第3章交流伺服运动控制系统模型及仿真分析.docx

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第3章交流伺服运动控制系统模型及仿真分析

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3.1永磁同步电动机交流伺服运动控制系统

3.1.1永磁同步电动机交流伺服运动控制系统简介

3.1.2永磁同步电动机交流伺服运动控制系统的组成

图3-1交流伺服运动控制系统的集中控制结构

1.控制器

图3-2运动控制卡的功能图

2.伺服电机及驱动器

图3-3两相交流伺服电机

工作原理图

图3-4交流伺服电机的机械特性

图3-5交流伺服电机控制方式

图3-6交流伺服电机的运行特性

3.检测元件

4.典型机械结构

图3-7具有高精度滚珠丝杠驱动机构的运动平台

图3-8滚珠丝杠和螺母机构的工作原理

图3-9滚珠丝杠螺母机构的调整

图3-10预加载荷消除间隙

3.2PMSM伺服系统的数学模型

3.2.1PMSM的基本结构及种类

图3-11PMSM的结构图

图3-12PMSM转子的三种结构形式

3.2.2PMSM的数学模型

图3-13PMSM等效结构坐标图

图3-14永磁同步电动机dq旋转坐标图

3.2.3PMSM等效电路

图3-15dq轴表示的电压等效电路图

3.2.4PMSM的矢量控制原理

3.2.5PMSM的矢量控制方式

3.2.6PMSM解耦状态方程

图3-16交流永磁同步电机系统框图

3.3PMSM伺服运动控制系统电流环设计

3.3.1影响电流环性能的主要因素分析

1.反电动势的干扰以及PI电流调节器的影响

图3-17电流环简化控制框图

2.逆变器传输特性以及零点漂移的影响

3.3.2电流环PI综合设计

图3-18PMSM矢量控制系统原理图

图3-19电流环动态结构图

3.4PMSM伺服运动控制系统速度环设计

3.4.1速度环PI综合设计

图3-20PMSM电流、速度双闭环动态结构框图

图3-21采用PI控制的速度环动态结构框图

3.4.2滑模变结构基本原理

图3-22二阶系统的状态轨迹

3.4.3PMSM伺服运动控制系统速度环的变结构设计

图3-23速度调节器简化动态结构图

图3-24速度环滑模变结构调节器结构图

3.5PMSM伺服运动控制系统位置环设计

3.5.1变结构控制在伺服运动控制系统中的应用剖析

3.5.2PMSM伺服运动控制系统位置环的变结构设计

图3-25位置环滑模变结构调节器结构图

3.6PMSM伺服运动控制系统仿真分析

3.6.1基于矢量控制的电流滞环仿真分析

1.电流滞环控制

图3-26具有电流滞环的A相控制原理图

图3-27电流滞环跟踪控制电流波形示意图

图3-28三角波载波比较方式控制电路图

2.电流环仿真分析

图3-29PMSM位置伺服系统矢量控制仿真结构图

图3-30常规电流滞环控制仿真模块

图3-31三角波载波比较方式电流滞环控制仿真模块

图3-32电流滞环控制输出的三相定子电流波形ia、ib、ic

图3-33SPWM控制输出的三相定子电流波形ia、ib、ic

图3-34q轴电流iq

图3-35电磁转矩Te

图3-36转子电角速度ω

3.6.2伺服运动控制系统变结构仿真

图3-37串级滑模变结构控制位置伺服系统的结构框图

图3-38负载扰动时系统的速度响应曲线

图3-39转动惯量变化时系统的速度响应曲线