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在多機(jī)共同驅(qū)動同一個(gè)負(fù)載的系統(tǒng)中，由于機(jī)械連接的材料及方式，實(shí)際負(fù)載的不均勻分布等原因，將會造成各電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速出現(xiàn)瞬時(shí)偏差的情況。

1.1 常見的場景

齒輪箱嚙合連接

圖1 齒嚙合連接

由于加工、安裝、老化磨損等導(dǎo)致齒隙，進(jìn)而從動齒與主動齒的速度不一致，即：

Vdriven≠Vdriving

其中，

Vdriven：從動齒輪線速度；

Vdriving：主動齒輪線速度；

長軸機(jī)械耦合連接

圖2 長軸機(jī)械耦合連接

由剛體及阻尼體構(gòu)成，在電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下，整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)了“扭轉(zhuǎn)"的過渡過程，將造成兩套驅(qū)動系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)瞬時(shí)偏差，即：       

彈性耦合連接

圖3 彈性耦合連接

負(fù)載(包括摩擦，機(jī)械負(fù)載等)與電磁轉(zhuǎn)矩的偏差造成多機(jī)傳動之間的耦合連接出現(xiàn)相對位移，進(jìn)而造成各個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)之間的瞬時(shí)速度不一致，即：

                 ω1≠ω2       

ω1：驅(qū)動系統(tǒng)1的角速度；

ω2：驅(qū)動系統(tǒng)2的角速度；

1.2 負(fù)荷分配控制方案

負(fù)荷分配要求變頻器運(yùn)行于矢量控制模式，帶電機(jī)編碼器或不帶編碼器均可。負(fù)荷分配的控制方案主要包括：

主從控制

Droop控制

不同的控制方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用場景也不盡相同。下面就為大家?guī)碓敿?xì)的介紹。

2 主從控制

主從控制包括下述多種方案：

速度控制加轉(zhuǎn)矩控制

速度環(huán)飽和加轉(zhuǎn)矩限幅

從機(jī)直接采用轉(zhuǎn)矩控制可能出現(xiàn)動態(tài)過程振蕩、連接斷開時(shí)飛車等情況，下面主要介紹一種改進(jìn)的轉(zhuǎn)矩控制方案。

2.1  過程分析

從電機(jī)運(yùn)動方程來分析：

    Te=TL+GD^2 dn/dt    （2-1）

其中：

Te：電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩；

TL：電機(jī)軸端負(fù)載轉(zhuǎn)矩，包括機(jī)械負(fù)載、摩擦、風(fēng)阻等；

GD^2：機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量，包括電機(jī)及機(jī)械設(shè)備

n：電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，dn/dt：電機(jī)轉(zhuǎn)速變化率；

從這個(gè)方程來看，在機(jī)械系統(tǒng)一定的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化決定于電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩及其軸端的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

分析上述應(yīng)用場景下的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程：

動態(tài)過程
上述動態(tài)過程由于多種因素造成電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速不一致，而這將造成電機(jī)軸端負(fù)載分配不均勻。若采用的主從控制方式：主機(jī)速度控制+從機(jī)力矩控制方式，即從機(jī)力矩取自主機(jī)，而主機(jī)軸端與從機(jī)軸端負(fù)載不一致，根據(jù)公式（2-1）在從機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生偏差，直接影響到從機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，而主從實(shí)際轉(zhuǎn)速的不同，由于機(jī)械之間的耦合，將會影響到主機(jī)軸端的負(fù)載情況，由于主機(jī)采用速度閉環(huán)控制，其輸出轉(zhuǎn)矩將發(fā)生變化，傳遞到從機(jī)，循環(huán)往復(fù)，此時(shí)將很容易導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，無法進(jìn)入到穩(wěn)態(tài)過程，嚴(yán)重的情況甚至?xí)p壞設(shè)備，無法正常工作。

穩(wěn)態(tài)過程
進(jìn)入到穩(wěn)態(tài)，此時(shí)主從設(shè)備之間的相對運(yùn)動趨于0，轉(zhuǎn)速基本一致，進(jìn)而負(fù)荷分配也趨于一致。

通過上述分析，給定值系統(tǒng)已固定的情況下系統(tǒng)依然無法快速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，而出現(xiàn)系統(tǒng)振蕩的情況。