專利名稱：一種雙電機驅(qū)動消隙裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種雙電機驅(qū)動消隙裝置，更具體的說，尤其涉及一種采用兩個 電機進行驅(qū)動并消隙的雙電機驅(qū)動消隙裝置。
背景技術(shù)：
在高精度的位置伺服系統(tǒng)中，由于傳動機構(gòu)的機械加工誤差和機械磨損的存在， 使得電機至受控對象之間存在較大的傳動間隙。為此，人們采用消隙齒輪、自動預(yù)緊機構(gòu)等 辦法消除此間隙，此方法可有效的消除傳動間隙的靜態(tài)誤差，但在高精度的位置伺服中，電 機驅(qū)動負載進行頻繁的換向，即使采用上述的機械消隙措施，由于間隙所造成的瞬態(tài)誤差 仍難以克服，使得控制精度達不到所需的控制要求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了克服上述技術(shù)問題的缺點，提供了一種采用兩個電機進行驅(qū)動的 雙電機驅(qū)動消隙裝置。本實用新型的雙電機驅(qū)動消隙裝置，包括固定于導(dǎo)向臺上的齒條、與工作臺相固 定的驅(qū)動電機和對驅(qū)動電機進行控制的電機控制系統(tǒng)，其特別之處在于所述的驅(qū)動電機 包括第一電機和第二電機，所述的電機控制系統(tǒng)包括第一電機控制系統(tǒng)和第二電機控制系 統(tǒng)；所述的第一電機控制系統(tǒng)和第二電機控制系統(tǒng)均包括對相應(yīng)電機的位置進行檢測的位 置測量模塊、與位置測量模塊輸出端相連的位置控制器、與位置控制器的輸出端相連的速 度控制器、電流控制器，所述位置控制器的輸入端還連接有插補信號；所述的電流控制器的 輸入端與輸出端分別與速度控制器的輸出端和相應(yīng)電機的輸入端相連接；所述電機控制系 統(tǒng)還包括PI控制器和濾波器模塊，所述PI控制器的輸入端和輸出端分別與兩個速度控制 器的輸出端和輸入端相連接，所述濾波器的輸入端與輸出端分別與力矩差值信號和PI控 制器的輸入端相連接。如果采用單個電機來進行傳動的過程中，當(dāng)電機的環(huán)形的過程中，由 于齒輪和齒條相配合時存在間隙，導(dǎo)致傳動精度不高。因此，本實用新型的驅(qū)動電機設(shè)置第 一電機和第二電機，以便實現(xiàn)傳遞過程中的消隙，第一電機和第二電機固定在工作臺上；位 置測量模塊用于對電機移動位置進行檢測并把檢測到的結(jié)果反饋輸入到位置控制器的輸 入端，位置控制器的輸入端還連接有插補信號，以便控制電機的運行精度。第一電機輸出的 力矩值與第二電機輸出的力矩值之差的大小可以通過改變力矩差值信號來實現(xiàn)。力矩差值 信號經(jīng)由濾波器處理之后接到PI控制器的輸入端，PI控制器的輸入端還與兩速度控制器 的輸出端相連接，PI控制器可實現(xiàn)對力矩差值信號和兩個速度控制器輸出端信號的運算并 把運算的結(jié)果反饋到速度控制器的輸入端，實現(xiàn)對電機的精準(zhǔn)控制。電流控制器用于實現(xiàn) 對電機的直接控制。本實用新型的雙電機驅(qū)動消隙裝置，所述的第一電機控制系統(tǒng)和第二電機控制系 統(tǒng)均包括用于檢測電機電流的電流檢測模塊和用于測量電機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速測量模塊；所述的 電流測量模塊與電流控制器的輸入端電氣連接，所述的轉(zhuǎn)速測量模塊與速度控制器的輸入端電氣連接。電流檢測模塊實現(xiàn)電機電流的測量，并把檢測到的電流值反饋至電流控制器 的輸入端，使得電流控制器的控制形成一個閉環(huán)控制回路，使得控制更加的準(zhǔn)確和穩(wěn)定 ’轉(zhuǎn) 速測量模塊可實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的測量，并把測得量接到速度控制器的輸入端，使得速度控制 器也組成一個閉環(huán)回路，使得控制回路更加的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。本實用新型的雙電機驅(qū)動消隙裝置，所述的位置測量模塊為電機編碼器或光柵 尺。電機編碼器和光柵尺所實現(xiàn)的精度等級不同，根據(jù)控制精度的要求可選擇電機編碼器 或光柵尺。本實用新型的雙電機驅(qū)動消隙裝置，所述的第一電機和第二電機均為伺服電機。 伺服電機有控制精度的較好，可以滿足控制要求。本實用新型的有益效果是通過設(shè)置兩個電機來實現(xiàn)消隙，即消除了機床定位時 易產(chǎn)生的間隙震蕩，也降低了單個電機的額定功率以及齒輪與齒條的模數(shù)，使得傳遞精度 更高更穩(wěn)定，減小了減速箱、齒輪和齒條的體積；同預(yù)加載荷的機械消隙方法中只能消除最 后一級齒輪-齒條的間隙相比，本實用新型的雙電機驅(qū)動消隙可完全消除傳動鏈中所有的 嚙合側(cè)隙。

圖1為本實用新型的機械結(jié)構(gòu)部分的原理示意圖；圖2為本實用新型的電路控制系統(tǒng)的原理圖；圖3為本實用新型的雙電機驅(qū)動消隙裝置及消隙方法的消隙原理示意圖。圖中1第一電機，2第二電機，3齒條。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。圖1給出了本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，本實用新型的雙電機驅(qū)動消隙裝置包括第 一電機1、第二電機2和齒條3，所示的齒條3固定在導(dǎo)向臺上，該導(dǎo)向臺可以是水平的導(dǎo)軌 平臺也可以是其他方向的平臺，在工作臺移動或靜止的過程中齒條3均處于靜止?fàn)顟B(tài)，第 一電機1和第二電機2均固定在工作臺上，與齒條3相配合的兩個齒輪分別與第一電機1 和第二電機2通過傳動機構(gòu)相連接。圖2為本電路控制系統(tǒng)的原理圖，第一電機1和第二電機2的控制系統(tǒng)均包括電 機編碼器、位置控制器、速度控制器、電流控制器、電流檢測模塊、轉(zhuǎn)速測量模塊，電機編碼 器用于實現(xiàn)電機位置的測量并把測得的數(shù)據(jù)反饋給位置控制器，電流檢測模塊用于檢測流 經(jīng)電機線圈電流的大小并把測得的數(shù)值反饋給電流控制器，轉(zhuǎn)速測量模塊用于檢測電機的 轉(zhuǎn)速并把測量的數(shù)值反饋給速度控制器。圖2所示的電路控制系統(tǒng)還包括PI控制器和濾 波器，濾波器輸入端的輸入信號為力矩差值信號，力矩差值信號即圖中所示的力矩偏差信 號，通過改變力矩差值信號的大小就可改變第一電機輸出力矩與第二電機輸出力矩之間差 值的大小，力矩差值信號經(jīng)濾波器濾波后接到PI控制器的輸入端，力矩差值信號和兩速度 控制器輸出端的輸出信號為PI控制器輸入端的輸入信號，PI控制器的輸出信號接到兩速 度控制器的輸入端。位置控制器輸入端的信號為系統(tǒng)給定的插補信號和電機編碼器的反饋 信號，輸出端與速度控制器的輸入端相連接；電機編碼器把測得的信號反饋到位置控制器的輸入端，使得控制系統(tǒng)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得控制更加的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。速度控制器輸入端的信號為位置控制器的輸出信號、PI控制器的輸出信號和轉(zhuǎn)速測量模塊的反饋信號，轉(zhuǎn) 速測量模塊把測量的速度信號反饋到速度控制器的輸入端，使得速度信號的控制也為閉環(huán) 控制，使得控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定。電流控制器輸入端的信號為速度控制器的輸出信號、電流檢 測模塊的反饋信號，電流控制器的控制方式也為閉環(huán)回路控制。圖2中所示的機械連接表 示第一電機和第二電機在工作的過程中處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。圖3給出了本實用新型的雙電機驅(qū)動消隙裝置及消隙方法的消隙原理示意圖，其 包括圖(1)至圖(8)八個狀態(tài)示意圖，所示的master或slave齒輪分別與第一電機或第 二電機的輸出軸傳動連接。不妨設(shè)master齒輪與第一電機的輸出軸相連接，slaver齒輪 與第二電機的輸出軸相連接，圖(1)為靜止?fàn)顟B(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖，在這種狀態(tài)下，第一電機 和第二電機的輸出力矩大小相等方向相反，且第一電機和第二電機的輸出力矩大小均為恒 定值Δ大小的二分之一，左側(cè)的master齒輪與齒條上的相應(yīng)齒的左齒面緊密接觸，右側(cè) 的slaver齒輪與齒條上的相應(yīng)齒的右齒面緊密接觸；圖(2)至圖(5)均為工作臺向左加速 狀態(tài)下的示意圖，圖⑵中所示的第一電機的輸出力矩加大，第二電機的速出力矩減小；圖 (3)中所示第一電機的輸出力矩等于恒定值△，第二電機輸出力矩的大小變?yōu)榱悖趫D(3) 所示的時刻之前，第二電機輸出力矩的轉(zhuǎn)動方向為順時針方向；圖(4)中所示的第一電機 和第二電機的力矩值方向相同且均達到了最大值，這時，不僅工作臺克服最大靜摩擦力，開 始運動，而且slaver齒輪與齒條上的相應(yīng)齒的左齒面緊密接觸，以便在第一電機和第二電 機的共同作用下開始運動，有利于減小單個電機的而定功率；圖(5)和圖(6)為第一電機和 第二電機克服最大靜摩擦力之后由加速到勻速的過程，根據(jù)工作臺移動時所需克服的摩擦 力大小和設(shè)定的兩電機力矩之差的恒定值Δ大小不同，圖(5)和圖(6)所示的第一電機和 第二電機的力矩會有所不同；圖(7)和圖(8)為減速狀態(tài)下的示意圖，在第一電機和第二電 機共同的作用下，工作臺進行向左運動的減速運動，最后的狀態(tài)會回到如圖(1)所示的靜 止?fàn)顟B(tài)。在進行檢測和控制工作臺移動位置的過程中，如果是向左運動，則左面的電機 (即第一電機)作為主運動電機，工作臺的行程控制和測量均通過第一電機來實現(xiàn)；如果是 向右運動，則右面的電機(即第二電機)作為主運動電機，工作臺的行程控制和測量均通過 第二電機來實現(xiàn)。
權(quán)利要求一種雙電機驅(qū)動消隙裝置，包括固定于導(dǎo)向臺上的齒條(3)、與工作臺相固定的驅(qū)動電機和對驅(qū)動電機進行控制的電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的驅(qū)動電機包括第一電機(1)和第二電機(2)，所述的電機控制系統(tǒng)包括第一電機控制系統(tǒng)和第二電機控制系統(tǒng)；所述的第一電機控制系統(tǒng)和第二電機控制系統(tǒng)均包括對相應(yīng)電機的位置進行檢測的位置測量模塊、與位置測量模塊輸出端相連的位置控制器、與位置控制器的輸出端相連的速度控制器、電流控制器，所述位置控制器的輸入端還連接有插補信號；所述的電流控制器的輸入端與輸出端分別與速度控制器的輸出端和相應(yīng)電機的輸入端相連接；所述電機控制系統(tǒng)還包括PI控制器和濾波器模塊，所述PI控制器的輸入端和輸出端分別與兩個速度控制器的輸出端和輸入端相連接，所述濾波器的輸入端與輸出端分別與力矩差值信號和PI控制器的輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電機驅(qū)動消隙裝置，其特征在于所述的第一電機控制系 統(tǒng)和第二電機控制系統(tǒng)均包括用于檢測電機電流的電流檢測模塊和用于測量電機轉(zhuǎn)速的 轉(zhuǎn)速測量模塊；所述的電流測量模塊與電流控制器的輸入端電氣連接，所述的轉(zhuǎn)速測量模 塊與速度控制器的輸入端電氣連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙電機驅(qū)動消隙裝置，其特征在于所述的位置測量模 塊為電機編碼器或光柵尺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙電機驅(qū)動消隙裝置，其特征在于所述的第一電機和 第二電機均為伺服電機。
專利摘要本實用新型提供了一種采用兩個電機進行驅(qū)動的雙電機驅(qū)動消隙裝置，包括固定于導(dǎo)向臺上的齒條、與工作臺相固定的驅(qū)動電機和對驅(qū)動電機進行控制的電機控制系統(tǒng)，其特別之處在于所述的驅(qū)動電機包括第一電機和第二電機，所述的第一電機控制系統(tǒng)和第二電機控制系統(tǒng)均包括對相應(yīng)電機的位置進行檢測的位置測量模塊、與位置測量模塊輸出端相連的位置控制器、與位置控制器的輸出端相連的速度控制器、電流控制器，所述位置控制器的輸入端還連接有插補信號。本實用新型通過設(shè)置兩個電機來實現(xiàn)消隙，既消除了間隙震蕩，也降低了電機的額定功率以及齒輪與齒條的模數(shù)，使得傳遞精度更高更穩(wěn)定。
文檔編號H02P5/52GK201708749SQ20102020638
公開日2011年1月12日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者劉翔云, 劉通, 李文濤 申請人:濟南二機床集團有限公司