龙门双驱结构的控制核心是消除两台驱动电机的同步偏差，避免因左右侧速度 / 位置不一致导致的机械应力、定位精度下降甚至设备损坏，主流控制方案为主从同步控制或电子齿轮 / 电子凸轮控制，以下是结构化的实现方法。
一、 龙门双驱结构的控制目标与核心挑战
1. 控制目标
同步精度：左右驱动轴的位置 / 速度偏差控制在工艺允许范围内（如 ±0.05mm）；
动态响应：加减速、负载突变时，双轴仍能保持同步，无明显滞后；
机械保护：偏差超限时自动减速 / 停机，防止横梁扭曲变形。
2. 核心挑战
左右侧负载分布不均（如工件偏载）；
电机 / 驱动器性能差异、机械传动间隙不一致；
外部干扰（如导轨摩擦力变化、电网波动）。
二、 主流控制方案（按精度从低到高）
方案 1： 速度同步控制（开环 / 半闭环，适用于低精度场景）
1. 控制原理
一台驱动器设为主轴，另一台设为从轴；
主轴接收上位控制器（PLC / 运动控制器）的速度指令，从轴跟随主轴的速度信号运行；
无需位置反馈或仅单轴带编码器（半闭环），结构简单、成本低。
2. 硬件配置
| 部件 | 配置要求 |
|---|---|
| 驱动系统 | 两台同型号伺服 / 变频器（如安川 Σ-7、西门子 V90） |
| 检测元件 | 主轴配编码器（半闭环），或无编码器（开环，变频器 V/F 模式） |
| 上位控制器 | PLC（带高速脉冲输出）或专用运动控制器 |
3. 实现步骤
主从参数配置：在驱动器中设置主从模式，从轴的速度指令来源设为 “主轴速度反馈”；
速度指令下发：上位控制器仅向主轴发送速度指令（如 0-2000rpm）；
偏差监测：通过驱动器读取主从轴的速度差值，超限时触发报警。
4. 优缺点
优点：编程简单、硬件成本低；
缺点：无位置闭环，负载变化时同步偏差大，适用于龙门切割机、普通输送线等低精度场景。
方案 2： 位置同步控制（主从跟随，中高精度场景）
1. 控制原理
基于位置闭环，主从轴均配备编码器（半闭环 / 全闭环）；
上位控制器向主轴发送位置指令，从轴的位置指令为主轴的实际位置 + 补偿量；
实时计算主从轴的位置偏差，通过 PID 调节从轴的速度，抵消偏差。
2. 核心控制逻辑
从轴位置指令=主轴实际位置+Kp×偏差+Ki×∫偏差dt
Kp：比例增益，快速减小偏差；
Ki：积分增益，消除稳态偏差。
3. 实现方式（以三菱运动控制器为例）
轴参数配置
主轴（轴 1）：位置控制模式，接收 PLC 的点位 / 插补指令；
从轴（轴 2）：位置同步模式，同步源选择 “轴 1 实际位置”；
配置同步增益（Kp/Ki），偏差上限（如 ±0.1mm）。
程序编写（结构化文本）
st
// 主轴位置指令 MC_MoveAbsolute(AXIS:=Axis1, POS:=1000.0, SPEED:=500.0, ENABLE:=TRUE); // 从轴同步主轴位置 MC_GearIn(AXIS:=Axis2, MASTER:=Axis1, GEARRATIO:=1.0, ENABLE:=TRUE); // 偏差监测与保护 IF ABS(Axis1.ActualPos - Axis2.ActualPos) > 0.1 THEN MC_Stop(AXIS:=Axis1); MC_Stop(AXIS:=Axis2); Alarm_SyncError := TRUE; // 同步偏差报警 END_IF;
4. 优缺点
优点：位置闭环控制，同步精度高，适配机床、激光切割机等中高精度设备；
缺点：需双轴编码器反馈，对驱动器性能要求较高。
方案 3： 电子虚拟主轴控制（高精度场景，如数控龙门铣床）
1. 控制原理
引入虚拟主轴概念，虚拟主轴是上位控制器生成的 “理想运动轨迹”；
左右两台物理轴同时跟随虚拟主轴的位置指令，而非互为跟随；
双轴均参与闭环调节，偏差由虚拟主轴统一补偿，同步精度更高。
2. 核心优势
主从轴地位平等，无 “主从滞后” 问题；
负载突变时，双轴同时调整速度，同步响应更快；
支持全闭环控制（加装光栅尺，直接检测横梁位置）。
3. 硬件配置
上位控制器：高端运动控制器（如西门子 SINUMERIK 840D、发那科 30i）；
检测元件：双轴编码器 + 光栅尺（全闭环）；
驱动系统：高性能伺服（如西门子 S120、发那科 αi 系列）。
三、 关键补偿与优化措施
无论采用哪种方案，都需加入以下补偿策略，提升同步稳定性：
机械误差补偿
间隙补偿：测量左右传动链的反向间隙，在控制器中设置补偿值，运动换向时自动补偿；
刚度补偿：根据负载重量，动态调整主从轴的输出扭矩，抵消横梁变形。
动态偏差补偿
前馈控制：在位置指令中加入前馈量，提前补偿系统滞后（如加减速前馈）；
交叉耦合控制：实时计算双轴偏差，将偏差信号同时反馈到主从轴的速度环，双向调节。
安全保护逻辑
偏差超限保护：设定最大允许偏差值，超限时立即减速停机；
力矩限制：限制伺服电机的输出扭矩，防止过载导致机械损坏；
急停联动：双轴急停信号互锁，确保同时停机。
四、 不同场景的方案选型
| 应用场景 | 推荐方案 | 精度要求 | 硬件成本 |
|---|---|---|---|
| 普通输送龙门、低精度切割 | 速度同步控制 | ±0.5~1mm | 低 |
| 激光切割、等离子切割 | 位置同步控制（主从跟随） | ±0.05~0.1mm | 中 |
| 数控龙门铣床、高精度加工中心 | 电子虚拟主轴 + 全闭环 | ±0.005~0.01mm | 高 |
五、 调试关键步骤
静态调试：无负载时，运行双轴 Jog 模式，检测初始同步偏差，调整机械安装精度；
动态调试：带载运行，逐步提高速度和加速度，观察偏差变化，优化 PID 增益；
极限测试：模拟偏载、急停等工况，验证保护逻辑是否有效；
参数固化：调试完成后，保存驱动器和控制器参数，防止断电丢失。
总结
龙门双驱控制的核心是同步策略 + 偏差补偿 + 安全保护：
低精度场景选速度同步，中精度选主从位置同步，高精度选电子虚拟主轴 + 全闭环；
必须结合机械误差补偿和动态前馈，才能兼顾同步精度与系统稳定性。
