雙速度環(huán)體雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)應(yīng)用及問(wèn)題解決方案

在以往的雙馬達(dá)直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，從環(huán)路上米講，采用的都是雙電流環(huán)單速度環(huán)工作體制。對(duì)每個(gè)馬達(dá)控制器來(lái)說(shuō)，除了電流環(huán)以內(nèi)的有關(guān)電路可以利用外，每個(gè)馬達(dá)控制器上的速度調(diào)節(jié)器和速度反饋電路都不能利用，為了對(duì)兩個(gè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，還必須另做速度環(huán)，這顯然是多余的。

本文介紹采用雙速度環(huán)的方案實(shí)施控制時(shí)。在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)哪些不同于單速度環(huán)體制雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的新問(wèn)題，以及如似解決這些問(wèn)題。

1 單速度環(huán)的雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

烈馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的足單速度環(huán)體制。其原理如圖1所示。由圖1可以看出，對(duì)單速度環(huán)雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)兩個(gè)馬達(dá)共用一個(gè)速度調(diào)節(jié)器，從兩個(gè)馬達(dá)的測(cè)速機(jī)輸出取信號(hào)求和后作為速度反饋信號(hào)來(lái)構(gòu)成趣度環(huán)，從而把兩個(gè)獨(dú)立的電流環(huán)閉在同一速度環(huán)內(nèi)。

力矩偏置信號(hào)是從速度調(diào)節(jié)器的輸出取出作為力矩偏置電路的輸入，將力矩偏置電路的輸出作為電流環(huán)的一個(gè)輸入分量，通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的電流環(huán)給兩個(gè)馬達(dá)施加大小相等、方向相反的偏置力矩，以起到消除傳動(dòng)齒隙、提高系統(tǒng)性能的作用。

由于偏置力矩的引入，必然會(huì)引起處于動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下的兩個(gè)馬達(dá)之間的差速振蕩。若不采取其他措施，由和速度反饋信號(hào)構(gòu)成的單速度環(huán)自身是無(wú)法抑制這種差速振蕩的，只有從兩個(gè)測(cè)速機(jī)輸出取信號(hào)求差后分別引入兩個(gè)馬達(dá)的電流環(huán)，才能起到抑制雙馬達(dá)運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的差速振蕩的作用。

2 雙速度環(huán)雙馬達(dá)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)原理框圖

雙速度環(huán)雙馬達(dá)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。由圖2可以清楚地看到，雙速度環(huán)雙馬達(dá)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的兩個(gè)電流環(huán)及兩個(gè)速度環(huán)均是完全獨(dú)立的。

力矩偏置信號(hào)是從兩個(gè)速度調(diào)節(jié)器的輸出取出作為力矩偏置電路的輸入，然后與雙電流環(huán)、單速度環(huán)的雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一樣，把力矩偏置電路的輸出分別引入到兩個(gè)電流環(huán)，給兩個(gè)馬達(dá)施加大小相等、方向相反的偏置力矩，以起到消除傳動(dòng)齒隙的作用。

2.2 雙速度環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.2.1 可以自行抑制雙馬達(dá)之間的差速振蕩

與單速度環(huán)雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一樣，力矩偏置信號(hào)的引入仍然會(huì)引起動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下的兩個(gè)馬達(dá)之間的差速振蕩，但對(duì)雙速度環(huán)來(lái)說(shuō)，無(wú)需采取其他措施便可以起到抑制差速振蕩的作用。因?yàn)椴徽撓到y(tǒng)處于何種狀態(tài)下，兩個(gè)速度環(huán)是獨(dú)立的，速度指令Ugv1總是與取自測(cè)速機(jī)TG1的反饋信號(hào)Ufv1相比較構(gòu)成速度閉環(huán)，力圖使Ufv1的幅值與Ugv1的幅值相等。同樣，速度指令Ugv2總是與取自測(cè)速機(jī)TG2的反饋信號(hào)Ufv2形成另外的速度閉環(huán)，力圖使Ufv2幅值與Ugv2的幅值相等；而兩個(gè)速度環(huán)的輸入指令Ugv1，Ugv2的幅值總是相等的，所以兩個(gè)獨(dú)立的速度環(huán)調(diào)節(jié)的結(jié)果使得兩速度反饋信號(hào)Ufv1和Ufv2的幅值盡量相等，而Ufv1和Ufv2又與各自相對(duì)應(yīng)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速成正比。

通常情況下，可以認(rèn)為兩個(gè)測(cè)速機(jī)的靈敏度（即兩個(gè)測(cè)速機(jī)的輸出電壓與各自所對(duì)應(yīng)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速之比）是一樣的，所以兩個(gè)獨(dú)立的速度環(huán)控制的結(jié)果總是使得兩個(gè)受控的馬達(dá)之間的轉(zhuǎn)速相等，也就是說(shuō)他可以起到自行調(diào)節(jié)任何狀態(tài)下的兩個(gè)馬達(dá)之間轉(zhuǎn)速不一致的作用，當(dāng)然可以起到抑制差速振蕩的作用。

2.2.2 兩馬達(dá)有可能出現(xiàn)輸出力矩不一致的現(xiàn)象

由于兩個(gè)嚙合在一起的馬達(dá)分別受控于兩個(gè)獨(dú)立速度環(huán)，所以在運(yùn)行過(guò)程中有可能出現(xiàn)兩個(gè)馬達(dá)的輸出力矩不一致的現(xiàn)象，原因分析如下：

首先，兩個(gè)馬達(dá)是通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)嚙合在一起的，所以當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是相等的。雖然兩馬達(dá)的轉(zhuǎn)速相等，兩速度環(huán)的輸入指令Ugv1，Ugv2的幅值也相等，由于兩馬達(dá)所對(duì)應(yīng)的測(cè)速機(jī)的性能客觀上存在一定差異，致使兩測(cè)速機(jī)輸出電壓的幅值不一定完全相等，也就是說(shuō)兩速度環(huán)的速度反饋信號(hào)Ufv1和Ufv2的幅值并不完全相等，使得|Ugv1-Ufv1|≠|(zhì)Ugv2-Ufv2|，必然造成兩電流環(huán)的輸入指令Ugi1和Ugi2二者幅值不等。

其次，即使|Ugv1-Ufv1|=|Ugv2-Ufv2|，但由于兩速度環(huán)所用的速度調(diào)節(jié)器ST1，ST2是獨(dú)立的，盡管調(diào)節(jié)器ST1和ST2的各對(duì)應(yīng)元件的標(biāo)稱值完全一樣，由于元件的離散性也必然造成Ugi1和Ugi2二者的幅值不等。

綜上所述，無(wú)論是兩個(gè)速度反饋信號(hào)之間存在幅值上的差異，還是兩個(gè)速度調(diào)節(jié)器各對(duì)應(yīng)的元件之間的離散性，都會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)電流環(huán)的輸入指令Ugi1，Ugi2的幅值不等，當(dāng)然兩馬達(dá)輸出的電流就不一樣，也就是說(shuō)兩馬達(dá)的輸出力矩不一致。

若速度調(diào)節(jié)器ST選用比例調(diào)節(jié)器，兩馬達(dá)輸出力矩的差異還不會(huì)太嚴(yán)重，如果ST選用比例積分調(diào)節(jié)器，那么工作在雙速度環(huán)體制下的同一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的兩個(gè)馬達(dá)就有可能出現(xiàn)一個(gè)馬達(dá)的輸出力矩很小，而另一個(gè)馬達(dá)的輸出力矩則很大的現(xiàn)象，這樣輸出電流小的馬達(dá)就明顯的成了輸出電流大的馬達(dá)的負(fù)載，這種現(xiàn)象必須想辦法克服。

2.2.3 力矩均衡

從前面的分析可知，雙速度環(huán)體制有可能造成兩個(gè)電流環(huán)的輸入指令幅值不相等，從而導(dǎo)致了兩馬達(dá)的輸出力矩的不一致，如果能使得兩個(gè)電流環(huán)的輸入指令的幅值趨于相等，就可以起到抑制兩馬達(dá)輸出力矩不一致的作用。 目前工程中采用的辦法如圖2中所示，即從兩電流反饋Ufi1，Ufi2取信號(hào)，通過(guò)求差電路（力矩均衡電路）將輸出信號(hào)△M分別引入兩馬達(dá)的速度環(huán)輸入端，也就是在速度指令Ugv1和Ugv2上分別迭加一個(gè)和兩個(gè)馬達(dá)的輸出電流有關(guān)的輸入分量△M。

系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，在不考慮偏置電流的情況下，若兩馬達(dá)的輸出電流幅值相等，則電流反饋信號(hào)己Ufi1，Ufi2二者幅值相等，△M=0；若馬達(dá)輸出電流幅值不等，則△M≠0，假若Ufi1的幅值大于Ufi2的幅值，只要△M能起到使Ugi1的幅值下降，Ugi2的幅值上升，反之，若Ufi1的幅值小于Ufi2的幅值，△M能起到使Ugi1的幅值上升，Ugi2礎(chǔ)的幅值下降的作用，便可以確保雙速度環(huán)控制的雙馬達(dá)系統(tǒng)中的兩個(gè)馬達(dá)系統(tǒng)中的兩個(gè)馬達(dá)的輸出力矩趨于一致，實(shí)驗(yàn)證明這種方法確實(shí)是行之有效的。

3 結(jié) 語(yǔ)

雙速度環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已應(yīng)用于工程中，實(shí)踐證明了他的可行性和獨(dú)特的優(yōu)越性。