基于Adams/Simulink的伺服系統(tǒng)控制參數(shù)仿真分析

許向榮 于俊平

摘要：伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)是影響系統(tǒng)同步控制精度的主要因素。如果伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)選擇不適當(dāng)，必然會導(dǎo)致伺服系統(tǒng)的同步控制精度達(dá)不到要求，從而影響工件的加工質(zhì)量。本文基于Adams/Simulink機(jī)電聯(lián)合仿真對整定后的控制參數(shù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明：整定后伺服系統(tǒng)參數(shù)的同步控制精度較高，為控制系統(tǒng)后續(xù)的研究提供了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：雙絲杠驅(qū)動，伺服控制系統(tǒng)，Adams/Simulink聯(lián)合仿真

0 引言

采用雙電機(jī)+雙滾珠絲杠平行布置共同驅(qū)動工作臺運(yùn)動的驅(qū)動方式大大提高了機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的傳動剛度，但由于雙電機(jī)驅(qū)動的形式，導(dǎo)致存在同步誤差，使得同步控制精度的下降。因此提高伺服系統(tǒng)的同步控制精度對提高雙驅(qū)進(jìn)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度具有重要的意義。

1 單軸伺服控制系統(tǒng)仿真模型的建立

1.1 建立交流伺服電機(jī)數(shù)學(xué)模型

假設(shè)d軸設(shè)為磁場方向，q軸為沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向超前90°，建立轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系[1]，可得d軸和q軸的電壓方程為：

交流伺服電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動方程：

對上述式進(jìn)行拉普拉斯變換：

為提高伺服電機(jī)響應(yīng)速度和控制精度，在電機(jī)系統(tǒng)方框圖中加入位置反饋環(huán)節(jié)、速度反饋環(huán)節(jié)以及電流反饋環(huán)節(jié)形成三環(huán)控制系統(tǒng)[2]，得到的單軸控制系統(tǒng)仿真圖。

1.2 伺服系統(tǒng)控制參數(shù)整定分析

1.2.1 電流環(huán)參數(shù)整定

根據(jù)對伺服控制系統(tǒng)電流環(huán)控制過程的分析，建模時(shí)考慮了前向?yàn)V波器、PWM逆變器和檢測反饋環(huán)節(jié)，并簡化得到電流環(huán)簡化框圖。

根據(jù)電流環(huán)簡化框圖得到參數(shù)整定公式為：

根據(jù)公式即可計(jì)算出電流控制器的主要參數(shù)。

1.2.2 速度環(huán)參數(shù)整定

在整定速度控制器參數(shù)時(shí)，假設(shè)通過在速度環(huán)中加入陷波濾波器消除了機(jī)械諧振，并且伺服電機(jī)無阻尼，則速度環(huán)控制簡化框圖。

1.2.3 位置環(huán)參數(shù)整定

2 機(jī)電聯(lián)合建模及仿真分析

以主從同步控制策略搭建雙絲杠驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)，獲得三環(huán)控制器整定參數(shù)后，對伺服系統(tǒng)控制參數(shù)輸入階躍信號進(jìn)行仿真分析如圖1所示。

從圖中可以看出，以整定公式得到的三環(huán)控制參數(shù)為基礎(chǔ)搭建的雙驅(qū)控制系統(tǒng)，同步精度較高，有效地提高了零件加工精度。

3 結(jié)論

通過對三環(huán)控制結(jié)構(gòu)分析，最終建立了三環(huán)控制器的參數(shù)整定公式，求得了三環(huán)控制參數(shù)整定值，有效的控制了同步誤差，提高了工件的加工精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 周勇. 高速進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)特性分析及其運(yùn)動控制研究[D]. 華中科技大學(xué).

[2] 汪開正. 滾珠絲杠副健康狀態(tài)評估及預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 上海交通大學(xué)，2019.

山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 山東省 濟(jì)南市 250000