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双电机驱动齿轮传动系统具有输出功率大、结构紧凑、效率高、成本低等优点,因此在重载场合得到了广泛应用。对于高精度、高速随动系统,伺服电机驱动负载频繁换向,难以克服由啮合间隙造成的传动误差和回程误差,严重影响伺服系统的传动精度和系统性能。此外,当系统中两台电机共同驱动负载时,由于实际电机参数不一致、传动链抗扭特性差异、各电机受到扰动不同等因素,都会导致驱动电机间出现速度同步误差,极易引发差速振荡现象,严重时会造成单台电机过载,甚至机械轴断裂,为此必须采取一定的控制方法,保证两台驱动电机的速度同步。 为消除齿轮啮合间隙对系统造成的影响,本文建立了双永磁同步电机驱动伺服系统含齿隙时的动力学模型,分析了齿轮啮合原理,设计了基于变偏置力矩的双电机消隙控制策略,对两台电机的输出转矩进行联动控制,始终保证至少有一个小齿轮与大齿轮啮合,使大齿轮无法在齿隙中自由摆动,降低齿隙对系统的影响,从而精确传递力矩、速度和位移。 传统双PI并行控制下,当其中一台电机受到负载扰动时,两台电机之间将出现较大的速度同步误差,由于两台电机之间是齿轮刚性连接,极易引发差速振荡现象,严重时还会造成单台电机过载甚至机械轴断裂。针对该问题,本文结合滑模控制算法和交叉耦合控制结构,提出一种转速同步控制策略。该控制策略采用一种积分型滑模速度控制器来提高电机的抗扰性,并增强了两台电机之间的速度耦合作用,通过将两台电机之间的转速差信息反馈到两台电机的电流环,来快速补偿两台电机之间的速度同步误差。同时,本文研究了同步耦合系数的取值对系统同步性能的影响,通过仿真和实验选取了同步耦合系数的最优值,增强了系统的抗负载扰动能力,提升了系统的转速同步性能。 最后,搭建了双电机驱动伺服系统的硬件实验平台,编写了实验程序,分别对传统双PI并行控制和转速同步控制策略进行了实验验证。实验结果表明,当系统受到负载扰动时,转速同步控制策略不仅可以降低转速跟踪误差和同步误差,同时能够缩短系统的恢复时间,有效提升系统的同步性能,降低差速振荡风险。