数控转塔冲床伺服电机主传动的研究(2)

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2.4.3Simulink应用28

三、系统建模与分析36

3.1电动位置伺服系统建模36

3.2电流闭环系统建模与仿真39

3.3基于电流闭环系统特性的仿真验证44

3.3.1电流闭环动态特性验证44

3.3.2基于电流闭环的电机位置伺服系统动态的验证46

3.3.4传动轴扭转刚度的影响分析49

四、控制器设计51

4.1PID控制算法简介51

4.2基于包含电流环模型的ARC控制器设计及响应特性52

4.3基于新状态方程的控制算法设计57

4.4基于新状态方程的控制算法验证与对比分析59

结论64

致谢65

参考文献66

一、绪论

1.1课题背景及选题意义

现如今，交流伺服运动控制系统日益成熟，应用更加广泛。特别是PMSM伺服运动控制系统的研究受到了广泛关注，国内外研究人员对伺服系统做了大量的研究和实验，并取得了丰富的成果；本文的工作是基于PMSM伺服运动控制系统，建立数学模型并对其进行控制器设计及仿真分析。近年来，随着永磁伺服系统的快速发展，围绕伺服控制的性能、成本问题在系统控制策略上有了许多大胆的探索和研究，提出许多新的思路，并且取得了许多具有实用性意义的成果。然而，永磁同步电机是具有一定非线性、强耦合性和时变性的“系统”，它的伺服对象也存在较强的不确定性和非线性，常规的控制策略难以满足高性能永磁同步电动机伺服系统的控制要求，研究其新型的控制策略也成为永磁同步电机发展的重大潜力和方向。因此，基于PMSM伺服系统的模型建立及其性能的分析，成为提高转塔装置的控制精度，运行效率的必要条件，同时也为具体的生产过程提供了理论基础。

1.2交流伺服电机的发展

从伺服电机的广泛应用到如今，伺服电机的结构和系统都发生了翻天覆地的变化，其伺服系统也更加优秀，伺服电机已广泛应用于航空机电领域。目前，以永磁同步电机的应用最为广泛，永磁同步电机克服了直流伺服电机的许多不足，其无电流励磁、无电刷，具有结构简单、运行可靠性高等优点，现如今对其系统控制系统的优化及研究是电机研究技术中的主流方向。

自20世纪80年代以来，现代电子技术、计算机技术以及永磁材料技术得到快速发展，这些支撑着交流伺服系统的技术也大大的推动了交流伺服控制技术的发展，交流伺服系统中一些困扰多年的问题也得到了有效的解决，同时交流伺服系统的性能逐渐提高，价格变得合理，这使得交流伺服系统逐渐取代了直流伺服系统。

永磁伺服电机从绕组直流电机发展而来，将激磁绕组用永磁体代替，使电机的结构更为精巧、运行可靠性更高。永磁体的材料以及伺服控制系统很大程度上决定了永磁伺服电机的性能。20世纪80年代，第三代稀土永磁材料(NdFeB)的快速发展推动了永磁同步电机的发展；在我国，80、90年代开始出现大量永磁同步电机理论和研究方法的文章，这些研究在我们这个稀土存储大国很有前景性，其中代表性的研究有唐任远的《现代永磁电机理论和设计》和李钟明的《稀土永磁电机》。我国是世界稀土大国，随着稀土材料技术的不断发展，国内永磁材料已经具备了足够高的磁能积、合适的价格、较高的矢量控制水平；永磁伺服电动机的效率高、功率密度大、调速范围宽、脉动转矩小，使得交流伺服系统的应用及研究变得更为广泛，我国近年来的稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。