直流电机伺服系统的仿真研究.doc

第一步:建立直流电机调速系统结构框图图1直流电机调速系统结构框图这里请逐一具体介绍系统各模块数学模型,即电机、PWM放大器、电流环、速度环等等。然后分别讨论以下几点。1、启动时转速电流关系以及突加负载时两者之间的关系仿真研究图2转速电流负载关系图简要说明:,电流迅速上升到达最大电流,当转速达到给定转速时,电流又下降,,电流上升,转速下降,随后在转速闭环调节的作用下,转速又上升到给定转速。注:仿真结果标明,转速、电流以及负载的变化关系完全与理论情况一致。2、验证PI参数各自作用I参数的作用图3Kp=10、Ki=2时转速偏差仿真图图4Kp=10、Ki=2时速度稳态偏差放大图图5Kp=10、Ki=0时转速偏差仿真图图6Kp=10、Ki=0时速度稳态偏差放大图如图3、图5所示,保持比例系数Kp不变,改变积分系数,由图4可以知道Kp=10、Ki=,由图6可以知道Kp=10、Ki=0时速度稳态偏差为18r/min左右,由此可见积分系数的作用可以减小稳态偏差,如果选用合适的积分系数,可以使速度偏差接近于零。2)P参数的作用验证P参数作用时,必须保持积分时间常数不变,由于Ki=Kp/,其中为积分时间常数图7Kp=50、Ki=10时速度响应图图8Kp=5、Ki=1时速度响应图由图7、图8可以看出,保持积分时间常数不变,Kp=50时,,Kp=5时,,说明增大比例系数可以增加快速响应能力。第二步:建立直流电机伺服系统结构框图图9直流电机伺服系统结构框图当调速系统确定以后,伺服系统开环增益Kh主要取决于位置调节器Kwp,伺服系统选用2500线光电编码器1开环增益Kh与跟随误差的关系图10Kwp=1时跟随误差仿真图图11Kwp=10时跟随误差仿真图图12Kwp=100时跟随误差仿真图由图10可知,当Kwp=1时,跟随误差为100000左右,由图13可知,当Kwp=10时,跟随误差为10000左右,由图15可知,当Kwp=100时,跟随误差为1000左右,由此可见,随着开环增益变大,其跟随误差越小,成反比关系,仿真结果与理论情况完全一致。=100时进给速度仿真图图14Kwp=1000时进给速度仿真图图15Kwp=5000时进给速度仿真图由图13、14、15可以看出,随着开环增益变大,速度开始有些震荡,甚至不稳定。与理论情况完全一致。3前馈补偿的作用鉴于前面讨论的开环增益与跟随误差以及稳定性的关系,我们在设计伺服系统时希望开环增益越大越好,又由于开环增益过大会导致系统不稳定,所以又使得开环增益不能过大,因此在一定的开环增益下,往往存在着比较大的跟随误差,显然会影响轮廓加工精度。鉴于此,伺服系统通常采用前馈补偿的算法构成符合控制系统。图16Kwp=100时不加前馈补偿时跟随误差仿真图图17Kwp=100时加前馈补偿时跟随误差仿真图由图16、17可以明显看出,不加前馈时跟随误差大约1000左右,加了前馈补偿以后跟随误差几乎为零。由此可见前馈补偿可以减小系统稳态跟随误差,但不改变系统稳定性。4开环增益与伺服刚度的关系对于伺服系统来说,有项重要的性能指标就是抵御外负载的能力,俗称伺服刚度,我们希望系统伺服