大功率伺服控制系统设计.pdf

摘-1 大功率伺服控制系统设计摘要什么样的系统是一个理想的伺服系统伺服系统应该具备怎样的功能如何来实现这些功能努力寻找解决这些问题的答案便成为了本文所要研究的目的为此本文以大功率的设计为前提首先从直流电机的模型出发在研究某一种看似合理的PID控制的基础上找到了该控制的不足之处在对模型的深入剖析的过程中控制对象以一些容易被理解的物理量的形态呈现出来如电流速度位置在模型中这些物理量之间存在一定的传递关系基于对这些物理量由来已久的认识合理化地提出了相应的控制指标并有针对性地对每一个物理量进行相对独立的PID控制最终实现了完善对象总体控制性能的设计结合大功率电机所处的特定的工业现场环境在控制对象的输入端特别引入了不同级别的干扰信号以观察在各种控制方式下系统对于干扰的瞬时反应和恢复性能整个设计过程采用了不同的比较手段用于对照不同控制方案下的控制效果通过大量的仿真数据阐明了采用电流--速度--位置三闭环控制的PID控制器能够达到比较理想的预期控制效果在完善了控制器的理论设计之后本文继续给出了大功率伺服系统的总体设计框架在该框架的基础上从信号级的输入控制级的摘-2 转换和功率级的驱动三个角度具体分析了大功率伺服系统的各个组成部分并就各部分设计中需要注意的问题进行了具体的讨论在对信号的测量和采样的研究中本文主张采用数字形式的测量元件和数字化的信号处理方法在分析了旋转编码器的各项性能指标和基本的处理手段之后将以模拟形式输出信号的测速发电机与之进行对比从而强化了数字化测量的优越性在数字化控制角度本文的论述按照PID控制的思想进行展开分析了DA转换器和新近出现的数字电位器在PID控制中的应用DA转换器可以用来精确设定给定值而数字电位器可用于方便地对PID参数进行调整并简化电路的调试和维护对于大功率驱动的组成本文相互对比地论述了两种主流的驱动电路可控整流驱动和脉冲宽度调制驱动其中脉冲宽度调制驱动即PWM驱动又按照分别采用达林顿晶体管模块和绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)作为功率器件的不同情况讨论了各自应用的优点和局限性并提出了相应的优化手段作为一个重要的性能指标大功率系统的保护措施必须相当完善本文在专门就电流的检测和保护论述了霍尔电流传感器的应用之后在功率驱动的章节又对各个功率器件可能的损坏原因以及所适用的保护进行了分别的讨论关键词伺服控制稳定性抗干扰性PID控制旋转编码器AD/DA转换数字电位器霍尔电流传感器可控整流晶闸管脉冲宽度调制PWM 达林顿晶体管模块绝缘栅极双极型晶体管(IGBT) Abstract-1 DESIGN FOR HIGH-POWER SERVO SYSTEM ABSTRACT What is an ideal Servo system? Which kind of function should a Servo system have? How to bringsuch function into realization? Trying to find out the answer to these questions is just the purpose of this article. Based on the design requirement for highpower system, the model of the DC motor is used for the research. With the study on a seemingly reasonable PID control to the model, the deficiency of such control has been found out. On the progress of making further analyzing to the model, the control objects come out to be a series of physical elements such as current, speed and position, which have certain relations with each other on transferring. With the knowledge to these physical elements, relative control target is then put forward. By executing PID control to each physical element, the performance of the whole object is ing to be much better. To simulating the s