第 34 卷增刊

2004 年 11 月

东南大学学报

( 自然科学版 )

JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY (Natural Science Edition)

Vol

134 Sup.

Nov. 2004

多电机同步联动系统的动力学分析与建模

陈庆伟　郭　毓　胡维礼　王建侠

(

南京理工大学自动化系

南京

210094)

摘要 : 以双电机同步联动伺服系统为例 ,研究了多电机同步联动系统的机械结构以及齿轮间的啮
合关系. 利用机理分析法 ,分析了齿轮啮合动力学的原理以及多电动机联动的动力学. 将电机侧的
参数折算到负载侧 ,首次建立了双电机同步联动伺服系统的无齿隙理想动力学模型. 通过齿隙特性
的分析 ,建立了含齿隙双电机同步联动伺服系统的动力学模型 ,给出了双电机同步联动系统结构图
模型和状态方程模型 ,并推导出了含齿隙的多电机同步联动系统的动力学一般模型.
关键词 : 同步联动 ;消隙 ;动力学建模 ;多电机
中图分类号 : TP275 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 1001 - 0505 (2004) 增刊

20135206

Dynamics analysis and modeling

of multi

motor synchronized driving system

Chen Qingwei

Guo Yu

Hu Weili

Wang Jianxia

(Department of Automation , Nanjing University of Science and Technology , Nanjing 210094 , China)

Abstract : As an example of multi

2motor synchronized driving system , the mechanical structure of a dual2motor

synchronized driving system and the mesh relations between gears are studied. By mechanism analysis method ,

the dynamics principle of gear mesh and dynamics of multi

2motor synchronized driving are analyzed. Ideal

model of the dual

2motor synchronized driving system without backlash is built by converting parameters on

motor sides to those on load side. By analyzing backlash property , dynamics model of dual

2motor driving

system with backlash is built . Structure diagrams and state functions of the system are presented. The general

dynamic functions of the multi

2motor synchronized driving system with backlash are deduced.

Key words : synchronized driving ; anti

2backlash ; dynamics modeling ; multi2motor

收稿日期

: 2004

16.

基金项目

国家自然科学基金资助项目

(60174019 ,60474034) .

作者简介

陈庆伟

(1963

—

) ,

男

教授

,cqw1002 @sina. com.

齿隙是齿轮传动中的普遍现象 ,广泛存在于各种机电伺服系统中 ,它会造成系统极限环振荡、

低速不

平稳和换向误差跳变 ,具有强非线性的特征

[ 1 ,2 ]

. 针对抑制齿隙的控制方法研究 ,引起了众多控制工程师

的关注

[ 2～7 ]

,但大多是以减小齿隙影响为目的 ,难以完全消除齿隙. 在高精度的伺服系统中 ,多电机联动的

消隙方案 ,受到了学者们的关注 ,并得到了较为广泛的应用

[ 1 ]

. 多电机联动消隙实为电消隙方案 ,即在多电

机联动的机械结构基础上 ,通过对各个电机的控制 ,达到消除齿隙的目的. 到目前为止 ,由于多电机动力学
分析的复杂性 ,对它的研究大多局限于一般性原理. 要获得更高的静、

动态控制性能 ,必须研究多电机联动

的动力学特性 ,建立多电机联动的动力学模型 ,以便通过计算机仿真 ,有针对性地研究各种控制算法 ,并进
行参数的调试和算法比较 ,以指导实际系统的设计与调试 ,为进一步研究消隙控制方法 ,进行高精度伺服
系统控制方法的分析、

仿真和设计奠定良好的基础.

本文首先以双电机同步联动伺服系统为研究对象 ,利用机理分析法 ,将电机侧的参数折算到负载侧 ,

建立了双电机同步联动伺服系统的理想动力学模型. 进一步分析了含齿隙双电机同步联动伺服系统的动
力学特性 ,给出了含齿隙的双电机同步联动伺服系统结构图模型和状态方程模型. 并在此基础上 ,进一步
推导出多电机同步联动驱动系统的一般动力学模型.