[发明专利]一种交流伺服系统双机电消隙控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械控制技术领域，特别是用于雷达跟踪伺服系统、炮控随动伺服系统、以及其它使用交流伺服的双电机系统技术领域。

背景技术

目前的消隙方式主要分为三种：

1、机械消隙：

优点：在电动机或高速齿轮上引入预载扭转弹簧，以消除传动链齿隙，常用的有双片弹簧齿轮等。

缺点：加工复杂，不易调整，特别是减速箱的速比大了以后，扭矩弹簧转的圈数更多易坏，很难实现真正的消隙目的。

2、平行线性双电动机电消隙：

优点：使得两台电动机一直保持一个固定的偏置转矩，当负载电流为零时，两台电动机输出大小相等、方向相反的转矩，达到消隙的目的。

缺点：由于两台电动机不能均分负载电流，总是一台电动机输出力矩大，另一台电动机输出力矩小，因此电动机的利用效率降低，不节能，而且电机的体积和重量偏大，也不经济。

3、双梯型双电动机电消隙：

优点：负载电流较小时，力矩关系曲线与平行线型相同，当负载电流增加到一定数值时，电动机电流将按照所设计的特性逐渐取消偏置直至完全取消，两电动机共同均分负载电流，即共同出力。

缺点：双梯型双电动机电消隙技术目前在直流伺服系统中已有少量应用。但是，由于直流系统有着先天的缺陷，体积大、电刷易磨损，需定期调整维护和更换，有被逐步被淘汰的趋势。

发明内容

本发明目的是设计一种能克服以上缺陷、两台电动机输出力矩相等、性能稳定、节能的交流伺服系统双电机消隙控制装置。

本发明包括一个与可负载连接的大齿轮，所述大齿轮的径向对称啮合两个相同的小齿轮，两个小齿轮分别各自连接一组相同的小齿轮传动装置，所述两组小齿轮传动装置分别连接在两组相同的第一电动机、第二电动机的输出端，所述第一电动机和第二电动机分别各自连接一组包括速度环和电流环的交流驱动器，在两组交流驱动器之间连接一消隙控制电路；所述消隙控制电路包括一电流求和装置、一能将电流信号转变为一个按力矩关系曲线调整的偏置电压信号的函数发生器，第一电动机和第二电动机的电流信号输出端分别通过解调器连接至电流求和装置的输入端，电流求和装置的输出端与函数发生器的输入端连接，所述函数发生器的输出端通过电压放大电路后，一路连接第一电动机的交流驱动器的电流环输入端，另一路经过反向处理器连接第二电动机的交流驱动器的电流环输入端；第一电动机和第二电动机的转速信号的输出端分别连接在一速度合成器的两个输入端，所述速度合成器的输出端连接至第一电动机的交流驱动器的速度环输入端。

为了达到电消隙的目的，两电动机的力矩必须按一定的要求加以控制，实际上就是控制电动机的电流，交流电动机是控制电动机的旋转磁场，本质上也是控制电动机的电流。交流电动机的电流是三相交变的，由于交流调速系统中已经引入了电流负反馈，将交变电流解调成与电动机电流成线性关系的直流电压，称为电流实际值，即电动机电流。

本发明用两个相同的传动链连接两个伺服电动机到最后一个大齿轮，其中第一电动机作为主电动机，为双环(速度环和电流环)控制，第二电动机作为从电动机，仅为电流环控制。将两台电动机的电流求和，求和之后的和电流送到函数发生器，产生一个按力矩关系曲线调整的偏置电压信号，此信号再经过放大处理，一路送到第一电动机(即主电动机)驱动器的电流环，另一路经过反向处理送到第二电动机(即从电动机)驱动器的电流环。两台驱动器的速度反馈信号合成后送到第一电动机(即主电动机)驱动器的速度环。速度控制是通过第一电动机(即主电动机)驱动器的速度环进行控制，也就是说一个速度环控制两个电流环，由于函数发生器送给两个电流环一正一反的偏置，因此会在两台电动机内产生方向相反的偏置力矩，从而达到消隙的目的。当和电流值达到设定值时，根据函数发生器的曲线，偏置电压下降为零，此时两个电流环不再有偏置，两台电动机按设定的最大力矩拖动负载工作，充分利用了电动机的效能。

本发明实现了两台交流伺服电动机输出力矩相等、性能稳定、节能的目的，克服了直流电动机的缺点，还具有以下优点：

1、可降级使用，提高了可靠性。一套电动机(包括相应的小齿轮)发生故障时，另外一套电动机(包括相应的小齿轮)可继续工作，保证整个回路的运行，仅不能消隙，精度降低，这时可不停机修复另外一套电动机(包括相应的小齿轮)。

2、为了进行消隙，即使在没有负载力矩的情况下，也总是对两台电动机产生预加力矩的电流，消除了功率管等的死区，改善低速特性性能。

3、采用双电动机消隙驱动，可提高传动链的刚度，提高系统的自然谐振频率。