利用Simulink仿真直流伺服电机的闭环位置控制系统.doc

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1、利用Simulink仿真直流伺服电机的闭环位置控制系统一直流伺服电机传递函数及参数选择直流电机的工作转矩等于负载转矩与负载惯性系统加、减速转矩之和，表达式为：。其中，为电动机输出转矩，；为负载转矩，；为电动机角速度，；为电动机电枢转动惯量，；为负载的转动惯量，需将移动工作台的惯性转换到电机轴上，取为丝杠螺距，为工作台质量。电机电路处于动态过程时，对线圈施加的电源电压和电枢线圈内通过的电流的关系为：。其中，为电机电枢线圈内阻，=；为电机电枢线圈的电感，=；为电机电枢线圈在定子磁场中运动时产生的反电动势。电机输出转矩应与通过电枢线圈的电

2、流大小成正比，则。其中，为电机输出扭矩常数，=。电机电枢线圈产生的反电动势与电枢的工作角速度成正比，故有：。其中，为电机电枢反电动势系数，。我们分别将上述的算式进行拉普拉斯变换，并令初始条件为零，则有：；；；。对上式进行综合，得：。在不考虑外部干扰负载时，直流伺服电机的传递函数为：；其中，为直流电机的时间常数，。由此，我们获得了直流伺服电机的传递函数模型。二直流伺服电机的闭环位置控制系统此处我们选用无速度反馈的位置控制系统进行讨论。由上一节得到的直流电机传递函数可知，输出为直流电机的角速度，为了使输出为电动机转角，我们建立如图所示的

3、控制系统。其中，为旋转变压器输出电压幅值位置系数，此处我们取；为旋转变压器旋转角，。上图为一个典型的基于位置的直流电机闭环控制系统，我们采用控制策略对其进行改进，用模块代替图中的比例环节，并利用进行控制系统的搭建和仿真。信号源为单位阶跃信号。搭建好的系统模型如下图所示。其中，为比例环节系数，为积分时间，为微分时间。我们利用临界比例度法对参数进行整定。首先调整，使系统进行等幅振荡，读取此时的临界比例度和临界周期；然后根据经验公式推算控制时的参数。控制时的经验公式为：,。经计算可得，。三仿真结果与分析通过计算可知，该电机的期望输出约为。

4、将整定得到的参数代入到控制系统的仿真模型中进行仿真，单位阶跃响应曲线如图所示。可以发现，该系统存在超调，且响应速度较慢，在秒时到达稳态。我们可以通过适当调节参数对其进行改善。我们将各参数调整为，再次仿真，结果如下图所示我们可以发现，此时系统没有超调，且在秒时就到达稳态，响应速度加快。四参考文献[1]李沁生,于家凤.基于Simulink的直流伺服电机PID控制仿真[J].船电技术,2011,03:26-29.