基于MATLAB的数控进给伺服系统设计与仿真

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1、万方数据第32卷第1期2005年1月应用科技AppliedScienceandTechnologyV01．32，№．1Jan．2005文章编号：1009—671X(2005)01—0001～03基于MATLAB的数控进给伺服系统设计与仿真董玉红，张立勋(哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：利用MATLAB控制系统工具箱中的SISO设计器设计了数控进给伺服系统．在建立了直流电机和进给系统的数学模型后，根据数控伺服系统的性能要求，使用SIS<)设计器设计了进给伺服系统的校正补偿器，得到

2、了反映系统性能的特性曲线和Simulink仿真模型，并根据仿真模型验证了系统设计的正确性．该项研究对伺服系统的性能分析及用根轨迹法设计控制系统具有一定的参考价值．关键词：MATLAB；伺服系统；SIS<)设计器；仿真中图分类号：TP272文献标识码：ADesignandsimulationofNCfeedservosystembyMATLABDONGYu—hong，ZHANGLi—xun(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，HarbinEngineerin

3、gUniversity，Harbin150001，China)Abstract：NCfeedservosystemwasdesignedbyapplyingSISOdesignerinMATLABcontrolsystemtool—box．AftermathematicmodelsofDCmotorandfeedsystemwerebuiltup，akindofcompensatorwasde—visedaccordingtoperformancerequirementsofNCservosystem．C

4、haracteristiccurvesofthesystemre—sponsesandSimulinksimulationmodelwereobtainedandthedesignwasverifiedbythemodel．Thisstudyprovidesareferenceforanalyzingperformancesofservosystemandapplyingrootlocusmethodtodesigncontrolsystem．Keywords：MATLAB；servosystem；SIS

5、<)designer；simulation数控伺服系统是以机床移动部件的位移和速度为控制对象的自动控制系统，它的作用是接受数控系统发出的进给速度和位置指令信号，经转换放大后，由伺服驱动装置和机械传动机构驱动机床的工作台实现进给运动．伺服系统是数控机床的重要组成部分，包括主运动伺服系统和进给伺服系统，进给伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的加工精度与质量．本文使用MATLAB中的SISo设计器设计了进给伺服系统，在SISo设计器中可以根据系统的根轨迹和开环伯德图方便地添加零极点，改变系统零极点的位置，

6、从而使伺服系统的稳态和动态性能满足设计要求．1酾骄预E骊订j面j丽作者简介：董玉红(1965一)，女，副教授，主要研究方向：机械电子工程数控进给伺服系统的模型数控进给伺服系统如图1所示．对于永磁直流电动机，其微分方程式为n3图1数控进给伺服系统万方数据·2·应用科技第32卷Lo-掣+Rn．“沪以沪“班％挺)=洲KbWM)(，tTKitL(1)M=T。()，一J％竽+胁础)=TM．式中：L。为电枢回路的电感，R。为电枢回路的总电阻．i。(t)为电枢回路的电流，U。(t)为电枢回路的控制电压，e。(￡)为电机

7、的反电动势，K。为电机反电动势常数，cUM为电机输出转速，TM为电机输出力矩，KT为电机转矩常数，J为折算到电机轴上的总转动惯量，B为折算到电机轴上的总粘性阻尼系数．若设功率放大器的增益为K，电机的输出转角为以。，将式(1)进行拉氏变换，整理可得直流电机的传递函数为，、0。l(s)“m一丽一(2)KoKTS(L。S+R。)(Js+B)+KTK6S‘若考虑直流电机电感很小，可忽略不计时，则式(2)变为GM㈥=万蔷‰面．(3)减速齿轮、丝杠螺母进给系统的传递函数为[1]Gj㈦=渊=，(4)z1LCO‘ni。磊

8、‘■≯面蕊’式中：z，，z。，L为齿轮1，2的齿数和丝杠导程，叫。2√了k为进给系统的无阻尼固有频率，车=i磊为进给系统的阻尼比．当直流电机及进给系统的各参数取值为：L。=0．0018，R。=1．36，Ka=5，KT=K6=0．025，J=1．07×10～，B=4．3×10一，zlk2=1／2，L=4rIllTl，S=0．5，cU。=100，时，直流进给伺服系统的传递函数为G(5)=GM(S)GJ(S)=——三Z堇QQ(5)S