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直流伺服电机系统的模拟仿真与剖析

时间:03-27 00:24 点击:109

直流伺服电机分为直流有刷伺服电机直流无刷伺服电机,本内容咱们主要讲解直流无刷伺服电机系统。


直流无刷伺服电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定,电机功率有局限做不大。容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况,效率很高,运行温度低噪音小,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。


直流伺服系统因具有转动惯量小、启动电压低、空载电流小、弃接触式换向系统,大大提高电机转速, 不存在电刷磨损情况,除转速高之外,还具有寿命长、噪音低、无电磁干扰等特点。所以对直流伺服电机进行仿真研究是应用的基础。一、系统结构     系统的数学模型就略过了,具体可以查阅相关论文。直流电机双闭环调速系统(额定励磁下忽略其对电枢回路的影响)是多环控制系统,由内到外分别为电流环、速度环,其动态结构图如下图:


直流伺服电机双闭环调速系统动态结构图

直流电机双闭环调速系统动态结构图


直流伺服电机系统仿真与剖析

设计时从内环到外环,逐一设计,先设计好电流环调节器,在把电流环看成速度环的一个环节,再设计速度环调节器。电流环的作用是提高系统的响应能力,抑制电网电压的波动,转速环的作用是提高系统抗负载扰动能力,抑制转速的波动。限于篇幅,电流调节器和速度调节器皆按照典型II型系统设计并给出设计步骤,典型1型系统设计及步骤省去。最后把它们进行仿真对比。 


二、系统仿真

直流伺服电机系统总体仿真

直流伺服电机系统总体仿真


直流伺服电机系统电流环调节器结构图

直流伺服电机系统电流环调节器结构图


直流伺服电机系统转速环调节器结构图

直流伺服电机系统转速环调节器结构图


直流伺服电机系统PWM变换器仿真模型

直流伺服电机系统PWM变换器仿真模型


直流伺服电机系统在0

直流伺服电机系统在0.5s时改变占空比的仿真图


直流伺服电机系统电流波形图

直流伺服电机系统电流波形图


直流伺服电机系统速度波形图

直流伺服电机系统速度波形图


0.2s后空载启动,给定额定转速200rad/s,0.8s时突加9.8N.m的负载,1.2s后突减至4.8N.m。系统输出电流和速度波形如上所示。


直流伺服电机系统电流波形(正反转)

直流伺服电机系统电流波形(正反转)


直流伺服电机系统速度波形(正反转)

直流伺服电机系统电流波形(正反转)


0.1s后空载启动,给定额定转速200rad/s,0.6s后,给定额定转速-200rad/s。系统输出电流和速度波形如上所示。


直流伺服电机系统主要用于各类数字控制系统中的执行机构驱动;需要精确控制恒定转速或需要精确控制转速变化曲线的动力驱动。


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