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: 秒加给定转速 3000r/min , 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, 秒又突加负载, 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 1)I 参数的作用图3 Kp=10 、 Ki=2 时转速偏差仿真图图4 Kp=10 、 Ki=2 时速度稳态偏差放大图图5 Kp=10 、 Ki=0 时转速偏差仿真图图6 Kp=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= 2 时速度稳态偏差为 左右, 由图 6 可以知道 Kp=10 、 Ki=0 时速度稳态偏差为 18r/mi n 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7 Kp=50 、 Ki=10 时速度响应图图8 Kp=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, 大约 到达给定转速, Kp= 5 时,大约 到达给定转速,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 10 Kwp=1 时跟随误差仿真图图 11 Kwp=10 时跟随误差仿真图图 12 Kwp=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。 2 .开环增益 Kh 与稳定性的关系图 13 Kwp=100 时进给速度仿真图图 14 Kwp=1000 时进给速度仿真图图 15 Kwp=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