辽宁工程技术大学《电力拖动自动控制系统》课程设计
目录
1、前言 ..................................................................................... 1
1.1设计目的 ....................................................................... 1 1.2设计内容 ...................................................................... 1 2、伺服系统的基本组成原理及电路设计 ............................. 2
2.1伺服系统基本原理及系统框图 ................................... 2 2.2 伺服系统的模拟PD+数字前馈控制 ......................... 4 2.3 伺服系统的程序 ........................................................ 6 3、仿真波形图 ......................................................................... 9 结论 ......................................................................................... 12 心得与体会 ............................................................................. 13 参考文献 ................................................................................. 14
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辽宁工程技术大学《电力拖动自动控制系统》课程设计
1、前言
1.1设计目的
1、使学生进一步掌握电力拖动自动控制系统的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；
2、使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力； 3、熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
1.2设计内容
1、分析和设计具有三环结构的伺服系统，用绘图软件（matlab）画原理图还有波形图；
2、分析并理解具有三环结构的伺服系统原理。
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2、伺服系统的基本组成原理及电路设计
2.1伺服系统基本原理及系统框图
伺服系统三环的PID控制原理:
以转台伺服系统为例,其控制结构如图2-1所示,其中r为框架参考角位置输入信号, ?为输出角位置信号.
图2-1 转台伺服系统框图
伺服系统执行机构为典型的直流电动驱动机构,电机输出轴直接与负载-转动轴相连,为使系统具有较好的速度和加速度性能,引入测速机信号作为系统的速度反馈,直接构成模拟式速度回路.由高精度圆感应同步器与数字变换装置构成数字式角位置伺服回路.
转台伺服系统单框的位置环,速度环和电流环框图如图2-2,图2-3和图2-4所示.
图2-2 伺服系统位置环框图
图2-3 伺服系统速度环框图
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图2-4 伺服系统电流框图
图中符号含义如下：r为位置指令；?为转台转角；?u为PWM功率放大倍数；?d为速度环放大倍数；?v为速度环反馈系数；?i为电流反馈系数；L为电枢电感；R为电枢电阻；?m为电机力矩系数；Ce为电机反电动势系数；J为等效到转轴上的转动惯量；b为粘性阻尼系数，其中J=Jm+JL，b=bm+bL，Jm和JL分别为电机和负载的转动惯量，bm和bL分别为电机和负载的粘性阻尼系数；Tf为扰动力矩，包括摩擦力矩和耦合力矩。
假设在速度环中的外加干扰为粘性摩擦模型：
n(?)b? Ff(t)?Fc?sg?c? 2-1
控制器采用PID控制+前馈控制的形式，加入前馈摩擦补偿控制表示为：
?uf(t)?Fcl?sgn(?)?bcl??
式中，Fcl和bcl为粘性摩擦模型等效到位置环的估计系数，该系数可以根据经验
确定，或根据计算得出。
被控对象为一个具有三环结构的伺服系统，伺服系统系数和控制参数在程序中给出描述，系统采样时间为1ms。取M=2，此时输入指令为正弦叠加信号：rt(t)?Asin(2Ft)?0.5Asin(0.5Ft)，其中A=0.5，F=0.5.
考虑到Ki，L和Ce的值很小，前馈补偿系数Fcl和bcl等效到摩擦力矩端得系数可近似写为：
Gain?Ku?Kd?1?Km?Kg
R 2-2
?式中，Kg为经验系数，摩擦模型估计系数Fcl和bcl为：
Fcl?bcl?FcbcGain 2-3
Gain 2-4
系统总的控制输出为：
u(t)?up(t)?uf(t) 2-5
ku(t)式中，p为PID控制的输出，其三项系数为pp=15，kii=0.1，kdd=1.5.程序如chap01
控制系统的simulink程序：chap01，如图2-5和图2-6所示。
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图2-5 三环控制的simulink仿真程序
图2-6 电机模型的simulink仿真程序
（1）带摩擦无前馈补偿时的仿真。正弦叠加信号跟踪如图3-1和图3-2所示，由于静摩擦的作用，在低速跟踪存在“平顶”现象，速度跟踪存在“死区”现象。
（2）带摩擦有前馈补偿时的仿真。正弦叠加信号跟踪如图3-3和图3-4所示，采用PID控制加前馈控制可很大程度地克服摩擦的影响，基本消除了位置跟踪的“平顶”和速度跟踪的：死区，实现了较高的位置跟踪和速度跟踪精度。
2.2 伺服系统的模拟PD+数字前馈控制
伺服系统的模拟PD+数字前馈控制原理
针对三环伺服系统，设电流环为开环，忽略电机反电动系数，将电阻R等效到速度环放大系数Kd上。简化后的三环伺服系统结构框图如图2-7所示，其中u为控制输入。
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伺服系统设计.
