实际_交流伺服运动控制系统数学模型及仿真分析

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1、第3章交流伺服运动控制系统模型及仿真分析PMSM（三相永磁同步电机，permanentmagnetSynchronousmotor）PMSM位置伺服系统具有位置环、速度环和电流环三闭环结构，电流环和速度环作为系统的内环，位置环为系统外环。本章介绍交流伺服运动控制的体系结构及组成。基于PMSM及其驱动器为核心的伺服运动控制系统，建立其数学模型并进行仿真分析。从分析影响电流环性能的因素着手，提出了PMSM位置伺服系统电流环综合设计方案。速度环的设计分别采用PI控制和变结构控制，位置环的设计采用变结构控制。滑模变结构控制可以提高系统的响应速度、实现定位无超调、改善对负载扰

2、动的鲁棒性和对参数变化的鲁棒性。仿真模块基于MATLAB/Simulink和Powerlib模块库搭建起来的。3.1永磁同步电动机交流伺服运动控制系统交流伺服电动机---工厂自动化(FA)中广泛应用。永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的组成图3-1交流伺服运动控制系统的集中控制结构伺服系统：驱动部分的伺服电机及其驱动器,外加编码器构成通常所说的伺服系统伺服运动控制系统：除了驱动部分以外，还包括操作软件、控制部分、检测元件、传动机构和机械本体，各部件协调完成特定的运动轨迹或工艺过程。1.控制器控制器主要有四种：单片机系统，运动控制专用PLC系统，专用数控系统，PC+运

3、动控制卡。（1）单片机系统由单片机芯片、外围扩展芯片以及外围电路组成，作为运动控制系统的控制器。单片机方案优点在于成本较低缺点：I/O口产生脉冲频率不高，控制精度受限，研发周期较长，调试过程烦琐。（2）运动控制专用PLC系统许多品牌的PLC都可选配定位控制模块PLC通常都采用梯形图编程，可以与HMI进行通讯，在线修改运动参数PLC的循环扫描工作方式决定了它实时性能不是很高，要受PLC每步扫描时间的限制。主要适用于运动过程比较简单、运动轨迹固定的设备，如送料设备、自动焊机等。（3）采用专用数控系统铣床数控系统，切割机数控系统等等。高成本（4）PC+运动控制卡运动控制系

4、统的一个主要发展趋势。按信号类型一般分为：数字卡和模拟卡。运动控制卡的主控芯片一般有三种形式：单片机，专用运动控制芯片，DSP。DSP：数字信号高速处理，能实时完成复杂运动，常用于像工业机器人等复杂运动的自动化设备中。PC+运动控制卡特点：卡上专用CPU与PC机CPU构成主从式双CPU控制模式：PC机CPU可以专注于人机界面、实时监控和发送指令等系统管理工作；卡上专用CPU来处理所有运动控制的细节：升降速计算、行程控制、多轴插补等，无需占用PC机资源。运动控制卡的功能图图3-2运动控制卡的功能图ISA总线方式，接线方式采用D型插头；PCI总线方式，接线方式采用SIS

5、C型插头，可使用屏蔽线缆，所有的输入、输出信号均用光电隔离，提高了控制卡的可靠性和抗干扰能力；整书内容之间的逻辑关系2.伺服电机及驱动器发展趋势是交流伺服驱动取代传统的液压、直流和步进驱动两相交流伺服电机结构与原理图3-3两相交流伺服电机工作原理图定子上布置有空间相差电度角的两相绕组----------------------------------------------------------，两相绕组产生磁动势幅值相等，在定、转子之间的气隙中产生合成磁动势是一个圆形旋转磁场（电机处于对称状态时），其转速称为同步转速。转子沿着旋转磁场方向旋转，转速为转差率为转子

6、静止时，，，空载时，，空载转差率。什么情况下？在实际使用中，两相绕组磁动势的幅值并不相等，相位差也不是电角度，故气隙中的合成磁场是椭圆形旋转磁场（非对称状态）。---------------------------------------------------------------什么是“自转”？所谓克服“自转”现象，即无控制信号时，不转动当电机原来处于静止状态时，控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场什么是脉动磁场？脉动磁场看成两个圆形旋转磁场，以同样的大小和转速，向相反方向旋转，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。--------------

7、------------------------------------------------（3）两相交流伺服电机的控制方式控制思想？三种：幅值控制、相位控制和幅值相位控制。幅值控制:保持控制电压和励磁电压之间的相位差角β为90°，仅仅改变控制电压的幅值电气原理和相量图定义

8、

9、/

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11、=α，α称信号系数。a.当=0时α=0，定子产生脉动磁场，电机停止。b.当

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13、=

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15、时，α=1，定子产生圆形磁场，电机处于对称运行状态。c.当0<

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17、<

18、

19、时，对应的0＜α＜1，定子产生椭圆形旋转磁场。移相器的作用=,相位控制:保持控制电压的幅值不变，仅仅改变控制电压与励磁电压的