现代数字伺服系统及应用实验报告.docx

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1、现代数字伺服系统及应用实验报告:数字万用电表的使用实验报告　　《现代数字伺服系统及应用》　　姓名：学号：专业：学院：指导教师：　　20XX年6月　　现代数字伺服系统及应用实验报告　　一、实验目的　　通过实验深入理解伺服系统的系统结构及工作原理，掌握伺服系统的位置控制器设计与系统调试方法。　　二、实验内容及结果　　1.系统理论分析永磁电动机　　永磁同步电动机是由电励磁三相同步电动机发展而来。它用永磁体代替了电励磁系统，从而省去了励磁线圈、集电环和电刷，而定子与电励磁三相同步电动机基本相同，所以称为永磁同步电动机。　　矢量控制　　在永磁同步电

2、动机的控制方法中，目前矢量控制方案是使用最广泛的。矢量控制的基本思想是模拟直流电机的控制方法，将磁链与转矩通过坐标转换，进行解耦，形成以转子磁链定向的两相参考坐标系，这样就可以将交流电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统的静、动态性能。矢量控制的优点是能精确地实现转速控制并具有良好的转矩响应。但是矢量控制的前提是获得转子磁场的准确位置，通常情况下通过安装转子位置传感器来获得转子磁场的准确位置。　　对永磁电动机的矢量控制方式通常分为两种，一种是电压控制，另一种是电流滞环控制。本系统采用的是电流滞环控制。电流滞环控制的目的是使三相定

3、子电流严格跟踪给定电流信号。为了获得平稳的转矩，定子各相电流应是互相平衡、随转子位置正弦变化的。常规的电流滞环控制是将给定电流信号与实际检测的逆变器输出电流信号相比较，若实际电流值较大，调节逆变器开关状态使之减小；若实际电流值较小，调节逆变器开关状态使之增大。　　在本系统中，位置信号指令与检测到的转子位置相比较，经过位置控制器的调整，输出速度指令信号，速度指令信号与检测到的转子速度信号相比较，经速度调节器的调节，输出控制转矩的电流分量iq，电流分量信号iq经过坐标变换输出后，与电机实际电流分量iabc比较，再经PWM逆变器，输出三相电压，

4、驱动电机工作。　　2.伺服系统实验　　如图为基于MATLAB/SimPowerSystems的PMSM电机模型搭建伺服系统；　　PI控制器，图中第二个PID控制器为速度环PI控制器，根据电机实际速度及给定速度来确定电流转矩分量；PWM模块采用电流滞环控制，使电机实际电流跟随给定电流变化，具体实现如图；模块dq2abc实现2r／3s变换，具体实现如图，其中函数模块Fcn、Fcnl和Fcn2一起实现2r／3s变换；PMSM模块为MATLAB提供了永磁同步电机模型，它的参数设置如图。　　图电流滞环控制模块　　图PWMinverter模块　　图d

5、q2abc实现2r／3s变换模块　　3.控制方式选定及仿真结果分析　　图PMSM模块参数　　三、结果分析　　PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。　　在本系统调试PID控制器时，主要PI控制器　　通过试凑法将速度环和位置环的PI参数进行整定。　　首先确定速度环控制器PID参数。先确定下速度环控制器PID参数，不再改动。通过仿真，当位置环控制器的P值较

6、大时，无论怎么调节位置环的P参数，总是无法同时满足3个输入信号的性能要求，当正弦信号满足要求时，阶跃输出信号总会有很大的振荡，导致系统超调量过大，系统不稳定。积分作用I较大时，阶跃信号的调节时间过大。　　超调量也增大。　　系统产生振荡。在实际调试过程中，当出现稳态误差时，先调节参数P，但是P不能过大，在1~3比较合适，再大阶跃输出信号就会完全不稳定。确定好P后，不再改动。再慢慢调节积分参数I，进一步消除误差。通过多次试凑，确定了速度环的PI参数为P=，I=，位置环的PI参数为P=，I=。　　仿真结果如下：　　阶跃信号输入：幅值200要求：

7、调节时间　　图系统输入、输出曲线图系统误差曲线　　从图中可以看出，系统调节时间为，超调量为%，从图可以看出，系统稳态误差约为，均满足要求。　　斜坡信号输入：斜率100要求：稳态误差　　图系统输入、输出曲线图系统误差曲线　　最终系统稳态误差为，满足要求。　　正弦信号输入：幅值60，频率2rad/s要求：稳态最大误差　　图系统输入、输出曲线　　图系统误差曲线　　从图可以看出，系统误差为，当系统满足阶跃信号全部要求时，正弦信号的稳态误差总是大于。把位置环PID控制器的P参数调至满足正弦信号稳态误差小于，但是阶跃输出信号会产生严重的振荡。　　四、

8、延迟环节对系统的影响　　在本系统中，将延迟时间增大至。阶跃信号：　　图系统输入输出曲线图系统误差曲线　　斜坡信号：　　图系统输入、输出曲线系统误差曲线　　正弦信号：　　图系统输入、输出曲线图系