基于MatlabSimulink的伺服系統仿真pdf

·90 ·長江大學學報 (自科版) 理工卷 2007 年 12 月第 4 卷第 4 期Journal of Yangtze University ( Nat Sci Edit) Sci & Eng V Dec12007 , Vol14 No14

基于 Matlab/ Simul ink 的伺服系統仿真

韓　皓 , 申祖武 (武漢理工大學機電學院 , 湖北武漢 430070)

[ 摘要] 在 Matlab/ Simulink 環境下 , 設計和組合了交流同步伺服電機、dq 坐標系向 abc 坐標系轉換、三

相電源逆變器、位置調節器、速度調節器和電流調節器各模塊 , 并在此基礎上構建了交流同步伺服系統的位置、速度和電流 3 閉環仿真模型。仿真結果證明了該控制方法的有效性 , 為交流同步伺服系統的設計提供了理論依據。[ 關鍵詞] 交流同步伺服電機; 模塊; 仿真; 閉環[ 中圖分類號] TP391 9[ 文獻標識碼] A 　　 [ 文章編號] 1673 1409 (2007) 04 N090 03

隨著近年來電力電子工業和計算機技術的迅速發展 , 交流伺服系統正廣泛應用于工業生產的各個領

域。為了滿足高性能傳動的需要 , 必須對位置進行精確控制。在設計伺服系統的過程中 , 使用 Matlab/Simulink 可以對設計方案進行驗證1, 大大減少系統的開發周期[ 1 ] ; 郝軍等在2 Simulink 環境下對異步電22機矢量變頻調速系統進行仿真[ 2 ] , 表明 Simulink 可作為電機仿真中的一種方便、快捷、有效的工具;

劉永飄等在 Matlab/ Simulink 下設計永磁交流伺服系統的仿真模型并進行了仿真研究[ 3 ] , 驗證了該仿真

模型的有效性; 楊平等在 Matlab/ Simulink 環境下構建了永磁同步電機控制系統的速度和電流雙閉環仿

真模型 , 并進行了仿真研究[ 4 ] 。筆者論述了永磁同步電機伺服系統的設計 , 給出了電流、速度和位置等

調節器的設計方法 , 根據坐標變換公式設計了坐標變換模塊 , 根據脈寬調制 ( PWM) 的原理以及要求

設計了逆變器模塊 , 提高了系統的控制性能。

1 　交流電機的數學模型

三相交流電動機是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統。根據定、轉子電壓方程和磁鏈方程 ,

電機的運動方程和轉矩方程以及一般假定 , 交流電機數學模型的微分方程如下[ 5 ,6 ] :在d i+ ω5L1np i T5LJdω　　ω =dθ　　U = Ri + Li 　　i = TL +( 1)55d tn p d td tθ 2θ式中, U 為電樞電壓; i 為電樞電流; R 為電樞繞組電阻; L 為電樞電感; TL 為負載轉矩;ω為轉速; np 為電機 極對數; J 為轉動慣量; θ為角位移。

2 　基于 Matlab 的交流伺服模型

Matlab/ Simulink 環境下 , 利用 PSB 模塊庫 , 在分析永磁同步電機的數學模型的基礎上 , 建立了

交流伺服系統仿真模型 , 系統的整體控制框圖如圖 1 所示。系統采用 3 閉環控制的方法 , 包括位置環、

速度環和電流環。采用這種 3 閉環的控制方法 , 可以使系統的控制性能更加優異。

圖 1 　系統整體控制框圖

[ 收稿日期] 2007208228

[ 作者簡介] 韓皓 (19822) , 男 , 2004 年大學畢業 , 碩士生 , 現主要從事自動控制與仿真方面的研究工作。

第 4 卷第 4 期韓皓等 : 基于 Matlab /Simulink 的伺服系統仿真　 ·91 ·

1) 信號調節器 　系統中的信號調節器包括位置調節器、速度調節器和電流調節器。位置調節器是

一個比例調節器 , 速度調節器和電流調節器均為比例積分調節器。另外 , 在 3 個模塊中均加入了限幅模

塊 , 用來限制電機的轉速和電流。

2) dq 向 abc 轉換模塊 　即 dq 坐標系向 abc 坐標系轉換模塊 (簡稱為 dq2abc 轉換模塊) , 主要根據 系統反饋的轉子轉角 , 按照 d2q 變換的反變換公式產生 a2b2c 三相基準信號 , d2q 變換的反變換公式如

下[ 3 ,4 ] :co sθ- sinθ1

總結

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