《运动控制系统》课件第11章.ppt

图11-33PMSM电流、速度双闭环动态结构图PMSM位置伺服系统电流环可以等效成一个一阶惯性环节，如式（11-117）所示。选择速度环调节器为PI调节器，其传递函数为式中：Ks为速度环调节器的放大倍数；Ts为速度环调节器的时间常数。因此，图11-33可简化为图11-34。（11-118）图11-34采用PI控制的速度环动态结构框图根据图11-34，可以得到速度环的开环传递函数为（11-119）由式（11-119）可知，转速环可以按典型Ⅱ型系统来设计。定义变量h为频宽，根据典型Ⅱ型系统设计参数公式可得：（11-120）（11-121）3.PMSM伺服运动控制系统位置环的变结构设计1)滑模变结构基本原理变结构的基本原理如图11-35所示。变结构控制的基本要求为：①存在性，即选择滑模函数，使控制系统在切换面上的运动渐进稳定，动态品质良好；②可达性，即确定控制作用，使所有运动轨迹在有限的时间内到达切换面。图11-35变结构的基本原理设二阶系统状态描述为式中：x1、x2为状态变量；a1、a2为常参数；b为时变参数；u为控制系统输入；f为外部干扰。（11-122）令状态向量x=［x1,x2］T（11-123）考虑不连续控制式中u+≠u－，c0。（11-124）定义滑模切换函数为s=cx1+x2（11-125）为形成滑动，切换两侧必须满足条件这种条件保证了在切换线s=0的任何一侧的领域中，状态x的运动都朝向切换线。若系统在滑动期间，可以认为相平面轨迹的状态满足开关线方程，即s保持为零:（11-126）或（11-127）其解为x1(t)=x1(0)e-ct（11-128）由式（11-127）可得由式（11-128）和式（11-129）可得，当c0时，，因此，在滑动方式下，二阶系统看起来就像一个时间常数为c的渐进稳定的一阶系统，其动态特性与系统方程无关。（11-129）1)控制器在一个运动控制系统中控制器主要有4种：单片机系统、运动控制专用PLC系统、专用数控系统以及PC+运动控制卡。2)伺服电机及驱动器由伺服电机及驱动器组成的伺服控制单元是整个交流伺服系统的核心，用于实现系统位置控制、速度控制、转矩和电流控制。3)检测元件交流伺服系统的检测元件最常用的是旋转式光电编码器和光栅。旋转式光电编码器一般安装在电机轴的后端部，用于通过检测脉冲来计算电机的转速和位置；光栅通常安装在机械平台上，用于检测机械平台的位移，以构成一个大的随动闭环结构。11.4.2PMSM伺服系统的数学模型1.PMSM的数学模型PMSM的物理模型：在不影响控制性能的前提下，忽略电动机铁芯的饱和，永磁材料的导磁率为零，不计涡流和磁滞损耗，三相绕组是对称、均匀的，绕组中感应电势波形是正弦波。这样可以得到如图11-28所示的PMSM等效结构坐标图，图中Oa、Ob、Oc为三相定子绕组的轴线，取转子的轴线与定子a相绕组的电气角为θ。图11-28PMSM等效结构坐标图PMSM的物理方程如下：（11-94）（11-95）式中：ua、ub、uc为三相定子绕组电压；ia、ib、ic为三相定子绕组电流；ψa、ψb、ψc为三相定子绕组磁链；Ra、Rb、Rc为三相定子绕组电阻，且Ra=Rb=Rc=R；ψf为转子磁场等效磁链。三相定子交流电的主要作用就是产生一个旋转的磁场，从这个角度来看，可以用一个两相系统来等效，因为两相相位正交对称绕组通以两相相位相差90°的交流电时也能产生旋转磁场。在永磁同步电动机中，建立固定于转子的参考坐标，以磁极轴线为d轴，顺着旋转方向超前90°电角度为q轴，以a相绕组轴线为参考轴线，d轴与参考轴之间的电角度为θ，坐标图如图11-29所示。图11-29永磁同步电动机dq旋转坐标从而可以得到建立在dq旋转