基于Matlab-Simulink的伺服系统仿真.doc

·90·长江大学学报(自科版)理工卷2007年12月第4卷第4期JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)Sci&EngVDec12007Vol14No14基于Matlab/Simulink的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环境下设计和组合了交流同步伺服电机、dq坐标系向abc坐标系转换、三相电源逆变器、位置调节器、速度调节器和电流调节器各模块并在此基础上构建了交流同步伺服系统的位置、速度和电流3闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制方法的有效性为交流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]TP3919[文献标识码]A[文章编号]16731409(2007)04N09003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正广泛应用于工业生产的各个领域。为了满足高性能传动的需要必须对位置进行精确控制。在设计伺服系统的过程中使用Matlab/Simulink可以对设计方案进行验证1大大减少系统的开发周期[1];郝军等在2Simulink环境下对异步电22机矢量变频调速系统进行仿真[2]表明Simulink可作为电机仿真中的一种方便、快捷、有效的工具;刘永飘等在Matlab/Simulink下设计永磁交流伺服系统的仿真模型并进行了仿真研究[3]验证了该仿真模型的有效性;杨平等在Matlab/Simulink环境下构建了永磁同步电机控制系统的速度和电流双闭环仿真模型并进行了仿真研究[4]。笔者论述了永磁同步电机伺服系统的设计给出了电流、速度和位置等调节器的设计方法根据坐标变换公式设计了坐标变换模块根据脉宽调制(PWM)的原理以及要求设计了逆变器模块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动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。根据定、转子电压方程和磁链方程电机的运动方程和转矩方程以及一般假定交流电机数学模型的微分方程如下[56]:在di+ω5L1npiT5LJdωω=dθU=Ri+Lii=TL+(1)55dtnpdtdtθ2θ式中U为电枢电压;i为电枢电流;R为电枢绕组电阻;L为电枢电感;TL为负载转矩;ω为转速;np为电机极对数;J为转动惯量;θ为角位移。2基于Matlab的交流伺服模型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系统的整体控制框图如图1所示。系统采用3闭环控制的方法包括位置环、速度环和电流环。采用这种3闭环的控制方法可以使系统的控制性能更加优异。图1系统整体控制框图[收稿日期]2007208228[作者简介]韩皓(19822)男2004年大学毕业硕士生现主要从事自动控制与仿真方面的研究工作。第4卷第4期韩皓等:基于Matlab/Simulink的伺服系统仿真·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。位置调节器是一个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。另外在3个模块中均加入了限幅模块用来限制电机的转速和电流。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)主要根据系统反馈的转子转角按照d2q变换的反变换公式产生a2b2c三相基准信号d2q变换的反变换公式如下[34]:cosθ-sinθ1iacosθ-2π-sinθ-2π1idib=33iq(2)iccosθ+2π-sinθ+2π1033式中θ为系统反馈的转子转角。根据式(2)设计dq2abc转换模块的模型如图2所示。3)三相电源逆变模块它根据矢量控制原理利用滞环电流控制方法实现电流逆变控制。输入为经过dq2abc转换模块转换后的三相输入电流和系统反馈的定子输出三相电流输出为逆变