基于Matlab_Simulink的伺服系统仿真.pdf

( ) 2007 年 12 月 第 4 卷 第 4 期 长江大学学报 自科版 理工卷 　 ·90 · Journal of Yangtze University ( Nat Sci Edit) Sci Eng V 　Dec2007 , Vol4 No4 基于 Matlab/ Simul ink 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] TP39 19 [文献标识码] A 　　 [文章编号] (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 Mat lab/ Simulink 可以对设计方案进行验证 , 大大减少系统的开发周期[ 1 ] ; 郝军等在 Simulink 环境下对异步电 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 Mat lab/ 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 Mat lab/ 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[ 5 ,6 ] : d i L 1 T L J dω dθ ω ω ( ) 　　U = R i + L + i 　　 n i i = T + 　　 = 1 d t θ 2 p θ L np d t d t ω 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; 为转速; np 为电机 θ 极对数; J 为转动惯量; 为角位移 。 2 　基于 Matlab 的交流