控制同步（工控技術(shù)之一）

基礎(chǔ)概念

同步控制是一種常用到的工控技術(shù)，同步，顧名思義就是要按照一定比率來協(xié)調(diào)主機(jī)和從機(jī)之間的位置、轉(zhuǎn)速、扭矩等量。

多臺電機(jī)的同步運(yùn)行問題應(yīng)用較為廣泛，尤其在多單元生產(chǎn)流水線中及驅(qū)動同一負(fù)載時居多，但對具體的應(yīng)用，會有不同的要求。若采用變頻器及相關(guān)配套產(chǎn)品，可較有效地實(shí)現(xiàn)不同功能。這里說的配套產(chǎn)品包括：控制電器、變頻器輔助選件、傳感器、

同步控制

所謂同步控制，就是一個坐標(biāo)的運(yùn)動指令能夠驅(qū)動兩個電動機(jī)同時運(yùn)行，通過對這兩個電動機(jī)移動量的檢測，將位移偏差反饋到數(shù)控系統(tǒng)獲得同步誤差補(bǔ)償。其目的是將主、從兩個電動機(jī)之間的位移偏差量控制在一個允許的范圍內(nèi)。同步控制一般可分為以下幾類。

1）系統(tǒng)中各軸的運(yùn)動速度或位移量在瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)都能夠保持同步，這是通常狹義上對于同步的理解，也是最為簡單的一類。以常見的雙軸系統(tǒng)為例，該種情況下角位移同步誤差

2）多軸系統(tǒng)中的各運(yùn)動軸以一定的比例關(guān)系運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，并非所有場合都需要每個軸以相同速度運(yùn)動。更一般的情況是要求各運(yùn)動軸相互協(xié)調(diào)運(yùn)行。假設(shè)系統(tǒng)中運(yùn)動軸1、2的輸出角速度為

3）另外，還存在一種較為特殊的同步類型，它要求運(yùn)動軸之間的輸出速度保持一個恒定差值。該種同步在機(jī)器人控制、數(shù)控設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用中較為常見。

工作原理

同步控制器一般有兩類。一類是和張力系統(tǒng)連同一起來使用的，張力控制器也是一種同步控制器件，這類型的同步是以轉(zhuǎn)速和扭矩等量的同步來實(shí)現(xiàn)的；

另一類是空間定位控制器，就是位置同步，一般應(yīng)用于機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床，飛剪等系統(tǒng)的軸間聯(lián)動使用，是一種軸間的位置跟蹤定位。

目前同步控制器有嵌入式設(shè)定參數(shù)的，也有直接可編程類的，隨著技術(shù)的發(fā)展，可編程類的應(yīng)用慢慢超過了前者，代表者同步技術(shù)的發(fā)展方向，它可以通過現(xiàn)場總線等通訊技術(shù)和其他設(shè)備進(jìn)行連接和操作。

變頻器本身就是一個計算機(jī)控制系統(tǒng)，每一種型號的變頻器通常適合驅(qū)動特定性質(zhì)的負(fù)載。而對于相同負(fù)載性質(zhì)的不同應(yīng)用需求，希望能夠調(diào)整變頻器參數(shù)以滿足工藝要求。因此，各種型號的變頻器都為用戶提供了變頻器參數(shù)調(diào)整的手段。參數(shù)調(diào)整的方法可以通過配套的操作面板手動離線進(jìn)行，也可以通過通信的方法在線進(jìn)行。

同步控制方式

同步控制方式是指各項操作由統(tǒng)一的時序信號進(jìn)行同步控制。這就意味著各個微操作必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成，到達(dá)規(guī)定時間自動執(zhí)行后繼的微操作。

根據(jù)不同情況，同步控制方式可以選取如下方案：

1.采用完全統(tǒng)一的機(jī)器周期（或節(jié)拍）執(zhí)行各種不同的指令，即不管微操作的繁簡，以最復(fù)雜的微操作為標(biāo)準(zhǔn)，采取統(tǒng)一的，具有相同時間間隔和相同數(shù)目的節(jié)拍作為機(jī)器周期。對于那些比較簡單的微操作，將造成時間浪費(fèi)。

2.采用不同節(jié)拍的機(jī)器周期，以解決微操作執(zhí)行所需要時間不統(tǒng)一的問題。通常把大多數(shù)微操作安排在一個比較短時間的機(jī)器周期內(nèi)完成，而對于某些比較復(fù)雜的微操作，則采取延長機(jī)器周期或者增加節(jié)拍的辦法解決。

3.采用中央控制和局部控制相結(jié)合的方法。將機(jī)器的大部分指令安排在一個統(tǒng)一的比較短的機(jī)器周期內(nèi)完成，稱為中央控制，而將少數(shù)操作復(fù)雜的指令中的某些微操作另外處理稱為局部控制。

多軸同步控制

多軸同步控制，又稱多軸系統(tǒng)同步控制，指在大多數(shù)多軸傳動系統(tǒng)應(yīng)用中，使各軸之間保持一定的同步運(yùn)行關(guān)系。多軸系統(tǒng)是非線性、強(qiáng)耦合的多輸入多輸出系統(tǒng)。多軸同步控制的主要性能指標(biāo)有：速度比例同步、位置（或角度）同步和絕對值誤差小于某限幅值。

多軸同步控制是一門跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，是電力電子技術(shù)、電氣傳動技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它的發(fā)展與其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展是密切聯(lián)系在一起的。

保證多軸同步協(xié)調(diào)運(yùn)動的常用方法主要分為兩大類：機(jī)械方式和電氣方式。

機(jī)械式同步出現(xiàn)較早，它主要通過在運(yùn)動軸之間添加物理連接來實(shí)現(xiàn)。該方法往往使用一臺大功率電機(jī)作為動力來源，并通過齒輪、鏈條、皮帶等機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。改變這些機(jī)械環(huán)節(jié)的特性，就可以使整個系統(tǒng)的傳動比、轉(zhuǎn)速等參數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)變化。在工作時，如果某個從運(yùn)動軸的負(fù)載受到擾動，該擾動將會通過機(jī)械環(huán)節(jié)傳遞給主軸，從而改變主軸的輸出。由于主軸和從軸之間均存在機(jī)械連接，因此其它從動軸的輸出也會發(fā)生相應(yīng)變化，從而起到同步控制的效果。

從機(jī)械式同步控制方法的實(shí)現(xiàn)原理可知，該方法具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在以下不足：

1）由于機(jī)械式同步一般只使用單一的動力元件，導(dǎo)致各從軸所分配到的功率相對較小，限制了它們帶動負(fù)載的能力；

2）機(jī)械同步系統(tǒng)中的傳動環(huán)節(jié)一般采用接觸式連接，工作時所產(chǎn)生的摩擦不僅會造成能量的損耗，還會磨損傳動零部件，影響同步性能，縮短系統(tǒng)使用壽命，不利于維護(hù)保養(yǎng)；

3）由于采用機(jī)械式連接，該種同步方法的結(jié)構(gòu)比較固定，參數(shù)不易調(diào)節(jié)。若需要對其做出修改，則必須增加或者移去某些機(jī)械零部件，操作較為繁瑣。另外機(jī)械連接也會受到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸的限制，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離同步控制。

隨著科技的進(jìn)步，尤其是伺服數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，科研人員提出了電氣式同步控制方法，有效解決了機(jī)械式同步所存在的問題。電氣式同步控制主要由一個核心控制器以及與其相連的若干個子單元組成，每個子單元都有一個獨(dú)立電機(jī)來驅(qū)動對應(yīng)運(yùn)動軸。設(shè)計人員通過編寫相應(yīng)程序，使得各子單元在核心控制器的協(xié)調(diào)下工作，保證運(yùn)動軸的同步運(yùn)行。由于每個軸都由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動，因此該種方法帶動負(fù)載的能力有了顯著提高，且簡化了設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)精度更高，同步性更好的控制。電氣式同步涉及到了很多學(xué)科的綜合知識，具有巨大的發(fā)展前景，可以在各個領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。