基于MatlabSimulink伺服系统仿真pdf
·90 ·长江大学学报 (自科版) 理工卷 2007 年 12 月第 4 卷第 4 期Journal of Yangtze University ( Nat Sci Edit) Sci & Eng V Dec12007 , Vol14 No14
基于 Matlab/ Simul ink 伺服系统仿真
韩 皓 , 申祖武 (武汉理工大学机电学院 , 湖北武汉 430070)
[ 摘要] 在 Matlab/ Simulink 环境下 , 交流同步伺服电机的设计与组合dq 坐标系向 abc 坐标系转换，三
各模块的相电源逆变器、位置调节器、速度调节器和电流调节器 , 在此基础上，建立了交流同步伺服系统的位置、速度和电流 3 闭环仿真模型。模拟结果证明了控制方法的有效性 , 它为同步伺服系统的设计提供了理论依据。[ 关键词] 交流同步伺服电机； 模块; 仿真; 闭环[ 中图分类号] TP391 9[ 文献标识码] A [ 文章编号] 1673 1409 (2007) 04 N090 03
随着近年来电力电子工业和计算机技术的迅速发展 , 交流伺服系统广泛应用于工业生产的各个领域
域。为满足高性能传动的需要 , 位置必须精确控制。伺服系统的设计过程中 , 使用 Matlab/Simulink 可验证设计方案1， 大大降低了系统的开发周期[ 1 ] ; 郝军等在2 Simulink 在环境下模拟异步电22机矢量变频调速系统[ 2 ] , 表明 Simulink 可作为电机仿真中方便、快捷、有效的工具；
刘永飘等在 Matlab/ Simulink 设计了永磁交流伺服系统的模拟模型，并进行了模拟研究[ 3 ] , 验证了模拟
模型的有效性； 杨平等在 Matlab/ Simulink 永磁同步电机控制系统的速度和电流在环境下双闭环模仿
真模型 , 并进行了仿真研究[ 4 ] 。作者讨论了永磁同步电机伺服系统的设计 , 电流、速度和位置等
调节器的设计方法 , 坐标变换模块是根据坐标变换公式设计的 , 根据脉宽调制 ( PWM) 原则和要求
逆变器模块的设计 , 提高了系统的控制性能。
1 交流电机的数学模型
三相交流电机是一种高阶、非线性、强耦合的多变量系统。根据固定、转子电压方程和磁链方程 ,
电机的运动方程、转矩方程和一般假设 , 交流电机数学模型的微分方程如下[ 5 ,6 ] :在d i ω5L1np i T5LJdω ω =dθ U = Ri Li i = TL ( 1)55d tn p d td tθ 2θ式中, U 电枢电压； i 电枢电流； R 电枢绕组电阻； L 电枢电感； TL 负载转矩；ω为转速; np 为电机 极对数; J 旋转惯量； θ为角位移。
2 基于 Matlab 交流伺服模型
Matlab/ Simulink 环境下 , 利用 PSB 模块库 , 在分析永磁同步电机的数学模型的基础上 , 建立了
交流伺服系统仿真模型模型 , 系统的整体控制框图如图所示 1 所示。系统采用 3 闭环控制方法 , 包括位置环，
使用速度环和电流环。 3 闭环控制方法 , 能使系统的控制性能更好。
图 1 整个系统控制框图
[ 收稿日期] 2007208228
[ 作者简介] 韩皓 (19822) , 男 , 2004 年大学毕业 , 硕士生 , 目前主要从事自动控制和仿真研究。
第 4 卷第 4 期韩皓等 : 基于 Matlab /Simulink 伺服系统仿真 ·91 ·
1) 信号调节器 系统中的信号调节器包括位置调节器、速度调节器和电流调节器。位置调节器是
比例调节器 , 速度调节器和电流调节器均为比例积分调节器。 , 在 3 模块中添加了限幅模块
块 , 限制电机的速度和电流。
2) dq 向 abc 转换模块 即 dq 坐标系向 abc 坐标系转换模块 (简称为 dq2abc 转换模块) , 主要根据 转子角度的系统反馈 , 按照 d2q 反变换公式产生的反变换 a2b2c 三相基准信号 , d2q 变换的反变换公式如
下[ 3 ,4 ] :co sθ- sinθ1