资源描述：
《直流伺服电机拖动系统的仿真研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、直流伺服电机拖动系统的仿真研究442009年8月中国制造业信息化第38卷第15期直流伺服电机拖动系统的仿真研究张佳阳,高海涛,郑立熹(东南大学机械工程学院,江苏南京211189)摘要:建立了直流伺服电机拖动系统的机电系统模型.基于该模型,在MATLAB中,对无控制策略和采用PID控制策略的拖动系统分别进行仿真.仿真结果表明:无控制策略的拖动系统在响应时间,准确性和稳定性上存在不足;而引入PID控制器后,系统的响应时间缩短为2s,超调量几乎为零,输出稳定在理想值附近,满足了拖动系统对"快","准","稳"的要求,且应用该控制策略
2、,无需提高直流伺服电机性能,而能够大大改善拖动系统的机械特性和负载能力.关键词:直流伺服电机;PID控制;机械特性;负载能力中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1672—1616(2009)15—0044—04直流电机具有结构简单,运行可靠,维护方便,寿命长等优点,在许多高要求的电力拖动系统中得到了广泛应用.但直流电机在应用中还存在一些不足,如电枢反应的非线性问题,转动惯量随负载和工况的变化问题以及负载的扰动问题等_1J,这些问题使得电机转速始终处于振荡状态_2J,而导致拖动系统难以控制.为了消除这一现象,目前比较有效和
3、理想的方法是在控制策略上采用PID控制【3j,它不受非线性误差,调整误差等因素的影响,大大提高伺服系统的性能.本文通过仿真实验,PID控制在直流电机结构和电气参数允许的范围内,可以大大提高拖动系统的带负载能力,对直流电机拖动系统的设计和改进具有一定的参考意义1直流伺服电机拖动系统的组成与数学模型的建立1.1直流伺服电机拖动系统的组成图1为一直流伺服电机拖动系统的示意图,驱动电机为他励式直流电动机,其数据为PN=22kW,U_N=220V,IN=116A,N=1500r/min;机械系统有两级齿轮减速机构.】=6,.2=10,齿
4、轮传动效率刁1=2=0.96,卷筒的直径D=0.4m,卷筒的效率呀3=0.95,各转轴上的飞轮矩cD2:10.78N?m2,GD}:24.5N?m,GD;=14.7N?m,物块重力G=57326N,提升的速度73=0.26m/s.r一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一1图1直流伺服电机拖动系统示意图1.2直流伺服电机拖动系统数学模型的建立图2为拖动系统负载折算到直流电机上的等效电路图…,根据回路电枢电压平衡与拖动系统力矩平衡可得到系统的数学模型,由式(1),(2)可得系统方框图,如图3所示.=1㈩(".一P)一+sL./R
5、.=1(2)T—T,..图2拖动系统数学模型图中:为直流电机电枢电压;i.为直流电机收稿日期:2009—06—17作者简介:张佳阳(1984一),男,江西樟树人,东南大学硕士研究生,主要研究方向为机电关键性技术.?智能控制技术?张佳阳高海涛郑立熹直流伺服电机拖动系统的仿真研究45图3系统方框图电枢电流;L.为直流电机电枢电感;R.为直流电机电枢电阻;e为直流电机绕组感应电动势;为直流电机输出转速;ci9N为直流电机额定磁通;Tf为负载折算到直流电机端的转矩;.,为系统折算到C直流电机端的转动惯量.2直流伺服电机拖动系统仿真2.
6、1无控制策略的拖动系统仿真由直流电机的参数,计算方框图中数据得:1/R=5.714,C=1.270,CeN=0.133,T￡:147.2,=0.031,=220.仿真图女Ⅱ图4所示.mTrangerFenQainTr,lnsferFcnl图4系统仿真图直流电机线圈匝数较多,电枢电感一般都很大,为电枢电阻的几倍到几十倍不等,由于它在很大程度上影响系统性能的一个重要指标——响应时间,故一般不能忽略不计.图5是分别取(Ta=L./R)为2.5和1.5时系统的仿真结果蕊l…L=25RI一～15R}…膏J,毒,一…寸..-,气4jj"?
7、#;*{,H畸-¨'0jj/f}f}tt喜时间/S图5电感值对系统输出速度的影响图.Ta=2.5时大概需要22s,Ta=1.5时大概需要13s,远不能达到工业生产和现实生活中对控制系统"快"的要求.虽然减小电感值能提高系统的响应速度,但由于技术上的限制,电感不可能足够小,而且这样的做法会导致成本大量增加,而使性价比降低.该系统还存在另一个问题,就是不够"稳",超调量较大,严重时会出现短暂的"飞车"现象,容易损坏后面拖动环节的机械系统;此外,在电压不变的情况下,仿真输出转速和负载之间的关系(机械特性曲线)如图6所示,从图中可以看
8、出系统的机械特性,当负载变化不大时,输出速度不受影响.但在现实中,负载容易产生波动,从而影响到控制系统的性能.由此可见,该系统在"准确性"上还有待提高.—～===,:～塑翌72N?m—～～—～转矩7'/(N.Ⅱ1)图6机械特性曲线2.2引入PID控制的拖动系统仿真从上面的仿
