(杰科(天津)生物医药有限公司300467)
摘要：本文分析了多电机同步控制技术，并讨论了控制策略和控制策略比较，同时展望了多电机的同步控制特性，如何控制多电机的同步精度已成为工业控制中的关键技术。基于同步控制技术的理论，设计了同步控制系统的硬件平台。在硬件平台的基础上，设计了软件部分。通过改进同步控制算法，提高了同步精度。
关键词：多电机；同步控制；策略
一、引言
随着现代科学技术的发展和机电一体化水平的提高，电机已成为现代工业自动化系统中的重要执行机构。电机由于其结构紧凑、控制方便、运行稳定、响应快等优良特性，应用于自动化程度高的场合，需要对印刷机械、制造等速度、位置、力矩等进行精确控制。造纸机械、纺织机械、工业机器人、高速电梯、数控机床等重要行业得到广泛应用。在许多工业自动化系统中，常常需要同时使用多个电机。当电机之间存在速度和位置约束时，需要采用适当的控制策略来协调各电机的运行。为了满足实际需要。
二、多电机同步控制技术
多电机同步控制技术有着广泛的应用，如科学、自然科学、工程和社会。同步控制技术是影响产品质量和生产效率的关键因素。所谓的电机同步是指系统中的每个电机必须根据要求在自身运行和其他电机运行之间保持一定的关系。通常有三种类型的不变关系:
(1)在系统中的所有电机的速度或位移被保持相同，它是一个同步控制系统里最简单的系统。
(2)同步控制的多台电机的速度或角位移，维持一个不变的比例系数。例如，在许多情况下，系统中的各个电机速度或位移并不要求保持同一个数据，但要求各台电机之问维持一定的比值。
(3)此外，除了上述两种情况外，还有第三种情况，在某些生产情况下，要求电机之间的速度或位移保持一个固定的差值，而不是要求它们之间保持一种比例系数。
同步控制系统的判断基于两个不同：同步差值和跟踪差值。同步差异是电机之间的速度或位移的差异。它反映了不同电机之间的同步。跟踪差值是单台电机的输出值和给定值的比较，他反应的是电机本身对设定值的响应情况。同步控制系统的主要任务就是使这两个误差尽可能地小，从而提高同步的效果。
三、控制策略
（1）同等控制也称为并行控制。速度控制系统给出相同的速度。只有当系统中的负载完全相同时，才能实现同步。控制策略侧重于理论速度和实际速度之间的误差，而不是不同电机之间的误差。
该控制策略优点在于起动、停止阶段的同步性能好，但是整个系统相当于开环控制，当受到外界扰动时，同步性能较差。
(2)主从控制。以双电机为例。主电机输出作为从电机转速输入参考值，实现从电机对主电机速度跟踪。但是主从控制策略没有从机向主机的反馈环节，因而在实际应用场合，主机多为转动惯量大的电机，从机为转动惯量小的电机。
(3)交叉耦合控制。控制策略最早由Koren于1980年提出，交叉耦合控制的特点是将速度或者位置进行比较作差，将差值作为系统反馈信号，并对该反馈信号进行跟踪。该系统能够反应任何一台电机负载变化。
(4)虚拟主轴控制。最早由Lorenz和Meyer在相对刚度控制的基础上提出，Valenzula和Lorenz对其进一步发展。该方案模拟机械总轴同步的特性。系统的输入信号经过总轴作用后，得到单元驱动的参考信号，驱动单元跟踪的就是该参考信号。因为该信号是经过总轴作用，并经过滤波后得到的信号，可能存在主参考值和电机实际转速的偏差。
(5)偏差耦合控制策略是电机的速度反馈与其他电机的速度反馈不同，偏差之和用作电机的速度补偿信号，用增益来补偿各电机之间转动惯量的不同。
四、控制策略比较
与控制策略相比，各有利弊。经典的PID控制算法简单易行，控制参数相对固定。然而，非线性控制对象的控制效果不理想，抗干扰能力差。
相对于经典PID，模糊神经网络相邻耦合控制结合了模糊控制和神经网络控制的优点。模糊控制不依赖于控制对象的模型，模糊控制系统的鲁棒性强，动态响应、调节效果都明显优于经典PID控制，适合于非线性、时变、纯滞后系统控制。神经网络控制具有良好的学习和非线性逼近能力，可有效克服复杂系统中的参数时变、非线性等问题。
相邻交叉耦合控制与环形耦合控制具有相同的核心控制思想，相邻两台电机进行两两耦合，并形成耦合环，系统复杂程度不受电机数量影响。模糊神经网络相邻耦合通过获得权值调整式的值，并通过学习进行权值调整。环形耦合控制是采取两两补偿的方式进行同步控制。上述两种控制策略对于外部扰动能够较快收敛，动态性能和同步性能好，抗干扰能力强，鲁棒性好。
自抗扰控制技术的控制算法相对简单，与控制对象模型无关，跟踪效果明显，响应速度快，解耦效果明显。虚拟主轴控制具有机械轴同步控制，负载能力强，负载抗干扰能力强，同步跟踪性能好，动态响应快的优点。
五、展望
多电机同步协调技术已广泛应用于国内外工业领域。同步协调控制技术主要集中在以下几个方面：
(1)高跟踪精度。跟踪精度直接反映多电机同步协调系统的控制性能，要求多电机系统不但能够同步，还需要对不同类型的输入信号进行高精度跟踪。
(2)强抗干扰能力和鲁棒性能。在实际场合，抗干扰能力是控制系统稳定性的最直接反映。随着工作时间和环境的变化，系统的控制参数存在变化的可能，就对系统的鲁棒性提出了较高的要求。
(3)优良的负载特性。多电机同步系统不仅要求在低载荷情况下具有好的同步特性，还需具备在大负载条件下保持优良的同步特性。如高速列车牵引系统。
(4)较快的动态响应特性。较快的动态响应特性使系统能够快速跟随输入信号。
(5)高可靠性和稳定性。系统的可靠和稳定是系统功能实现的前提。
六、结语
随着控制精度要求的不断提高，如何控制多电机的同步精度已成为工业控制中的关键技术。本文的前期工作是借鉴国内外的研究理论。在此期间，我查阅了大量关于同步控制的研究文献，使我对同步控制理论有了一定的了解。基于同步控制技术的理论，设计了同步控制系统的硬件平台。在硬件平台的基础上，设计了软件部分。通过改进同步控制算法，提高了同步精度。
参考文献：
[1]赵坤,王栋.基于环形耦合与模糊控制策略的多电机同步控制[J].计算机与数字工程,2018,46(7):1367-1370,1477.
[2]李聪.基于PLC和变频器的多电机速度同步控制的分析与设计[J].数字技术与应用,2018,36(12):8-9.
[3]王振高.旋转岩石压力试验机多参数传递与双电机同步控制研究[D].天津工业大学,2018.
[4]刘慧.基于BP神经网络的多电机交叉耦合控制方法研究[J].科技通报,2018,34(4):200-204.
[5]孙金召.基于PLC和变频器的多电机速度同步控制[J].山东工业技术,2018,(15):63.