数控转塔冲床伺服电机主传动的研究(23)

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图4.13ki=6时原控制器的跟踪性能明显变差

图4.14ki=6时新控制器的跟踪性能没有任何变化(得益于x4的反馈)

由上述仿真数据可知，由于新设计的控制器考虑了电流环增益kp、ki的影响，以及电气参数L,R,Ke等参数的影响，因此当电流环电气动态发生改变时，新设计的控制器总可以通过状态反馈或者设计的自适应控制器使得对其变化不敏感。这是新设计控制器的优点之一。

新设计的控制器的第二个优点在于即使电气动态足够快，当跟踪指令的频率增大时，新控制器的控制性能也比原控制器性能好。

修改电气参数，即降低kp、ki的值，当电气动态变差时且指令频率稍增加时，如2Hz，新控制器的优势较明显。

将ki重新改回6000，同时提高跟踪指令的频率从2rad/s提高到10rad/s,此时新设计的控制器略好于原ARC控制器，继续提高频率至20rad/s，此时原控制器的参数自适应发散，而同样参数作用下，新设计的控制器不但保证了参数自适应稳定，而且取得了非常优异的控制性能。

结论

目前，电机已经广泛地应用于机械行业当中，其中伺服电机在机电领域占据了主导地位，本文即是从某转塔伺服电机的背景下，对伺服控制系统进行建模、模拟仿真分析，并尝试设计了相应的控制器，以获取相关方面的知识。

本文首先介绍了伺服电机中的永磁同步电机，与直流伺服电机相比，其无电刷和换向器，具有结构精巧，适应高速大力距工作状态等特点。然后是讨论伺服电机控制系统（PMSM）的结构和种类，和系统的基础数学模型（分为物理方程、转矩方程和运动方程）和等效电路，这些都是对伺服控制系统进行建模与仿真分析的基础；文章介绍了PMSM系统的矢量控制原理，即电流控制的滞环控制法和电压控制法，并分析了id=0的目标控制方法，利用解耦状态方程，可以更方便地建立系统的数学模型；本文对伺服控制系统的建模与仿真分析是基于MATLAB软件中的SIMULINK模块进行的，SIMULNK模块库分8个子库，其中的模块都是已编程设计好的，方便使用，而且其模块库的内容十分完整。

本文的仿真分析环节进行了对系统开环数学模型的分析，得到了电机系统的开环仿真伯德图3.6，但仅仅对伺服系统开环状态方程的仿真是不够的，因此本文基于电流闭环对系统建立了状态方程并进行建模分析，得到其动态响应伯德图，根据仿真分析的结果显示，基于新的状态方程的电流闭环动态响应特性很好，然后对包含电流闭环的位置伺服系统进行了仿真分析，结果显示新的位置伺服系统动态响应与基于物理方程的位置伺服系统的动态响应基本一致，这就说明状态方程合理、有效。对系统的控制器的设计，也是基于新的状态方程来进行的。文中先对包含电流闭环模型的控制器进行了仿真分析，随着ARC控制器参数的变化，系统的跟踪性能也越来越好，结果验证了系统模型的有效性。然后就是根据状态方程设计新的控制器，从控制器算法开始，设计了一个合理的控制参数，使得系统的零动态是稳定的，之后对新的控制器进行了验证，仿真分析结果表明新的控制器设计是合理的，其保证了参数自适应稳定，而且取得了非常优异的控制性能。

致谢

大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业论文的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。

首先诚挚的感谢我的论文指导老师。他在忙碌的教研工作中挤出时间来指导、审查我的论文。写论文的过程中，遇到了许多苦思冥想的难以解决的问题，而这些问题通过姚老师的疏通指导之后，都能够找到合适的方法解决。姚老师每次不管忙或闲，总会空出时间来与我面谈，然后一起商量解决的办法。我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中老师都给予了我悉心的指导。这几个月来，姚老师不仅在学习上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向姚老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。还有我的所有专业指导老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我生活、学习中的榜样；你们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。同学们在生活学习上都认真热情，所有这些都让我的四年充满了感动。