双电机驱动
一：相关系统功能
FANUC系统对于大型机床中使用双电机驱动一个坐标轴提供了两种控制方式，串联控制（tandem control）和同步控制（synchronous control）。

串联控制仅对主电机轴执行位置控制，对副电机轴仅执行转矩控制，因此这种控制也称转矩串联控制。

（简易）同步控制使用发送给主动轴的NC指令分别对主动电机轴和从动电机轴进行位置控制。

而当主动电机轴和从动电机轴是由一个DSP（数字信号处理器）控制时，这种配置特称为位置串联控制。

为了描述清晰，转矩串联控制的两个电机分别称为主电机轴和副电机轴，位置串联控制的两个轴分别称为主动电机轴和从动电机轴，需要特别注意的是转矩串联控制的主电机轴和副电机轴以及位置串联控制中的主动电机轴和从动电机轴都是由同一个DSP控制的，而一般意义的（简易）同步控制中的主动电机轴和从动电机轴并不一定要用同一个DSP控制。

为了能够应用FANUC系统针对双电机驱动所提供的各种伺服功能，建议用户在使用同步控制功能时对主动电机轴和从动电机轴的轴分配尽可能满足由一个DSP控制的条件。

由于HRV4功能使用一个DSP控制一个轴，因此位置串联控制和转矩串联控制不能和HRV4功能同时生效。

串联控制和同步控制在FANUC各系统中的规格详见下表所示。

16/18/21i B FS30/31/32i A
FS O i C FS
15i FS
串联控制√☆☆☆
轴同步控制———☆
简易同步控制√—☆—同步控制—☆——
串联减振控制☆☆☆☆
√：标准功能 ☆：选择功能 —：不支持
从上表可以看出，同步控制（synchronous control）在各系统中的对应功能名称略有不同。

在FSO i C和FS16/18/21i B中称为简易同步控制，在FS15i中称为同步控制，在FS30/31/32i A中称为轴同步控制，而且除FSO i C中串联控制和简易同步控制作为标准功能提供外，以上功能项在各系统中均为选择功能。

本文主要说明转矩串联控制和同步控制中的位置串联控制。

在进行机床设计时务必选择合适的控制方式。

在机床双驱轴机械部分具备反向进给（BACK FEED）特性时，以下情形适用转矩串联控制。

¾单个电机不能提供足够的转矩。

¾从惯量角度考虑使用两个较小的电机比使用一个较大的电机能更好地与机械惯量进行匹配。

其他情形一般使用位置串联控制。

位置串联控制同样也适用于为了改善由于机械的部件或装配所引起的机械偏差而使用双电机驱动的情形。

以下是几种典型的机床结构使用转矩串联控制和位置串联控制的例子。

图1和图3形式常见于大型落地镗等机床，图2形式常见于大型立加或卧加。

图1：转矩串联控制（机械具备反向进给特性）
图2：位置串联控制（消除机械位置偏差）图3：转矩串联控制（需要大转矩驱动）
图4：转矩串联控制（串联直线电机）图5：转矩串联控制（绕组串联电机）
二：相关伺服功能
下表列举了FANUC系统在转矩串联控制和位置串联控制中适用的伺服功能。

转矩串联控制位置串联控制速度反馈平均功能√—预加载功能√—
阻尼补偿功能√—电机反馈分享功能√—
伺服报警两轴同时监控功能√√全闭环反馈分享功能√√
速度环积分器复制功能—√串联扰动消除功能—√
同步轴自动补偿功能—√
以下对转矩串联控制和位置串联控制及其适用伺服功能逐项进行说明。

三：功能说明
转矩串联控制
转矩串联控制使用两个电机提供双倍的转矩去驱动一个轴，如图6所示。

这两个电机的规格是一样的。

主电机和副电机通常工作于两种方式，一种是负载分享方式，一种是消隙工作方式，具体在预加载一节说明。

转矩串联控制还适用于串联直线电机和绕组串联电机，如图4和图5所示。

图6：转矩串联控制框图
为了实现稳定的转矩串联控制，相关的机械部分必须具备反向进给特性（图1和图3）。

所谓的反向进给是指双驱电机在未连接动力电缆时通过耦合的机械部分可以实现顺畅的连动，即盘动主电机轴通过机械传动副电机随动，或盘动副电机轴通过机械传动主电机随动。

如果反向进给特性较差就需要对机械部分进行适当的调整。

可以用以下方法验证机床的反向进给特性。

¾手动验证：在未连接主电机和副电机的动力电缆的情况下分别用手盘动主电机和副电机的输出轴（机械部分已耦合），观察副电机和主电机是否相应随动，过程是否顺畅。

¾NC指令验证：在连接主电机动力电缆，未连接副电机动力电缆的情况下系统上电，给主电机发出移动指令，观察主电机的负载是否低于其额定转矩的三分之一。

速度反馈平均功能
由于在转矩串联控制中对副电机轴仅执行转矩（电流环）控制，不对其执行速度控制，对于具有较大间隙的机床副电机轴可能会由于这些间隙的影响而产生振动，可以对副电机轴执行速度控制以消除振动。

预加载功能
对主电机和副电机施加极性相反的偏置转矩，可以始终维持双驱机械耦合部分的张力，减小这部分的间隙。

在双驱轴加减速时，副电机提供和主电机同极性的驱动转矩（负载分享方式），而在双驱轴静止时，施加给主电机和副电机的偏置转矩（预加载）维持双驱机械耦合部分的张力（消隙工作方式）。

在副电机仅工作于消隙方式时可以使用全预加载功能。

图7：预加载转矩控制示意图（图中Pre代表预加载转矩）
阻尼补偿功能
要实现平稳的转矩串联控制，可以只对副电机轴或同时对主电机轴和副电机轴添加偏置转矩，以消除两者速度的偏差。

该功能对驱动部分采用弹性连接或具有类似特性的低刚性机
床可能出现的振动（几HZ到40HZ）非常有效。

图8：阻尼补偿功能
伺服报警两轴同时监控功能
该功能同时监控处于位置串联控制或转矩串联控制的两个电机轴的报警状态，如果其中一个电机轴出现伺服报警，就立即切断未报警的另一个电机轴的激磁，以防止机床扭曲变形。

电机反馈分享功能
为了得到更大的推力，可以串联两个直线电机，这时原本用于主电机轴的位置反馈信号也用于对副电机轴进行位置控制。

电机反馈分享功能同样也适用于绕组串联电机，如图4和图5所示。

全闭环反馈分享功能
该功能可以从系统软件中将主电机轴的全闭环反馈信号用于控制副电机轴。

这样可以避免采用硬件分线所引起的信号干扰问题。

图9：全闭环反馈分享功能示意图
位置串联控制
在（简易）同步控制中NC仅对主动电机轴发出移动指令，从动电机轴也按此移动指令与主动电机轴同步移动。

而当主动电机轴和从动电机轴是由一个DSP控制时，这种配置特称为位置串联控制。

M系列T系列同步工作方式自动方式，手动方式自动方式
同步轴组
决定于控制轴数
（最大控制组数各系统不同）
1组
同步偏差检测功能伺服位置偏差检测
机械坐标偏差检测
转矩指令偏差检测
—
同步补偿功能仅绝对位置检测时适用—
速度环积分器复制功能
如果在位置串联控制或速度指令串联控制时，主动轴和从动轴侧的速度环积分器数值不匹配，机械侧会产生扭曲变形，并导致过电流报警。

使用速度环积分器复制功能可以将主动轴侧速度环积分器的数值复制到从动轴侧，从而避免该问题。

该功能仅适用于位置串联控制和速度指令串联控制。

该功能不能和预加载功能同时生效。

并且不能单独指定主动轴侧和从动轴侧与速度环积分器有关的功能，例如不完全积分功能或低速积分功能。

串联扰动消除功能
该功能可以消除位置串联控制时主动电机轴和从动电机轴之间的干扰。

图10：串联扰动消除功能示意图
同步轴自动补偿功能
当同步轴具有较长的行程时，光栅尺的绝对精度和机床的温升等会导致机械扭曲，此时主动电机轴和从动电机轴彼此牵制，导致负载电流攀升，出现过流报警。

导致该现象出现的根本原因是测量位置的偏差。

螺距误差补偿功能可以补偿光栅尺的测量误差，但不能补偿机床温升引起的测量误差。

使用同步轴自动补偿功能可以监控主动电机轴和从动电机轴的负载偏差，并逐步修正从动电机轴侧的位置，消除负载的偏差，改善机械的扭曲。

图10：同步轴自动补偿功能示意图
同步轴自动补偿功能无效同步轴自动补偿功能有效该功能对从动电机轴添加补偿转矩以消除主动电机轴和从动电机轴的转矩偏差，因此在稳态时从动轴侧累积有等同与补偿量的位置偏差。

该功能不能和双位置反馈功能同时生效。

四：注意事项
¾判定两个轴是否由一个DSP（数字信号处理器）控制，可以参考参数1023的设定值，主动电机轴（主电机轴）数值为一奇数，而从动电机轴（副电机轴）为顺延的偶数。

参数1023的设定值一般决定于放大器和电机的连接关系，在定购和连接放大器时要特别注意。

¾由于HRV4功能使用一个DSP控制一个伺服轴，因此位置串联控制和转矩串联控制不能和HRV4功能同时生效（HRV4功能适用与FS30i A系列）。

¾在系统定货考虑总控制轴数时要计入同步控制中的从动电机轴和转矩串联控制中的副电机轴，但考虑同时控制轴数时不用计入。

¾本文仅对位置串联控制和转矩串联控制作出较粗略的介绍性说明。

在实际应用和调试时
请参考相关的说明书。