本發(fā)明涉及雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤控制領(lǐng)域，具體涉及一種雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制裝置與方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了新的動(dòng)力，標(biāo)志著更加復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)和高精度的生產(chǎn)要求。人們對(duì)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量和產(chǎn)品性能要求越來越高，在某些場合針對(duì)一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制已經(jīng)不能滿足工作需求。在設(shè)備控制過程中，常需要對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)單元進(jìn)行協(xié)調(diào)同步控制，以使其具有恒定的轉(zhuǎn)速或線速度或位移，來滿足其工作需求。在新的制造發(fā)展形勢(shì)下，機(jī)械系統(tǒng)的同步控制方法不斷發(fā)展，規(guī)模不斷擴(kuò)大，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。大型設(shè)備如沖剪機(jī)一般采用定尺停剪方式，該方式生產(chǎn)效率低，精度不易控制，常出現(xiàn)拉(壓)痕等缺陷。若使滑動(dòng)平臺(tái)與工件同步運(yùn)動(dòng)，就能大大提高工作效率。而在需求高精度運(yùn)動(dòng)控制的制造業(yè)包括微電子，航空航天，太陽能電池，平板制造和檢測的過程中同步控制也有許多應(yīng)用，如在進(jìn)行精密焊接時(shí)，如激光焊也需要考慮相對(duì)定位精度以及同步旋轉(zhuǎn)精度，否則會(huì)發(fā)生咬邊、產(chǎn)生縫隙等焊接缺陷。在工作過程中，機(jī)械裝配變量和各種不確定性干擾的同步誤差將影響工作進(jìn)程，并且可能在工作過程中引起過流保護(hù)而阻礙工作過程。所以，控制同步誤差已經(jīng)成為產(chǎn)品制造和檢驗(yàn)過程中保證高速度和高精度的重要因素。研究其控制理論和方法并運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)生活中具有重大的實(shí)際意義。

現(xiàn)有的雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多使用光電編碼器對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步控制，需在運(yùn)動(dòng)開始前對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)零和誤差分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制裝置與方法。

本發(fā)明考慮到現(xiàn)有的雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多使用光電編碼器對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步控制，需在運(yùn)動(dòng)開始前對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)零和誤差分析，使用扭矩傳感器測量兩電機(jī)軸的相對(duì)扭矩，可省去調(diào)零和誤差分析的過程，并能在發(fā)現(xiàn)不同步時(shí)快速進(jìn)行調(diào)整，從而恢復(fù)同步的穩(wěn)定狀態(tài)，使整個(gè)裝置能夠快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地進(jìn)行同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制裝置，包括雙驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置部分及檢測控制部分；

所述雙驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置部分包括扭矩傳感器，所述扭矩傳感器左右兩側(cè)的裝置為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；

扭矩傳感器左側(cè)的裝置包括，交流伺服電機(jī)通過減速器減速后將扭矩通過與第一聯(lián)軸器連接的第一軸傳遞給扭矩傳感器，所述第一軸與扭矩傳感器通過第二聯(lián)軸器連接，還包括第一轉(zhuǎn)子，所述第一轉(zhuǎn)子固定在第一軸上，

扭轉(zhuǎn)傳感器右側(cè)的裝置包括，力矩電機(jī)將扭矩通過與第四聯(lián)軸器連接的第二軸傳遞給扭矩傳感器，第二軸與扭矩傳感器通過第三聯(lián)軸器連接，還包括第二轉(zhuǎn)子，所述第二轉(zhuǎn)子固定在第二軸上；

所述檢測控制部分包括：伺服驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制卡、力矩驅(qū)動(dòng)器、工控計(jì)算機(jī)、動(dòng)態(tài)力矩測試儀及a/d轉(zhuǎn)換卡；

所述扭矩傳感器檢測的扭轉(zhuǎn)力矩信號(hào)輸入動(dòng)態(tài)力矩測試儀，然后通過a/d轉(zhuǎn)換卡輸入到工控計(jì)算機(jī)中；

工控計(jì)算機(jī)發(fā)出指令脈沖，經(jīng)過運(yùn)動(dòng)控制卡分別輸出伺服驅(qū)動(dòng)器及力矩驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)及力矩電機(jī)。

所述交流伺服電機(jī)及力矩電機(jī)均帶有檢測轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)角度的編碼器，編碼器檢測的電機(jī)轉(zhuǎn)速及角度信號(hào)，分別經(jīng)過力矩驅(qū)動(dòng)器及伺服驅(qū)動(dòng)器，通過運(yùn)動(dòng)控制卡輸入到工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

還包括第一、第二及第三基座，所述第一軸通過軸承座固定在第一基座上，所述第二軸通過軸承座固定在第三基座上，所述交流伺服電機(jī)與減速器安裝架固定在第一基座上，所述扭矩傳感器通過支架固定在第二基座上，力矩電機(jī)通過力矩電機(jī)安裝架固定在第三基座上，三個(gè)基座固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。

所述第二聯(lián)軸器與第一轉(zhuǎn)子及扭矩傳感器之間，第四聯(lián)軸器和第二轉(zhuǎn)子及扭轉(zhuǎn)傳感器之間均留有間隙。

一種雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制裝置的控制方法，包括如下步驟：

第一步，利用力矩電機(jī)及交流伺服電機(jī)自帶的編碼器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速，分別經(jīng)過力矩驅(qū)動(dòng)器及伺服驅(qū)動(dòng)器，通過運(yùn)動(dòng)控制卡輸入到工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到反饋信號(hào)；

第二步，扭矩傳感器及第一、第二轉(zhuǎn)子測得的信號(hào)由動(dòng)態(tài)扭矩測試儀輸出給a/d轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸入到工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)角差反饋信號(hào)；

第三步，將第一步和第二步得到的各反饋信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)中使用設(shè)定好的算法進(jìn)行處理，之后生成控制兩電機(jī)的脈沖信號(hào)，分別經(jīng)過運(yùn)動(dòng)控制卡和伺服驅(qū)動(dòng)器、力矩驅(qū)動(dòng)器處理后輸出到交流伺服電機(jī)和力矩電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)兩電機(jī)的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)控制，使兩驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本扭矩檢測裝置由一個(gè)扭矩傳感器和兩轉(zhuǎn)子構(gòu)成的動(dòng)平衡系統(tǒng)組成，減少扭振，減小誤差，使測量結(jié)果更加精確。

(2)本裝置采用交流伺服電機(jī)與力矩電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)同步跟蹤運(yùn)動(dòng)，并對(duì)二者同步情況進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，可實(shí)現(xiàn)在高速度下帶動(dòng)較大負(fù)載。

(3)本裝置可用于同步跟蹤精度要求高的科研和生產(chǎn)場所，為理論驗(yàn)證和高精度生產(chǎn)過程提供了一個(gè)很好的平臺(tái)和思路。

附圖說明

圖1是本發(fā)明雙驅(qū)動(dòng)同步跟跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明雙驅(qū)動(dòng)同步跟跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制裝置主視圖；

圖3是本發(fā)明雙驅(qū)動(dòng)同步跟跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制裝置俯視圖；

圖4是圖1中兩個(gè)轉(zhuǎn)子與扭矩傳感器的連接示意圖；

圖5是圖4的主視圖；

圖6是圖4的俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

如圖1-圖6所示，一種雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制裝置，包括雙驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置部分及檢測控制部分；

所述雙驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置部分包括扭矩傳感器，所述扭矩傳感器左右兩側(cè)的裝置為對(duì)稱結(jié)構(gòu)；

所述扭矩傳感器左側(cè)的裝置包括交流伺服電機(jī)、減速器、第一聯(lián)軸器、第一轉(zhuǎn)子及第一軸；

所述交流伺服電機(jī)3通過減速器4減速后將扭矩通過與第一聯(lián)軸器5連接的第一軸21傳遞給扭矩傳感器8，所述第一軸21與扭矩傳感器8通過第二聯(lián)軸器7連接，所述第一轉(zhuǎn)子6固定在第一軸21上.

扭轉(zhuǎn)傳感器右側(cè)的裝置包括力矩電機(jī)、第四聯(lián)軸器、第二軸、第三聯(lián)軸器及第二轉(zhuǎn)子，力矩電機(jī)11將扭矩通過與第四聯(lián)軸器10連接的第二軸15傳遞給扭矩傳感器8，第二軸15與扭矩傳感器8通過第三聯(lián)軸器17連接，所述第二轉(zhuǎn)子16固定在第二軸15上；

所述交流伺服電機(jī)及力矩電機(jī)均帶有檢測轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)角度的編碼器，編碼器檢測的電機(jī)轉(zhuǎn)速及角度信號(hào)，分別經(jīng)過力矩驅(qū)動(dòng)器及伺服驅(qū)動(dòng)器，通過運(yùn)動(dòng)控制卡輸入到工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

交流伺服電機(jī)與減速器通過減速器安裝架2固定在第一基座1上，所述扭矩傳感器通過支架19固定在第二基座18上，所述力矩電機(jī)通過力矩電機(jī)安裝架13固定在第三基座上，第一軸的軸承座20固定在第一基座1上，所述第二軸的軸承座9固定在第三基座14上，所述三個(gè)基座都固定在加高的臺(tái)座上，臺(tái)座固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)12上。

所述檢測控制部分包括：

在同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，兩轉(zhuǎn)子構(gòu)成動(dòng)平衡系統(tǒng)，減少了整個(gè)裝置的扭振，扭矩傳感器能更精確地檢測到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置輸出的扭矩，檢測信號(hào)輸入動(dòng)態(tài)扭矩測試儀26，其輸出信號(hào)經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換卡27轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字信號(hào)并輸入工控計(jì)算機(jī)25，經(jīng)過相應(yīng)處理后，可得到兩側(cè)軸之間的轉(zhuǎn)角差和轉(zhuǎn)速差；

電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是由工控計(jì)算機(jī)發(fā)出指令脈沖，分別經(jīng)過運(yùn)動(dòng)控制卡24和伺服驅(qū)動(dòng)器22、力矩驅(qū)動(dòng)器23輸出控制兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；

兩電機(jī)的控制部分用于處理檢測到的扭矩傳感器兩軸的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并對(duì)兩電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況進(jìn)行相應(yīng)的控制處理；

交流伺服電機(jī)和力矩電機(jī)均帶有編碼器，可以對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，得到轉(zhuǎn)角反饋信號(hào)和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)；

扭矩傳感器和兩動(dòng)平衡轉(zhuǎn)子組成的扭矩檢測系統(tǒng)用于處理檢測到的兩側(cè)軸的轉(zhuǎn)角差和轉(zhuǎn)速差，并形成反饋信號(hào)輸入工控計(jì)算機(jī)，經(jīng)設(shè)定的控制算法處理后將相關(guān)指令輸出給交流伺服電機(jī)和力矩電機(jī)，如此便能對(duì)兩電機(jī)的同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)整。

第一轉(zhuǎn)子6跟隨第一軸21轉(zhuǎn)動(dòng)，第二轉(zhuǎn)子16跟隨第二軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，在各軸同軸的條件下可以減少兩電機(jī)工作帶來的扭振，減少扭矩傳感器8的測量誤差；扭矩傳感器8可以進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測量，可以實(shí)現(xiàn)快速采樣的目標(biāo)。

整個(gè)裝置完全對(duì)稱；兩轉(zhuǎn)子尺寸應(yīng)足夠大以獲得足夠大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，第一轉(zhuǎn)子6和第二轉(zhuǎn)子16分別固定第一軸21和第二軸15上，緊靠軸肩；第二聯(lián)軸器7與第一轉(zhuǎn)子6及扭矩傳感器之間、第四聯(lián)軸器和第二轉(zhuǎn)子16及扭矩傳感器之間分別也要留有適當(dāng)?shù)拈g隙以免干擾轉(zhuǎn)動(dòng)。

第一聯(lián)軸器和第四聯(lián)軸器在裝配時(shí)需要注意與電機(jī)及軸肩之間留有間隙；第一軸承座20和第二軸承座9分別安裝在第一軸和第二軸的軸身靠近轉(zhuǎn)子，以減少軸的彎曲變形。

所述的雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制方法，包括如下步驟：

第一步利用編碼器檢測交流伺服電機(jī)和力矩電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速；

第二步將步驟一檢測到的信號(hào)經(jīng)過伺服驅(qū)動(dòng)器22和力矩驅(qū)動(dòng)器23、運(yùn)動(dòng)控制卡24后輸出給工控計(jì)算機(jī)25處理，得到反饋信號(hào)；

第三步將扭矩傳感器和兩動(dòng)平衡轉(zhuǎn)子組成的扭矩檢測系統(tǒng)測得的信號(hào)由動(dòng)態(tài)扭矩測試儀26輸出給a/d轉(zhuǎn)換卡27轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸入到工控計(jì)算機(jī)25進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)角差反饋信號(hào)；

第四步將步驟二和步驟三得到的各反饋信號(hào)輸入到工控計(jì)算機(jī)25中使用設(shè)定好的算法進(jìn)行處理，之后生成控制兩電機(jī)的脈沖信號(hào)，分別經(jīng)過運(yùn)動(dòng)控制卡24和伺服控制器22、力矩驅(qū)動(dòng)器23處理后輸出到交流伺服電機(jī)3和力矩電機(jī)11，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)兩電機(jī)的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)控制，使兩驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)施例中交流伺服電機(jī)選用松下公司msmj系列電機(jī)中額定輸出功率為400w的交流伺服電機(jī)，額定轉(zhuǎn)矩為1.3n·m，額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，帶有制動(dòng)器，可用來快速停止和準(zhǔn)確定位；適配的減速器選用中國會(huì)通公司的htf系列方法蘭輸出型二級(jí)行星減速機(jī)，型號(hào)為htf60-25-msmj042g，減速比為25，額定輸出力矩為40n，額定輸入轉(zhuǎn)速為4000rpm；第一聯(lián)軸器選用米思米公司的雙膜片(高剛性)膜片型聯(lián)軸器，型號(hào)為cpswsk40-14-14-osk，兩端有鍵槽孔，第二聯(lián)軸器選用米思米公司的雙膜片(高剛性)膜片型聯(lián)軸器，型號(hào)為cpswwk65-16-18，兩端有鍵槽孔；軸的三段直徑分別為兩端軸頸14mm和16mm、軸身20mm，長度為20mm、35mm、35mm，軸頸上有鍵槽，直徑16mm的軸頸與扭矩傳感器的軸連接；扭矩傳感器選用美國interface公司的t2精密扭矩傳感器，量程范圍為100n·m，采用非接觸式動(dòng)態(tài)測量，軸徑為18mm。

力矩電機(jī)的輸出軸為圓軸，無需適配減速器，其扭矩通過用第四聯(lián)軸器連接的第二軸傳遞給扭矩傳感器,第二軸與扭矩傳感器用第三聯(lián)軸器連接。其中力矩電機(jī)選用中國精研公司的tp系列力矩電機(jī)，型號(hào)為100tp40dv22，圓軸輸出，最大容許轉(zhuǎn)矩60n·m，最大輸出功率40w；第四聯(lián)軸器選用米思米公司的雙膜片(高剛性)膜片型聯(lián)軸器，型號(hào)為cpswsk40-12-14-osk，兩端有鍵槽孔；第三聯(lián)軸器與第二聯(lián)軸器選型相同，第一軸與第二軸尺寸一樣，16mm的軸頸與扭矩傳感器的另一軸連接。

第一軸的軸承座20與軸身配合并固定在第一基座上，第二軸的軸承座9也與軸身配合并固定在第三基座上，軸承座采用米思米公司的，型號(hào)為s-bghksa6904zz-40,安裝高度40mm，內(nèi)徑20mm。

交流伺服電機(jī)3與減速器4用減速器安裝架2固定在第一基座上，扭矩傳感器8用支架19固定在第二基座上，力矩電機(jī)11用力矩電機(jī)安裝架13固定在第三基座14上，所述的安裝架和支座都是電機(jī)或傳感器配套的，基座固定在加高的臺(tái)座上，基座寬180mm，螺紋孔之間距離140mm，臺(tái)座高200mm，寬300mm，臺(tái)面寬200mm，臺(tái)座固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)12上。因此裝置到實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面的安裝高度為263mm。

扭矩傳感器和兩動(dòng)平衡轉(zhuǎn)子組成的扭矩檢測部分中，第一轉(zhuǎn)子6用螺釘固定在第一軸21的軸肩上；第一軸與扭矩傳感器用第二聯(lián)軸器連接，第二轉(zhuǎn)子用螺釘固定在第二軸的軸肩。第二軸與扭矩傳感器的軸用第三聯(lián)軸器連接，扭矩傳感器用配套的支架19固定在第二基座上。所述的轉(zhuǎn)子直徑300mm，厚度為10mm。

在同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，扭矩傳感器能精確地檢測到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置輸出的扭矩，并將檢測信號(hào)輸入動(dòng)態(tài)扭矩測試儀26中，動(dòng)態(tài)扭矩測試儀選擇美國interface公司的9850動(dòng)態(tài)型扭矩測試儀，其輸出信號(hào)經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換卡27轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字信號(hào)并輸入工控計(jì)算機(jī)25，經(jīng)過相應(yīng)處理后，可得到兩側(cè)軸之間的轉(zhuǎn)角差和轉(zhuǎn)速差。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是由工控計(jì)算機(jī)25發(fā)出指令脈沖，分別經(jīng)過運(yùn)動(dòng)控制卡24和伺服驅(qū)動(dòng)器22、力矩驅(qū)動(dòng)器23輸出以分別控制交流伺服電機(jī)3和力矩電機(jī)11的轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服驅(qū)動(dòng)器選擇松下公司的適配驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為mbdkt2510，力矩電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選擇精研公司的tk系列內(nèi)置式驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為tk100e。

本發(fā)明使用扭矩傳感器測量兩電機(jī)軸的相對(duì)扭矩，可省去調(diào)零和誤差分析的過程，利用扭矩傳感器測量精度高、穩(wěn)定性好、具有測量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)扭矩、無需反復(fù)調(diào)零、可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩、采樣頻率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，可以動(dòng)態(tài)測定兩電機(jī)軸的相對(duì)扭矩值，從而使雙驅(qū)動(dòng)同步跟蹤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精度更高、響應(yīng)更快。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。