1.本发明涉及双轴同步控制技术领域，特别地涉及一种双轴同步控制方法、控制装置及同步运动装置。
背景技术：2.传统的单轴驱动方案因瞬时驱动力易产生振动而降低设备的加工精度，且很难提供相对成本低或足够大的驱动力，为满足高速高精密数控加工要求，冗余龙门平台较单轴驱动方案可以使系统获得更大的推力、结构刚度以及更高的控制频宽。同时双驱结构对称，因不平衡负载而产生的额外弯矩在丝杠上有互相抵消作用，具有有效抑制高速机器振动、延长丝杠使用寿命、提升系统响应、提高系统刚度等优点。尽管两个进给轴上的传动部件相同，但冗余驱动及轴间强机械耦合结构特点，在高速运行中也难免会出现运动的不一致情况，导致移动部件的扭斜，直观上体现冗余电机的协调机制不当常常造成滚珠的挤压变形，导致两个执行器运动过程中不同步现象，破坏同步精度，其将直接影响冗余驱动轴的控制精度。因此提出一种能够保证冗余龙门同步性的龙门同步控制方法是保证加工精度的关键。
3.一种龙门控制方法，公开了首先将两组动力机构划分为主动力机构和从动力机构；然后将主驱动器的分频输出接口和从驱动器全闭环接口连接，将主驱动器的全闭环接口和从驱动器的分频输出接口连接；二、通过龙门控制器将主驱动器设置为龙门同步主机，主驱动器的分频输出来源设置为位置指令输出；将从驱动器设置为龙门同步从机，从驱动器的分频输出来源设置为正常分频输出，位置指令选择设置成第二编码器输入；在龙门控制器内设置位置偏差阈值；三、转矩环控制从伺服电机运动，主驱动器实时读取主伺服电机从伺服电机的位置信号和速度信号，得出主伺服电机和从伺服电机的位置与速度差值，然后输出速度与转矩补偿指令。
4.一种基于激光位移传感器的控制方法，公开了所述装置包括双轴同步运动控制装置本体、位移检测系统和控制组件；双轴同步运动控制装置本体包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一直线运动平台、第二直线运动平台和实验台；位移检测系统包括长距离激光位移传感器、高精度激光位移传感器、反光板、工作台、第一分度盘和第二分度盘；控制组件分别与第一驱动机构、第二驱动机构、长距离激光位移传感器和高精度激光位移传感器连接，采用激光位移传感器测得两轴的运动位置信号，输入到工控计算机中，获得控制信号输出到伺服驱动器中驱动两个伺服电机的运动，实现对装置的速度和位置的双闭环控制。
5.一种双轴控制装置及方法，包括同轴同步运动本体部分及驱动检测控制部分，采用拉压力传感器及加速度传感器检测两轴的运动速度信号，输入到工控计算机中，获得控制信号输出到伺服驱动器中驱动两个伺服电机的运动，实现对装置的速度和位置的双闭环控制。
6.上述技术都是对伺服电机的速度环和位置环闭环控制，与电流环反馈相比，数据不准确、驱动器运算较大、动态响应慢等。
技术实现要素：7.针对现有技术中双轴结构在高速运行过程中难免会出现运动的不一致情况，导致横梁出现扭斜的情况，本技术提出了一种双轴同步控制方法、控制装置及同步运动装置，能够准确测得双轴同步误差，保证双轴驱动的同步精度，避免出现两轴运动扭斜的情况。
8.本发明的双轴同步控制方法，包括如下步骤：
9.分别获取第一电机和第二电机的扭矩数据并进行反馈；
10.计算获得所述第一电机和所述第二电机的扭矩差值数据；
11.若扭矩差值数据不满足预设条件，则根据所述扭矩差值数据，控制所述第一电机和/或所述第二电机以目标运行参数运行，以使所述第一电机与所述第二电机的扭矩差值满足预设条件。
12.在一个实施方式中，控制所述第一电机和/或所述第二电机以目标运行参数前，分别获取第一电机的转角和转速以及第二电机的转角和转速，根据所述扭矩差值数据，将第一电机的转角和转速以及第二电机的转角和转速分别调整到目标参数。通过本实施方式，通过获取第一电机和第二电机的转角和转速，通过控制第一电机与第二电机转角和转速，以能够响应第一电机和/或第二电机的扭矩差值达到预设条件，实现速度环的闭环控制。
13.在一个实施方式中，所述目标运行参数至少包括转速。通过本实施方式，通过控制第一电机和第二电机的转速，以使第一电机和第二电机的扭矩差值达到预设值。
14.在一个实施方式中，所述预设条件为所述第一电机与所述第二电机的扭矩差值为零。通过本实施方式，使第一电机和第二电机保持完美同步运动，当横梁的两端分别安装在第一电机和第二电机的传动结构上时，横梁对第一电机和第二电机的横向挤压作用力为零，避免横梁挤压传动结构，影响传动结构的使用寿命，同时保证横梁的平稳运行。
15.在一个实施方式中，根据所述扭矩差值数据，生成脉冲控制信号，以分别控制所述第一电机和/或所述第二电机以所述目标运行参数运行。通过本实施方式，根据获取的扭矩差值数据，生成脉冲信号，通过脉冲信号控制第一电机和第二电机的目标参数达到预设条件，实现快速响应的效果。
16.本发明的双轴同步控制装置，包括：
17.扭矩数据获取模块，其用于分别获取第一转轴与第二转轴的扭矩数据；
18.扭矩差值数据获取模块，其用于根据所述扭矩数据，计算获得所述第一转轴与所述第二转轴所分别连接的第一电机与第二电机的扭矩差值数据；
19.电机控制模块，其用于根据所述扭矩差值数据，控制所述第一电机和/或所述第二电机的目标运行参数，以使所述第一电机与所述第二电机的扭矩差值满足预设条件。
20.本发明的双轴同步运动装置，包括驱动组件，其包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元包括相互连接的第一转轴和第一电机，所述第二驱动单元包括相互连接的第二转轴和第二电机；
21.扭矩检测组件，其包括分别设置于所述第一转轴与所述第二转轴的第一扭矩传感器和第二扭矩传感器；
22.电机驱动组件，其包括分别设置于所述第一电机和第二电机的第一驱动器和第二驱动器，所述电机驱动组件用于根据由所述扭矩检测组件获取的扭矩数据所确定的目标运行参数驱动所述电机运行。
23.通过本实施方式，第一扭矩传感器和第二扭矩传感器分别获取第一转轴与第二转轴的扭矩信息，测量精度高、稳定性好，具有测量静态和动态扭矩、无需反复调零、可连续测量正反扭矩、采样频率高、动态响应快的优点。
24.在一个实施方式中，还包括主控制器，其分别电连接所述扭矩检测组件中的扭矩传感器和所述电机控制组件中的驱动器。通过本实施方式，控制器用于处理第一扭矩传感器与第二扭矩传感器的信息，并能输出信号用以控制第一电机和第二电机工作，实现闭环控制。
25.在一个实施方式中，还包括信号转换器组件，其包括设置于所述第一扭矩传感器与所述主控制器之间的电连接回路上的第一信号转换器，以及设置于所述第二扭矩传感器与所述主控制器之间的电连接回路上的第二信号转换器。通过本实施方式，设置信号转换器组件，能够将第一扭矩传感器和第二扭矩传感器的模拟信号转换为数字信号，然后输出给控制器进行处理。
26.在一个实施方式中，还包括编码器组件，其包括分别设置于所述第一电机与所述第二电机的的第一编码器与第二编码器。通过本实施方式，编码器组件能够用于获取第一电机和第二电机的转角和转速信息，并且在响应第一电机和第二电机扭矩差值调零的过程中，控制信号能够经编码器组件反馈给第一驱动器和第二驱动器。
27.上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
28.本发明提供的一种双轴同步控制方法、控制装置及同步运动装置，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
29.获取第一转轴和第二转轴的扭矩数据，控制第一电机与第二电机的扭矩差值满足预设条件，避免出现两轴运动扭斜的情况，形成转矩闭环控制，由于电机三环最内环为电流/转矩环，故而能最先响应，运算最小，恢复速度快。
附图说明
30.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
31.图1显示了本发明的双轴同步运动装置的结构示意图；
32.图2显示了本发明双轴同步运动装置的俯视示意图；
33.图3为电机三环控制原理图；
34.图4为同步运动相对位移变化量测量的几何原理图。
35.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
36.附图标记：
37.11-第一转轴，12-第一电机，13-第一扭矩传感器，21-第二转轴，22-第二电机，23-第二扭矩传感器。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
39.实施例1
40.本发明的双轴同步控制方法，包括如下步骤：
41.s10分别获取第一电机12和第二电机22的扭矩数据并进行反馈；
42.s20计算获得第一电机12和第二电机22的扭矩差值数据；
43.s30若扭矩差值数据不满足预设条件，则根据扭矩差值数据，控制第一电机 12和/或第二电机22以目标运行参数运行，以使第一电机12与第二电机22的扭矩差值满足预设条件。
44.实施例2
45.s00分别获取第一电机12的转角和转速以及第二电机22的转角和转速，根据扭矩差值数据，将第一电机12的转角和转速以及第二电机22的转角和转速分别调整到目标参数。
46.具体的，第一电机12和第二电机22分别自带第一编码器和第二编码器，编码器为光电编码器。将s00中获取的第一电机12的转角和转速信号与第二电机 22的转角与转速分别经过第一驱动器和第二驱动器、运动控制卡后输出给控制器。
47.s10分别获取第一电机12和第二电机22的扭矩数据并进行反馈；
48.s20计算获得第一电机12和第二电机22的扭矩差值数据；具体地，第一扭矩传感器13和第二扭矩传感器23获得第一转轴11与第二转轴21的扭矩数据，并由第一动态扭矩测试仪和第二动态扭矩测试仪输出给第一a/d转换卡和第二 a/d转换卡转换成数字信号后输入到工控计算机中进处理；
49.s30若扭矩差值数据不满足预设条件，则根据扭矩差值数据，控制第一电机 12和/或第二电机22以目标运行参数运行，以使第一电机12与第二电机22的扭矩差值为零。
50.具体地，将第一电机12和第二电机22的转角和转速，以及扭矩差值数据输入到工控计算机中使用设定的算法进行处理，将产生的扭矩差值补偿到第一电机 12和/或第二电机22的驱动轴上，保证第一转轴11和第二转轴21的扭矩值相同，生成控制第一电机12和第二电机22的脉冲信号，分别经过运动控制卡、第一驱动器和第二驱动器，第一驱动器和第二驱动器处理后输出到第一电机12和第二电机22，从而实现对两电机的转矩与转速的双闭环控制，使得两个驱动机构同步运动。
51.通过第一扭矩传感器13和第二扭矩传感器23分别测量第一电机12和第二电机22扭矩大小，保证两个电机扭矩差值为零，将上述信号通过编码器反馈给驱动器，从而获得两驱动机构扭矩和速度的双闭环控制，利用扭矩传感器测量精度高、稳定性好，具有测量静态和动态扭矩、无需反复调零、可连续测量正反扭矩、采样频率高、动态响应快的优点，可以动态测量两电机轴的扭矩值，从而使双驱动同步运动精度更高、响应更快。
52.现有技术中双驱动同步运动使用位移传感器或者拉压传感器，配合光电编码器对驱动装置的角位移检测，形成位置和速度的双闭环控制，在系统进行速度和位置控制的同时系统也在进行电流/转矩的控制以达到对速度和位置的相应控制，任何模式都必须使用电流环，电流环为最内环，是控制的根本。本发明使用扭矩传感器测量电机轴的扭矩，直接通过内环进行控制，可以快速得到两电机轴的扭矩值，在转矩模式下驱动器的运算最小、响应最快，该模式下系统能稳定、准确、快速地达到同步运动，并能在干扰出现运动不同步时更快速地恢复同步。
53.相比现有技术中需要对双轴设置零点作为运动基准点，在零点和相邻两点信号中间安装光电开关，双轴运动开始前须进行回零和误差分析相比，本发明不受双轴运动范围
的影响，无需通过固定的检测装置进行回零和校准操作，可以避免零点设置和误差分析。
54.实施例3
55.如图4所示，t1和t2分别为双驱轴的扭矩，可由扭矩传感器测得。
56.δt＝|t1-t2|＝k*θ
ꢀꢀ
(1)
57.其中:
58.k为横梁部件的扭转刚度，可通过计算或仿真获得；
59.θ为由横梁部件不同步产生的角度偏差，当两轴同步运动时θ＝0。
60.根据上述公式，提供另一种测量双轴扭矩差值的方法：
61.s00在第一转轴11和第二转轴21上设置位于同一起点的零点位置；
62.s10获取横梁两端到零点位置的距离值数据；
63.s20计算获得横梁两端到零点位置距离的差值数据；
64.s30根据s20的差值数据以及第一转轴11与第二转轴21之间的距离，计算获取横梁扭斜后的横梁移动路径与横梁未扭斜的移动路径之间的夹角值；
65.s40根据横梁扭斜后的移动路径仍与横梁相互垂直，计算获得θ值；
66.s50根据公式(1)计算出扭矩差值。
67.实施例4
68.本发明的双轴同步控制装置，包括：
69.扭矩数据获取模块，其用于分别获取第一转轴11与第二转轴21的扭矩数据；具体地，第一转轴11和第二转轴21的运动采用耦合连接，能够实时动态地检测双轴间的速度差和转矩值，适用于低速重载的场合。
70.扭矩差值数据获取模块，其用于根据扭矩数据，计算获得第一转轴11与第二转轴21所分别连接的第一电机12与第二电机22的扭矩差值数据；
71.电机控制模块，其用于根据扭矩差值数据，控制第一电机12和/或第二电机 22的目标运行参数，以使第一电机12与第二电机22的扭矩差值满足预设条件。
72.具体地，本控制装置可以采用主从式同步控制策略，也可以采用其他同步控制策略，如串行同步运动控制策略、并行同步运动控制策略、虚拟电子主轴同步运动控制策略等，为验证多轴复杂控制策略提供了平台。
73.实施例5
74.本发明的双轴同步运动装置，包括：包括驱动组件，其包括第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元包括相互连接的第一转轴11和第一电机12，第二驱动单元包括相互连接的第二转轴21和第二电机22；
75.扭矩检测组件，其包括分别设置于第一转轴11与第二转轴21的第一扭矩传感器13和第二扭矩传感器23；
76.电机驱动组件，其包括分别设置于第一电机12和第二电机22的第一驱动器和第二驱动器，电机驱动组件用于根据由扭矩检测组件获取的扭矩数据所确定的目标运行参数驱动电机运行。
77.具体地，第一驱动组件和第二驱动组件的结构一致，现以第一驱动组件进行说明：第一驱动包括依次连接的第一电机12、第一电机12支架、第一联轴器、第一扭矩传感器13支架、第一扭矩传感器13、第二联轴器、第一轴承座、第一滚珠丝杠副，第一滚珠丝杠副的两边
设有直线导轨，直线导轨上设有滑块，横梁设置在滚珠丝杠上，且横梁一端固定在滑块上；第一电机12通过第一联轴器驱动滚珠丝杠，且第一电机12通过第一联轴器与第一扭矩传感器13连接，第一扭矩传感器13通过第二联轴器与滚珠丝杠连接。
78.具体地，第一电机12和第二电机22均为伺服电机，并且选用日本安川公司生产的1.3kw交流伺服电机，伺服电机的型号为sgm7g-13afc61。
79.第一转轴11和第二转轴21相互平行设置，第一转轴11和第二转轴21为滚珠丝杠副，横梁的两端设置在第一转轴11和第二转轴21上，在第一转轴11和第二转轴21的外侧分别设置有一个直线导轨，通过直线导轨起到对横梁移动路径起导向限位的作用。滚珠丝杠副可选用中国台湾hiwin精密型滚珠丝杠，型号为 r25，配有标准滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠支撑组件均为加工件，轴承选用日本nsk 滚珠丝杠副支撑专用轴承，型号为20tac47型。
80.直线导轨选用中国台湾hiwin的重负荷型滚珠直线导轨，型号为 hgh25ca2r1000,导轨宽w1为23mm，组装高度h为40mm，导轨长度l为 1000mm，配有标准滑块。
81.第一扭矩传感器13两端分别通过联轴器与第一电机12和第一转轴11相连接，第二扭矩传感器23两端也分别通过第二电机22和第二转轴21相连接。联轴器可选用r+w精密型联轴器型号为bk3的波纹管弹性联轴器。
82.实施例6
83.本发明的双轴同步运动装置，还包括主控制器，其分别电连接扭矩检测组件中的扭矩传感器和电机控制组件中的驱动器。
84.还包括信号转换器组件，其包括设置于第一扭矩传感器13与主控制器之间的电连接回路上的第一信号转换器，以及设置于第二扭矩传感器23与主控制器之间的电连接回路上的第二信号转换器。
85.还包括编码器组件，其包括分别设置于第一电机12与第二电机22的的第一编码器与第二编码器。
86.具体地，控制器为工控计算机，信号转换组件的第一信号转换器和第二信号转换器分别为第一a/d转换卡和第二a/d转换卡，编码器组件的第一编码器和第二编码器为第一电机12和第二电机22分别自带的光电编码器。
87.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
88.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
技术特征：1.一种双轴同步控制方法，其特征在于，包括如下步骤：分别获取第一电机和第二电机的扭矩数据并进行反馈；计算获得所述第一电机和所述第二电机的扭矩差值数据；若扭矩差值数据不满足预设条件，则根据所述扭矩差值数据，控制所述第一电机和/或所述第二电机以目标运行参数运行，以使所述第一电机与所述第二电机的扭矩差值满足预设条件。2.根据权利要求1所述的双轴同步控制方法，其特征在于，还包括：控制所述第一电机和/或所述第二电机以目标运行参数前，分别获取第一电机的转角和转速以及第二电机的转角和转速，根据所述扭矩差值数据，将第一电机的转角和转速以及第二电机的转角和转速分别调整到目标参数。3.根据权利要求1所述的双轴同步控制方法，其特征在于，所述目标运行参数至少包括转速。4.根据权利要求1所述的双轴同步控制方法，其特征在于，所述预设条件为所述第一电机与所述第二电机的扭矩差值为零。5.根据权利要求1所述的双轴同步控制方法，其特征在于，包括如下步骤：根据所述扭矩差值数据，生成脉冲控制信号，以分别控制所述第一电机和/或所述第二电机以所述目标运行参数运行。6.一种双轴同步控制装置，其特征在于，包括：扭矩数据获取模块，其用于分别获取第一转轴与第二转轴的扭矩数据；扭矩差值数据确定模块，其用于根据所述扭矩数据，计算获得所述第一转轴与所述第二转轴所分别连接的第一电机与第二电机的扭矩差值数据；电机控制模块，其用于根据所述扭矩差值数据，控制所述第一电机和/或所述第二电机的目标运行参数，以使所述第一电机与所述第二电机的扭矩差值满足预设条件。7.一种双轴同步运动装置，其特征在于，包括：驱动组件，其包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元包括相互连接的第一转轴和第一电机，所述第二驱动单元包括相互连接的第二转轴和第二电机；扭矩检测组件，其包括分别设置于所述第一转轴与所述第二转轴的第一扭矩传感器和第二扭矩传感器；电机驱动组件，其包括分别设置于所述第一电机和第二电机的第一驱动器和第二驱动器，所述电机驱动组件用于根据由所述扭矩检测组件获取的扭矩数据所确定的目标运行参数驱动所述电机运行。8.根据权利要求7所述的双轴同步运动装置，其特征在于，还包括主控制器，其分别电连接所述扭矩检测组件中的扭矩传感器和所述电机控制组件中的驱动器。9.根据权利要求8所述的双轴同步运动装置，其特征在于，还包括信号转换器组件，其包括设置于所述第一扭矩传感器与所述主控制器之间的电连接回路上的第一信号转换器，以及设置于所述第二扭矩传感器与所述主控制器之间的电连接回路上的第二信号转换器。10.根据权利要求7所述的双轴同步运动装置，其特征在于，还包括编码器组件，其包括分别设置于所述第一电机与所述第二电机的的第一编码器与第二编码器。
技术总结本发明提供了一种双轴同步控制方法、控制装置及同步运动装置，涉及双轴同步控制技术领域。本发明的双轴同步控制方法，分别获取第一电机和第二电机的扭矩数据并进行反馈；计算获得所述第一电机和所述第二电机的扭矩差值数据；若扭矩差值数据不满足预设条件，则根据所述扭矩差值数据，控制所述第一电机和/或所述第二电机以目标运行参数运行，以使所述第一电机与所述第二电机的扭矩差值满足预设条件。基于本发明的技术方案，控制第一电机与第二电机的扭矩差值满足预设条件，避免出现两轴运动扭斜的情况，形成转矩闭环控制，由于电机三环最内环为电流/转矩环，故而能最先响应，运算最小，恢复速度快。恢复速度快。恢复速度快。
技术研发人员：张红梅 崔中 刘松 薛乃凤 贾存齐
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
