雙速度環在雙馬達直流調速系統中的應用

1 單速度環的雙馬達驅動系統
雙馬達驅動系統采用的是單速度環體制。其原理如圖1所示。由圖1可以看出，對單速度環雙馬達驅動系統來說兩個馬達共用一個速度調節器，從兩個馬達的測速機輸出取信號求和后作為速度反饋信號來構成趣度環，從而把兩個獨立的電流環閉在同一速度環內。
力矩偏置信號是從速度調節器的輸出取出作為力矩偏置電路的輸入，將力矩偏置電路的輸出作為電流環的一個輸入分量，通過兩個獨立的電流環給兩個馬達施加大小相等、方向相反的偏置力矩，以起到消除傳動齒隙、提高系統性能的作用。
由于偏置力矩的引入，必然會引起處于動態運行狀態下的兩個馬達之間的差速振蕩。若不采取其他措施，由和速度反饋信號構成的單速度環自身是無法抑制這種差速振蕩的，只有從兩個測速機輸出取信號求差后分別引入兩個馬達的電流環，才能起到抑制雙馬達運行過程中所產生的差速振蕩的作用。

2 雙速度環雙馬達直流驅動系統
2.1 系統原理框圖
雙速度環雙馬達直流驅動系統的原理框圖如圖2所示。由圖2可以清楚地看到，雙速度環雙馬達直流驅動系統中的兩個電流環及兩個速度環均是完全獨立的。
力矩偏置信號是從兩個速度調節器的輸出取出作為力矩偏置電路的輸入，然后與雙電流環、單速度環的雙馬達驅動系統一樣，把力矩偏置電路的輸出分別引入到兩個電流環，給兩個馬達施加大小相等、方向相反的偏置力矩，以起到消除傳動齒隙的作用。

2.2 雙速度環驅動系統的特點
2.2.1 可以自行抑制雙馬達之間的差速振蕩
與單速度環雙馬達驅動系統一樣，力矩偏置信號的引入仍然會引起動態運行狀態下的兩個馬達之間的差速振蕩，但對雙速度環來說，無需采取其他措施便可以起到抑制差速振蕩的作用。因為不論系統處于何種狀態下，兩個速度環是獨立的，速度指令Ugv1總是與取自測速機TG1的反饋信號Ufv1相比較構成速度閉環，力圖使Ufv1的幅值與Ugv1的幅值相等。同樣，速度指令Ugv2總是與取自測速機TG2的反饋信號Ufv2形成另外的速度閉環，力圖使Ufv2幅值與Ugv2的幅值相等；而兩個速度環的輸入指令Ugv1，Ugv2的幅值總是相等的，所以兩個獨立的速度環調節的結果使得兩速度反饋信號Ufv1和Ufv2的幅值盡量相等，而Ufv1和Ufv2又與各自相對應的馬達轉速成正比。
通常情況下，可以認為兩個測速機的靈敏度（即兩個測速機的輸出電壓與各自所對應的馬達轉速之比）是一樣的，所以兩個獨立的速度環控制的結果總是使得兩個受控的馬達之間的轉速相等，也就是說他可以起到自行調節任何狀態下的兩個馬達之間轉速不一致的作用，當然可以起到抑制差速振蕩的作用。
2.2.2 兩馬達有可能出現輸出力矩不一致的現象
由于兩個嚙合在一起的馬達分別受控于兩個獨立速度環，所以在運行過程中有可能出現兩個馬達的輸出力矩不一致的現象，原因分析如下：
首先，兩個馬達是通過傳動機構嚙合在一起的，所以當系統處于穩態運行時，兩馬達的轉速是相等的。雖然兩馬達的轉速相等，兩速度環的輸入指令Ugv1，Ugv2的幅值也相等，由于兩馬達所對應的測速機的性能客觀上存在一定差異，致使兩測速機輸出電壓的幅值不一定完全相等，也就是說兩速度環的速度反饋信號Ufv1和Ufv2的幅值并不完全相等，使得|Ugv1-Ufv1|≠|Ugv2-Ufv2|，必然造成兩電流環的輸入指令Ugi1和Ugi2二者幅值不等。
其次，即使|Ugv1-Ufv1|=|Ugv2-Ufv2|，但由于兩速度環所用的速度調節器ST1，ST2是獨立的，盡管調節器ST1和ST2的各對應元件的標稱值完全一樣，由于元件的離散性也必然造成Ugi1和Ugi2二者的幅值不等。
綜上所述，無論是兩個速度反饋信號之間存在幅值上的差異，還是兩個速度調節器各對應的元件之間的離散性，都會導致兩個電流環的輸入指令Ugi1，Ugi2的幅值不等，當然兩馬達輸出的電流就不一樣，也就是說兩馬達的輸出力矩不一致。
若速度調節器ST選用比例調節器，兩馬達輸出力矩的差異還不會太嚴重，如果ST選用比例積分調節器，那么工作在雙速度環體制下的同一驅動系統中的兩個馬達就有可能出現一個馬達的輸出力矩很小，而另一個馬達的輸出力矩則很大的現象，這樣輸出電流小的馬達就明顯的成了輸出電流大的馬達的負載，這種現象必須想辦法克服。
2.2.3 力矩均衡
從前面的分析可知，雙速度環體制有可能造成兩個電流環的輸入指令幅值不相等，從而導致了兩馬達的輸出力矩的不一致，如果能使得兩個電流環的輸入指令的幅值趨于相等，就可以起到抑制兩馬達輸出力矩不一致的作用。 目前工程中采用的辦法如圖2中所示，即從兩電流反饋Ufi1，Ufi2取信號，通過求差電路（力矩均衡電路）將輸出信號△M分別引入兩馬達的速度環輸入端，也就是在速度指令Ugv1和Ugv2上分別迭加一個和兩個馬達的輸出電流有關的輸入分量△M。
系統在運行過程中，在不考慮偏置電流的情況下，若兩馬達的輸出電流幅值相等，則電流反饋信號己Ufi1，Ufi2二者幅值相等，△M=0；若馬達輸出電流幅值不等，則△M≠0，假若Ufi1的幅值大于Ufi2的幅值，只要△M能起到使Ugi1的幅值下降，Ugi2的幅值上升，反之，若Ufi1的幅值小于Ufi2的幅值，△M能起到使Ugi1的幅值上升，Ugi2礎的幅值下降的作用，便可以確保雙速度環控制的雙馬達系統中的兩個馬達系統中的兩個馬達的輸出力矩趨于一致，實驗證明這種方法確實是行之有效的。
3 結語
雙速度環驅動系統已應用于工程中，實踐證明了他的可行性和獨特的優越性。