[发明专利]一种基于双电机驱动的电动舵机及其控制系统和控制方法

说明书

本发明公开了一种基于双电机驱动的电动舵机及其同步控制系统和控制方法，其中控制系统包括计算模块、检测传感器、误差补偿模块和电机控制器；检测传感器包括直线位移传感器、角度传感器Ⅰ、角度传感器Ⅱ；电机控制器包括电机控制器Ⅰ和电机控制器Ⅱ；误差补偿模块包括误差补偿模块Ⅰ和误差补偿模块Ⅱ；误差补偿模块Ⅰ用于将直线位移传感器采集的螺母座实际位置与其理论位置对比后进行偏差补偿并将补偿信息发送至电机控制器Ⅰ；误差补偿模块Ⅱ用于将角度传感器Ⅰ和角度传感器Ⅱ采集的两丝杠之间的角度对比进行偏差补偿并将补偿信息发送至电机控制器Ⅱ。本发明通过多个传感器检测误差并进行误差补偿，实现双电机的同步控制，满足电动舵机的性能需求。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种基于双电机驱动的电动舵机同步控制系统及控制方法。

背景技术

电动舵机系统作为一个船舶、舰艇、潜艇和水下航行器等海洋装备的位置伺服系统，其通过控制舵面转动，实现海洋装备姿态的调整。快速、稳定可靠的控制方法是实现海洋装备高机动性能的关键所在。面对外界洋流、浪涌冲击、激励等不良因素的影响，采用基于双电机驱动的电动舵机能够提高舵机系统的抗冲击性能和稳定性，以提高海洋装备的姿态调整能力和机动性能。然而，采用基于双电机的电动舵机存在双电机运行不同步导致舵机系统内部零部件损坏以及外部输出振动等问题，严重会影响装备的整体性能。因此，采用稳定可靠的双电机同步控制方法，是实现基于双电机驱动的电动舵机稳定工作的关键。

因此，需要一种针对目前基于双电机驱动的电动舵机存在的问题，提出一种基于双电机驱动的电动舵机同步控制系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的是针对采用基于双电机驱动的电动舵机由于双电机运行不同步存在的问题，提出一种通过多个不同类型的传感器检测误差，进行误差补偿，实现双电机的同步控制，以满足电动舵机的性能需求的舵机控制系统及控制方法。

本发明的基于双电机驱动的电动舵机，包括舵机壳体、两个驱动电机、双滚珠丝杠机构、曲柄滑块机构和舵机输出轴；所述双滚珠丝杠机构包括与两驱动电机的转轴一一对应传动连接的两根丝杠以及与两根丝杠一一对应配合的两个丝杠螺母；所述曲柄滑块机构包括同时固定于两丝杠螺母并作为滑块使用的螺母座、连接于舵机输出轴的摇臂和铰接于摇臂与螺母座之间的连杆；两所述驱动电机均为直流无刷伺服电机。两所述丝杠对称设置并通过圆锥滚子轴承支承于舵机壳体；所述连杆为两根且分设在螺母座上下两侧，所述摇臂的顶端为叉形结构并通过两分叉分别与两连杆铰接。所述舵机壳体上设有用于获取舵机输出轴旋转角度的电位计。所述摇臂的运转范围两侧各设置一机械限位。所述舵机壳体包含舵机底座和舵机上盖；所述轴承座和机械限位一体成型于壳体内。

本发明的基于双电机驱动的电动舵机同步控制系统，包括计算模块、检测传感器、误差补偿模块和电机控制器；

所述计算模块用于根据舵机输出轴期望位置与实际位置计算舵机中的驱动电机所需的驱动量；

所述检测传感器包括用于检测舵机中丝杠螺母座的直线位移的直线位移传感器和用于分别检测舵机中两丝杠旋转角度的角度传感器Ⅰ和角度传感器Ⅱ；

所述电机控制器包括分别用于控制舵机中两驱动电机的电机控制器Ⅰ和电机控制器Ⅱ；其中，电机控制器Ⅰ的输出端作为电机控制器Ⅱ的输入端；

所述误差补偿模块包括误差补偿模块Ⅰ和误差补偿模块Ⅱ；所述误差补偿模块Ⅰ用于将直线位移传感器采集的螺母座实际位置与其理论位置对比后进行偏差补偿并将补偿信息发送至电机控制器Ⅰ；所述误差补偿模块Ⅱ用于将角度传感器Ⅰ和角度传感器Ⅱ采集的两丝杠之间的角度对比进行偏差补偿并将补偿信息发送至电机控制器Ⅱ。

本发明还公开了一种采用所述基于双电机驱动的电动舵机同步控制系统的舵机控制方法，包括以下步骤：

s1.所述计算模块根据舵机输出轴期望位置与其实际位置，通过舵机传动链所确定的数学模型计算出驱动电机所需的驱动量，并将该驱动量发送至电机控制器Ⅰ；