在以下局限性：1）单电机同轴传动系统柔性差，不能适用于对系统柔性要求较高的场合，而且在大轴距大扭矩情况下容易产生两端不同步现象；2）双电机传动方法难以兼顾成本和性能。若采用伺服电机驱动，实时同步性能可以保证，但制造成本大大增加；若采用步进电机，制造成本可以较好控制，但步进电机因负载扰动因素会产生丢步现象，形成累积误差从而影响传动精度与实时同步性。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双电机同轴线实时同步拖动系统及同步方法。具有传动精度高、柔性化程度好，实施及维护成本低等优点。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种双电机同轴线实时同步拖动系统，包括：两套同轴线对称安装的电机传动装置及一同步控制器，每套电机传动装置均包括：步进电机、步进电机驱动器、编码器、减速器、链轮、定位码盘、定位销及气缸，所述步进电机与减速器联接，链轮安装于减速器的输出轴上，所述定位码盘安装于链轮靠近定位销的一侧，所述定位销安装于气缸的推杆上，定位码盘上形成有若干个供定位销插入的定位孔；所述同步控制器通过步进电机驱动器驱动步进电机，所述编码器安装于步进电机上采集步进电机的转动角度信息并实时传送给同步控制器。
优选地，前述定位孔等角度地均匀分布于定位码盘上。
进一步优选地，前述定位销的端部形成有锥度以方便插入定位孔内。
前述链轮是能够拆卸更换的以提高灵活性。
进一步地，前述两套电机传动装置滑动安装于同一导杆上，以方便调节两者的距离以方便应用于不同规格的产品。
具体地，前述同步控制器内设有两套控制系统和两套偏差补偿系统。
更为具体地，前述编码器将采集的步进电机的转动角度信息传送给偏差补偿系统。
此外，本发明还公开了基于前述的同步拖动系统的同步方法，具体包括如下流程：
a、分别读取两台步进电机的当前转动角度；
b、计算两台步进电机之间的位置偏差；
c、判断位置偏差是否小于容许同步偏差，如果小于容许同步偏差，则进入步骤d；否则，根据两台步进电机之间的位置偏差值给出补偿量，对转动角度滞后的步进电机进行补偿，然后转入步骤a；
d、判断步进电机是否到达程序设定的停止位置，如果两台步进电机均到达程序设定的停止位置，则转入步骤e；否则，根据步进电机的位置与程序设定的停止位置之间的差值给出补偿量，对步进电机进行补偿，然后转入步骤a；
e、气缸动作，推动定位销插入定位码盘上的定位孔，完成定位码盘的定位。
本发明的有益之处在于：
（1）、本发明的系统实时同步拖动精度高。同步控制器、编码器、步进电机驱动器及步进电机构成闭环系统，能实时补偿位置偏差，提高双电机的实时同步性；定位码盘、定位销、气缸构成机械式定位回零系统，可消除系统运行过程中由减速器等中间传动环节所引起的定位偏差。
（2）、本发明的系统柔性化程度高，可用于不同种类或规格物料的拖动作业，能够灵活调节两链轮的间距；同时，本发明的链轮也可根据物料种类或规格来更换。
（3）、本发明实施及维护成本低，具有较高的性价比。采用低成本的步进电机取代现有技术中昂贵的伺服电机；同步控制器内的系统也更加简单，维护成本较低。
（4）、同步方法准确及时，偏差补偿系统处理两步进电机位置信息，并根据容许同步偏差给出补偿量；实际运行时，减速器等中间传动环节会引起累积定位误差，本发明利用定位销插入定位孔的机械式定位回零系统消除该误差。
附图说明
图1是本发明的一种双电机同轴线实时同步拖动系统的一个优选实施例的立体结构示意图；
图2是图1所示实施例的系统框图；
图3是基于图1的同步拖动系统的同步方法的流程图；
图4是现有技术中的金属网带的结构示意图。
图中附图标记的含义：1、步进电机，2、步进电机驱动器，3、编码器，4、减速器，5、链轮，6、定位码盘，7、定位销，8、气缸，9、定位孔，10、金属网带，11、同步控制器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参见图1至图3，本发明的双电机同轴线实时同步拖动系统，包括：两套同轴线对称安装的电机传动装置及一同步控制器11，两套电机传动装置最好滑动安装于同一导杆上，以方便调节两者的距离以方便应用于不同规格的产品（如不同宽度的金属网带10）。
具体地，每套电机传动装置均包括：步进电机1、步进电机驱动器2、编码器3、减速器4、链轮5、定位码盘6、定位销7及气缸8，同步控制器11通过步进电机驱动器2驱动步进电机1动作，编码器3安装于步进电机1上实时采集和记录步进电机1的转动角度信息，并将采集到的转动角度实时传送给同步控制器11。
如图1所示，步进电机1的输出轴与减速器4的输入轴联接，链轮5安装于减速器4的输出轴上，定位码盘6同轴线地安装于链轮5靠近定位销7的一侧，定位码盘6与链轮5随减速器4输出轴同步转动。定位销7固定于气缸8的推杆上，定位码盘6上形成有若干个供定位销7插入的定位孔9，步进电机1停止后，定位销7在气缸8的驱动下插入定位孔9，实现精确定位。
优选地，定位孔9等角度地均匀分布于定位码盘6上，定位孔9的数量可根据实际需求灵活设置。在定位销7的端部最好形成有锥度，以方便插入定位孔9内。
在同步控制器11内设有两套控制系统和两套偏差补偿系统，分别对应于两套电机传动装置，编码器3将采集的步进电机1的转动角度信息传送给偏差补偿系统。下面对同步方法（即偏差补偿）进行介绍，如图3所示，流程如下：
a、通过编码器3检测步进电机1的当前转动角度分别为P1，P2，同步控制器11读取编码器3的检测值P1，P2；
b、计算两台步进电机1之间的位置偏差|P1-P2|；
c、判断位置偏差|P1-P2|是否小于容许同步偏差e，如果|P1-P2|小于容许同步偏差e，则进入下述的步骤d；否则，根据两台步进电机1之间的位置偏差值|P1-P2|给出补偿量，对转动角度滞后的步进电机1进行补偿，然后转入步骤a；
d、判断步进电机1是否到达程序设定的停止位置P，如果两台步进电机1均到达程序设定的停止位置，即|P1-P|=0、|P2-P|=0，则转入步骤e；否则，根据步进电机1的位置与程序设定的停止位置之间的差值给出补偿量，对步进电机1进行补偿，然后转入步骤a；
e、气缸8动作，推动定位销7插入定位码盘6上的定位孔9，完成定位码盘6的定位。
综上，本发明根据机电一体化设计的理论，设计了步进电机1闭环控制系统及机械式回零定位系统。控制系统负责步进电机1的运行控制，偏差补偿系统处理两步进电机1位置信息，并根据容许同步偏差e给出补偿量；实际运行时，减速器4等中间传动环节会引起累积定位误差，本发明利用定位销7插入定位孔9的机械式定位回零系统消除该误差。此外，本发明采用了柔性化设计思想，可以调节两电机传动装置之间的间距，以适应不同种类或规格金属网带10的拖动作业，提高了整个系统的利用率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种双电机同轴线实时同步拖动系统，其特征在于，包括：两套同轴线对称安装的电机传动装置及一同步控制器，每套电机传动装置均包括：步进电机、步进电机驱动器、编码器、减速器、链轮、定位码盘、定位销及气缸，所述步进电机与减速器联接，链轮安装于减速器的输出轴上，所述链轮是能够拆卸更换的，且两套电机传动装置滑动安装于同一导杆上；所述定位码盘安装于链轮靠近定位销的一侧，所述定位销安装于气缸的推杆上，定位码盘上形成有若干个供定位销插入的定位孔，所述同步控制器通过步进电机驱动器驱动步进电机，所述编码器安装于步进电机上采集步进电机的转动角度信息并实时传送给同步控制器。
2.根据权利要求1所述的一种双电机同轴线实时同步拖动系统，其特征在于，所述定位孔等角度地均匀分布于定位码盘上。
3.根据权利要求2所述的一种双电机同轴线实时同步拖动系统，其特征在于，所述定位销的端部形成有锥度以方便插入定位孔内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种双电机同轴线实时同步拖动系统，其特征在于，所述同步控制器内设有两套控制系统和两套偏差补偿系统。
5.根据权利要求4所述的一种双电机同轴线实时同步拖动系统，其特征在于，编码器将采集的步进电机的转动角度信息传送给偏差补偿系统。
6.基于权利要求5所述的同步拖动系统的同步方法，其特征在于，包括如下流程：
a、分别读取两台步进电机的当前转动角度；
b、计算两台步进电机之间的位置偏差；
c、判断位置偏差是否小于容许同步偏差，如果小于容许同步偏差，则进入步骤d；否则，根据两台步进电机之间的位置偏差值给出补偿量，对转动角度滞后的步进电机进行补偿，然后转入步骤a；
d、判断步进电机是否到达程序设定的停止位置，如果两台步进电机均到达程序设定的停止位置，则转入步骤e；否则，根据步进电机的位置与程序设定的停止位置之间的差值给出补偿量，对步进电机进行补偿，然后转入步骤a；
e、气缸动作，推动定位销插入定位码盘上的定位孔，完成定位码盘的定位。
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