直线电机仿真

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1、直流伺服系统仿真学号：450120104姓名：潘俊摘要：直流伺服系统的控制采用三环控制，在转速、电流双闭环调速系统的基础上，外边再设一个位置控制环。对这样一个三环系统，按工程设计方法由内环到外环逐一设计。为了保证动态响应速度和定位时不产生震荡，电流环和速度环均采用PI调节。关键词：控制系统；双环控制；直流伺服0引言在转速、电流双闭环调速系统的基础上，外边再设一个位置控制环，便形成三环控制的位置随动系统，如图1所示。其中位置调节器APR就是位置环的校正装置，它的类型和参数决定了位置随动系统的系统误差和动态跟随性能，其输出幅值决定着电机的最高转速。位置、转速、电流三个闭环都

2、画成单位反馈，反馈系数都已计入各调节器的比例系数中去。***U+IdUUUθnicAPRASR+ACRUPEUSM++−d−−−UiUnUθ电流互感器nTG测速发电机nθmP减速器位置检测装置图1位置、转速、电流三环控制的位置随动系统APR—位置调节器ASR—转速调节器ACR—电流调节器多环控制系统调节器的设计方法是从内换到外环，逐个设计各环的调节器。按此规律，对于图1的三环位置随动系统，应首先设计电流调节器ACR，然后将电流环简化成转速环中的一个环节，和其他环节一起构成转速调节器ASR的控制对象，再设计ASR。最后，再把整个转速环简化成位置环中的一个环节，从而设计位置

3、调节器APR。逐环设计可以使每个控制环都稳定的，从而保证整个控制系统的稳定性。当电流环和转速环的对象参数变化或受到扰动时，电流反馈和转速反馈能够起到及时的抑制作用，使之对位置环的工作影响很小。同时，每个环节都有自己的控制对象，分工明确，易于调整。1直流电机双闭环设计对于直流调速系统来说，直流电动机是被控对象，电动机转速是被控制变量，电枢电压是控制变量。由于电枢电压产生电枢电流，即产生电磁转矩驱动负载运动，当负载稳定时，电磁转矩与负载转矩平衡，电动机稳定的运行在给定的转速上；当负载变化时，电动机必须输出与负载电流相等的电枢电流才能使电动机重新稳定运行在新的工作点上。这表明

4、，电枢电流的稳态值有负载决定，而动态值决定电动机的加减速度。因此在转速单闭环的基础上，增加一个电流负反馈环，构成转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般采用PI调节器。两个调节器的输出都是带限幅的，转速调节器ASR的输出限幅电压是Uim*，它决定了电流调节器给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压Uctm，它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值。1.1双闭环调速系统的静态性能IdβRACRGTIRASR−−dU∗∗iUUUnUictd0E1n+++Ce−Unα图2双闭环调速系统稳态结构图α—转速反馈系数β—电流反馈系数这

5、里用带限幅的输出特性表示PI调节器。一般存在两种情况：饱和—输出达到限幅值；不饱和—输出为线性区域的某个值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不在影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，即饱和的调节器隔断了输入和输出间的联系，相当于使调节环开环。（1）转速调节器不饱和这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。因此有如下关系：∗U=U=αnnn（1）∗U=U=βIiid（2）由上述第一个关系可得转速静态关系：∗Unn==n（3）0α得如图3所示的运行段的静特性。由于ASR不饱和，Ui*

6、值，即有Id

7、节器其主要作用，系统表现为电流无静差，如果负载电流过大超过Idm，则电动机堵住电流被控制在Idm，电动机得到过电流的自动保护。这就是采用了两个PI调节器分别形成内外两个闭环的效果。CAn0OBIIIddnomdm图3双闭环调速系统的静特性1.2双闭环调速系统的动态性能电动机模型实际上可以分解为两个部分，一部分是电枢端电压到电枢电流的传递函数；另一部分是电枢电流到电动机转速的传递函数。转速、电流双闭环调速系统相当过程控制中的串级控制方案。电枢电压到电枢电流传递关系称为副对象；电枢电流到转速传递关系称为主对象。转速、电流双闭环调速系统的动态结