西门子驱动负荷分配方案详解及案例分享

　　在多机共同驱动同一个负载的系统中，由于机械连接的材料及方式，实际负载的不均匀分布等原因，将会造成各电机驱动系统的实际转速出现瞬时偏差的情况。

　　由于加工、安装、老化磨损等导致齿隙，进而从动齿与主动齿的速度不一致，即：

　　由刚体及阻尼体构成，在电磁转矩与负载转矩的作用下，整个机械系统出现了“扭转”的过渡过程，将造成两套驱动系统输出的转速出现瞬时偏差，即：

　　负载(包括摩擦，机械负载等)与电磁转矩的偏差造成多机传动之间的耦合连接出现相对位移，进而造成各个驱动系统之间的瞬时速度不一致，即：

　　负荷分配要求变频器运行于矢量控制模式，带电机编码器或不带编码器均可。负荷分配的控制方案主要包括：

　　不同的控制方案各有优缺点，适用场景也不完全一样。下面就为大家带来详细的介绍。

　　从机直接采用转矩控制可能出现动态过程振荡、连接断开时飞车等情况，下面主要介绍一种改进的转矩控制方案。

　　从这个方程来看，在机械系统一定的情况下，电机转速的变化决定于电机输出的电磁转矩及其轴端的负载转矩。

　　上述动态过程由于多种因素首先造成电机实际转速不一致，而这将进一步造成电机轴端负载分配不均匀。若采用的主从控制方式：主机速度控制+从机力矩控制方式，即从机力矩取自主机，而主机轴端与从机轴端负载不一致，根据公式（2-1）在从机的电磁转矩与负载转矩产生偏差，直接影响到从机的实际转速，而主从实际转速的不同，由于机械之间的耦合，将会影响到主机轴端的负载情况，由于主机采用速度闭环控制，其输出转矩将发生明显的变化，传递到从机，循环往复，此时将非常容易造成系统振荡，没办法进入到稳态过程，严重的情况甚至会损坏设备，无法正常工作。

　　进入到稳态，此时主从设备之间的相对运动趋于0，转速基本一致，进而负荷分配也趋于一致。

　　通过上述分析，即使给定值系统已固定的情况下系统依然无法快速进入稳定状态，而出现系统振荡的情况。

　　根据2.1节的动态与稳态的过程分析，主从控制的目标依然是速度及转矩的一致性，但要保证动态的过渡过程是收敛的，快速进入到稳定状态。

　　据此提出如下的主从控制方案：主机速度调节器为PI控制+从机速度调节器为P控制，且将主机速度调节器的积分控制分量传递给从机做转矩补偿。

　　对于主机来讲采用速度调节器为PI控制，实现工艺（一般都是一阶激励）转速的转速无差控制，在动态过程中由于从机的速度调节器采用P控制，从而使从机的实际转速与通过机械耦合的主机转速形成速度偏差，这样与由上述描述的应用场景所造成的偏差趋势是一致的，进而实现了从机与主机的“解耦合”，减小主从之间动态过程所产生偏差的强耦合影响，减小系统振荡的程度。

　　稳态时，由于∆n→0，那么完全决定于积分控制量。由于主从采用一致的积分控制，以此来实现转速一致性与负荷均匀分配的实现。

　　对于低速大转矩应用，控制精度要求比较高的情况，推荐采用带编码器的矢量控制。原因主要在于矢量控制的模型切换，较低转速运行时，若无编码器运行时系统相当于开环控制，速度调节器输出为0，显然是没办法实现图4的主从控制方案。

　　实现从机速度调节器P控制，引入主机的积分控制量作为附件转矩给定的参数设置方案。

　　转炉倾动系统是典型大比例减速比齿轮啮合的多机传动系统。如图6所示是一类典型倾动系统的结构示意图。

　　图中展示了4套驱动系统通过齿轮啮合，共同驱动倾动机械及负载（炉内钢水）。其控制目标是4台电机转速一致，负荷均匀分布。但是，由于齿轮啮合方式带来的问题是齿隙，如图7所示。

　　这将导致4台电机的转速在瞬态会出现转速不一致的情况。进而负荷分配不均有可能会出现打齿，一方面造成系统振荡，另一方面损耗齿轮箱。

　　按图4给出的主从配置方案能够有效解决以上问题，实现倾动系统的稳定可靠运行。设备正常运行过程中4台电机的输出转矩曲线台倾动电机的转矩曲线

　　Droop控制方案即利用变频器的Droop（软化/下垂）功能实现负荷分配的方案。Droop方案包括不分主从的各自Droop方案和Droop加补偿的主从控制方案等。下面详细的介绍不分主从的各自Droop方案。该方案不分主设备和从设备，每台变频器各自激活Droop功能。Droop输入信号源采用自身的转矩设定值。按照预先设置好的Droop系数得到一条Droop曲线，当输出转矩增大时，输出转速随之减小。Droop曲线如下图所示：

　　常见的软连接负荷分配应用案例包括带式输送机。如下图所示的带式输送机，采用3个驱动轮和一个张紧轮，其中头部有两个驱动轮，尾部有一个驱动轮。每个驱动轮各有一台电机驱动，分别通过一台变频器实现输送机的启停和调速。

　　在这个案例中，我们采用每台变频器各自激活Droop的方式实现符合分配，采用相同的Droop系数，当自身输出转矩较大时，自动降低输出转速，从而减小输出转矩，由此达到动态平衡。

　　实际测试效果能够很好的满足工艺技术要求，启动过程中皮带平稳建立张力，然后进入稳定的匀速运行。设备正常运行过程中3台电机的输出转矩曲线如下图所示：

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