matlab仿真课件,伺服系统Matlab仿真教学ppt课件

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1、基于永磁同步电机伺服系统的控制算法和仿真分析,南京工业大学运动控制研究所 ，83306120,第一章 绪 论 1.1 引言 位置环 永磁同步电动机伺服系统 转速环 电流环,1.2 交流伺服控制策略的现状,开环恒压频比控制 矢量控制理论 交流伺服控制策略 直接转矩控制 滑模变结构控制 自适应控制,1.3 课题的提出与本人的工作,本人针对该课题主要完成了以下几个方面的工作: 熟悉伺服电机的结构特点、永磁同步电机的等效电路、伺服电机的模型 理解矢量控制原理、直接转矩控制等交流电机的控制方法 研究并分析MATLAB中关于永磁同步电动机的DEMO 运用工程整定方法对电动机进行电流环和转速环参数的设计 在。

2、MATLAB仿真软件下实现永磁同步伺服电机的矢量控制仿真 对仿真结果进行分析,第二章 永磁同步电动机的数学模型及仿真策略,2.1 永磁同步电机伺服系统矢量控制策略分析 (1) 控制 (2)力矩电流比最大控制 永磁同步电机电流控制策略 (3) 控制 (4) 恒磁链控制,2.2 PMSM解耦状态方程,为了得到永磁同步电动机的数学模型,首先 对电动机作如下假设: (l)忽略铁心饱和; (2)忽略电机绕组漏感; (3)转子上没有阻尼绕组； (4)永磁材料的电导率为零； (5)不计涡流和磁滞损耗，认为磁路是线性的； (6)定子相绕组的感应电动势波型为正弦型的，定子绕组的电流在气隙中只产生正弦分布的磁势，。

3、忽略磁场的高次谐波,当永磁同步电机转子为圆筒形LdLqL，摩擦系数B0，得d、q坐标系上永磁同步电机的状态方程为： 式中， 绕组等效电阻( ); Ld等效d轴电感(H); Lq等效q轴电感(H)； 极对数； 转子角速 度(rad/s); 转子磁场的等效磁链(Wb);TL负 载转矩(Nm)；idd轴电流(A)；iqq轴电流(A); J转动惯量(kgm2,为获得线性状态方程，通常采用id0的矢量 控制方式，此时有： 上式为永磁同步电机的解耦状态方程。在零初始条件下，对永磁同步电动机解藕状态方程求拉氏变换，以 电压为输入，转子速度为输出的交流永磁同步电动机系统框图(图2-1)，其中 为转矩系数,图2。

4、-1 交流永磁同步电动机系统框图 以此为基础构成的速度、电流双闭环系统永磁同步电机电动机调速系统如图2-2所示： 图2-2 永磁同步电机驱动系统框图,第三章 PMSM伺服系统设计,3.1 引言 PMSM矢量控制最终归结为对电机定转子电流的控制。矢量控制的PMSM伺服系统一般由电流环和速度环构成的双环调节系统，各环节性能的最优化是整个伺服系统高性能的基础。电流环是PMSM位置伺服系统中的一个重要环节，它是提高伺服系统控制精度和响应速度、改善控制性能的关键。速度环它的作用是增强系统抗负载扰动能力，抑制速度波动。根据第二章阐述的矢量控制方式，可以给出在这种控制方式下PMSM矢量控制系统原理图，如图3。

5、-1所示,图3-1 PMSM矢量控制系统原理图 3.2 PMSM伺服系统电流环设计 在本课题中PMSM伺服系统的电流环为一电流随动系统，在任意情况下快速跟踪电流给定。按照调节器的工程设计方法，电流调节器选为PI调节器时电流环在零到额定转速均能够实时跟踪电流给定，在给定与实际电流间有很小的相位差，并随着转速的增加而增加，实际电流幅值与给定相等。PMSM伺服系统电流环的控制结构框图如图3-2所示,图3-2 电流环动态结构图 由图3-2通过结构图等效变换，并且暂时不考虑电流调节器中微分环节和限幅环节，可以得到电流环开环传递函数为,则电流环的传递函数为: 降阶后的电流环传递函数为： 表1 PMSM仿真。

6、参数,选择小惯性环节参数 ; ; 在本系统中要求超调量 ,因此可取阻尼比 则 。于是可以求得 ，代入数值即可求得 电流环调节器的比例放大倍数 ；积分时间常数 为,3.3 PMSM伺服系统速度环设计,PMSM位置伺服系统电流环节可以等效成一个一阶惯 性环节 。选择速度环调节器为PI调节器，其传递函数为 ， 、 分别为速度环调节器的放大倍 数和积分时间常数，如图3-3所示。 图3-3 采用PI控制的速度环动态结构框图,根据图3-5，可以得出速度环的开环传递函数为 ： 由上式可知，转速环可以按典型的II型系统来设计。 定义变量 为频宽，根据典型II型系统设计参数公式： 当h=5时的调节时间为最短,转。

7、矩系数 把相应的数据代入即可求得,第四章 PMSM伺服系统的仿真实现与分析,4.1 永磁同步电机开环仿真 根据表1的数据和图2-1可得到系统方框图4-1所示。 图4-1 永磁同步电动机开环的仿真结构图,图4-2 PMSM开环转速仿真图,4.2 永磁同步电机闭环仿真,在PMSM伺服系统中，利用PWM技术将电流环调节器 输出的电压指令信号转变为三相PWM信号，以驱动逆变 器，从而控制电机三相定子电流，实现电机电流跟踪指令 电流。在本课题中，PWM技术采用三角载波比较跟踪控 制方式，即SPWM方式。 首先应用MATLAB/Simulink与电气传动仿真的电气系 统模块库Powerlib建立模拟SPW。

8、M方式逆变器的控制模块 如图4-3所示,图4-3 SPWM方式逆变器的控制模块,图4-3 PMSM电流、转速双闭环控制系统仿真原理结构框图,4.3 伺服系统仿真分析,4.3.1 伺服系统性能指标 (1)调速范围 D 稳态性能指标 (2)静差率 s (一)跟随性能指标 :延迟时间 、 上升时间 、峰值时间 、 动态性能指标 超调量 、调节时间 、 振荡次数N (二)抗扰性能指标： 最大动态速降 、恢复时间,4.3.2 伺服系统仿真方案,表2 伺服系统无扰动下仿真方案,表3 伺服系统在空载启动时的抗扰动仿真方案,4.3.3 伺服系统仿真分析,图4-13 工程设计参数下的转矩 图4-14 经验参数下。

9、的转矩 输出仿真图(P=0.86，I=0.25) 输出仿真图(P=10，I=2,图4-15 典型参数下的转矩 输出仿真图(P=5,I=1,图4-16 工程设计参数下的q轴电流 图4-17 工程设计参数下的转子 (P=0.86，I=0.25) 转速 (P=0.86，I=0.25,图4-18 经验参数下的q轴电流 图4-19 经验参数下的转子转速 (P=10，I=2) (P=10，I=2,图4-20 典型参数下的q轴电流 图4-21 典型参数下的转子速度 (P=5,I=1) (P=5,I=1,图4-16 工程设计参数下空载的q轴 图4-17 工程设计参数下空载的 电流 (P=0.86，I=0.25。

10、) 转子速度 (P=0.86，I=0.25,图4-22 工程设计参数下带负载 7 图4-23 工程设计参数下带负载 7 启动时的q轴电流 (P=0.86，I=0.25) 启动时的转子速度 (P=0.86，I=0.25,图4-28 工程设计参数下带过载 22 图4-29 工程设计参数下带过载 22 启动时的q轴电流 (P=0.86，I=0.25) 启动时的转子速度 (P=0.86，I=0.25,图4-34 工程设计参数下突加负载7 图4-37 工程设计参数下突加过载22 时的转子速度 (P=0.86，I=0.25) 时的转子速度 (P=0.86，I=0.25,图4-35 经验参数下突加负载7 图。

11、4-38 经验参数下突加过载22 时的转子速度 (P=10，I=2) 时的转子速度 (P=10，I=2,图4-36 典型参数下突加负载7 图4-39 典型参数下突加过载22 时的转子速度 (P=5,I=1) 时的转子速度 (P=5,I=1,第五章 结论与展望,在此次设计中，本人主要使用了工程设计方法，仿真结果也证明了该方法是一种比较好的PID参数整定方法。不过，本人在随后的调试过程中，也发现了如果对参数进行一定的变化，对系统的影响不是很大，不能够很好的使P、I、D很好的配合工作。并且由于时间的关系，本人也没有对永磁同步电动机的位置环和PWM变换器做很深入的研究，故还是存在一定的疑问，希望今后能够有机会在这一方面深入的研究一下,THE END。