1 问题的提出与现状分析

    现有的电机控制系统主要分为两大类，一是传统的继电器-交流接触器控制系统，目前仍广泛应用于电机运行的简单控制中，例如完成电机的点长动、正反转、星三角变换等常规运行控制。二是微机控制技术与交流接触器、变频器控制系统结合，主要的控制形式是可编程序控制器(PLC)在电机控制电路中的应用，控制电路中除了保留主电路中的交流接触器外，其逻辑控制部分如：自锁互锁、延时定时、顺序控制、机械手臂动作控制等都由PLC编程实现，极大地简化了控制回路的外连电路，提高了控制精度、稳定性和可靠性。如果用PLC和变频器相结合共同控制电机，可以很方便地实现交流电机的变速、调速运行。这两大类控制技术目前都已经相当成熟，而且得到了广泛应用。

    尽管如此，还是有许多电机应用场合的控制功能得不到满足，例如：双电机或多电机的异地驱动中，要求转速严格同步的驱动控制；集群式太阳能采集板多电机的转角同步控制等等。对电机的这种并行同步控制需求，显然不能简单应用上述两种控制方式来实现，因为随着被控单元数量的增加和物理空间分布的分散，需要使用的PLC数量也会增加，控制系统的成本将激增，极大地降低了控制系统的性价比。本文从双电机的同步驱动出发，探讨多电机的同步驱动问题，应用角度传感器(自整角机)和单片机组成多微机联控的”集散式”随动控制系统，通过单片机-变频器-伺服电机的闭环调速驱动方式，实现双电机或多电机的转速”随动同步”控制。

2 异地随动转速同步控制原理

2．1 电机实际转速偏差形成的原因与危害

    交流电机控制电路中，通常采用开环的位式控制或采用变频器的变速控制。尽管各电机参数相同，给定的电压或频率也相同，但由于负载转矩不同，还是会产生实际转速的偏差，若电机的机械特性较硬，则这个偏差不大，在不要求转速严格同步的应用场合此问题可以忽略；但要求严格同步时则可能产生严重问题。例如大跨距的大型龙门吊，其双轨行程的并行电机驱动控制中，较小的转速偏差随时间积累将形成很大的行程偏差，加大了轮毂与钢轨的侧向摩擦力，甚至别死车轮；又如多电机联轴驱动不接差速器时，偏差积累的强大力矩会使钢轴变形等。

2．2 双电机简单随动控制结构及原理

    双电机驱动控制系统中，为了避免由于负载转矩的不同，导致电机转速产生偏差，应设双电机中任一电机为主动电机，另一电机为随动电机。主控电机直接接受操作控制或变频器驱动，设有主控单片机控制器，角度／速度传感器，将主动电机的转子位置、转速、转向数据采集处理后向随动电机控制器串行发送；随动控制器接收主控制器发来的主动电机数据作为给定值，且与角度转速传感器、变频驱动器和伺服驱动电机组成有转速反馈的闭环控制系统。应用最少拍控制算法以提高响应的实时性并消除静差，或应用PID控制算法减小过调量并消除静差，使随动电机与主动电机的转速真正实现并行同步。

2．3 多电机随动控制系统结构及原理

    在多电机驱动系统中，每台电机都设有专用的单片机随动控制器、角度／转速传感器、变频驱动器和伺服驱动电机，各自都构成有转速反馈的闭环控制系统。其主动电机数据作为给定值是具有群控引领作用的数据，各单片机与主控制器之间采用串口通信或I2C总线连接，构成集散式控制系统，各单片机随动控制器一方面接收主控制器发送的转速给定值，同时接收转速传感器检测的本机转速值，同样应用最少拍控制算法以提高响应的实时性并消除静差，或应用PID控制算法减小过调量并消除静差，使众多随动电机转速与给定值转速之间真正实现并行同步。由于采用串口通信，主控制器可以向各随动控制器发送相同的给定值，也可根据需要发送不同的给定值，实现转速的同步、异步和特殊控制要求。

2．4 单片机集散式控制系统特点

    单片机集散式控制系统具有操作和管理集中、多机现场控制、线路连接简便、主机还可扩展上位机的USB接口和互联网络接口，为进一步扩展工程应用范围，运行更复杂的程序，实现更多样的控制功能奠定基础。由此可知，凡是需要集群多工位电机并行的群控随动控制系统，都适用以单片机集散式控制构建控制系统，本文的意义就在于设计构建结构简单、性价比高、性能稳定、可并行工作的群控随动控制系统。