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为了能够精确地对伺服电机进行3种控制模式下的仿真,通过MATLAB下的Simulink建立仿真环境,并采用PID的形式来设计控制器,验证直流伺服电机的控制不会因负载不同而发生变化,从而实现对直流伺服电机的位置、速度和力矩的3种模式控制仿真。基于摆臂系统为例,以电流环为最基本环路,速度环和位置环为外环,通过调节力矩PI控制器、速度PI控制器以及位置PID控制器,分别对力矩模式、速度模式及位置模式3种伺服电机的控制模式进行仿真,在伺服电机的额定力矩范围内改变负载值,来验证了控制器确定后,直流伺服电机不会因负载变化而改变控制特性。
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引
言
随着工业生产的发展
,
大量工业机器人被用于
自动化生产中
,
工业机器人的主要器件是伺服电机
。
伺服电机在机器人中用作执行单元
,
是影响机器人
工作性能的主要因素
。
因此伺服电机的控制显得尤
为重要
。
伺服电机具有稳定性好
、
精度高
、
动态响应
快
、
抗干扰能力强等特性
。
伺服电机的控制模式主
要有位置模式
、
速度模式和力矩模式
,
这
3
种
模式之
间又有相互关系
。
本文基于
!"#$%&
下
’()*+(,-
建
立直流伺服
电机的
3
种控制模式的仿真
环境
,
通过
./0
的
形式
来设计位置
、
速度和电流
1
种
控制器
,
从而对电机进
行闭环控制
。
当控制器设计完成后
,
通过改变外部
负载的大小来验证直流伺服电机的控制情况
。
本文
以摆臂系统为例进行仿真分析
。
得出的结论是
:
一
旦控制器确定
,
无论外部负载怎么变化
,
只要在直流
伺服电机的额定扭矩范围内
,
直流伺服电机都不会
因负载变化而改变控制特性
。
1
伺
服电机的
1
种
控制模式
伺服电机为了能够达到生产的精确控制
,
常采
用
3
种
控制模式
,
即力矩模式
、
速度模式和位置模式
。
力矩模式的特点是
:
在额定力矩范围内
,
输出力矩是
恒定的
;
速度模式的特点是
:
在额定力矩范围内
,
输
出速度是恒定的
;
位置模式的特点是
:
在额定力矩范
围内
,
准确地控制到指定位置
。
1
种
控制模式
,
分别对应电路上的
1
个
控制
环
。
最内环是电流环
,
对应着伺服电机的力矩模式
。
另外
2
个控制环依次为外环
,
即速度环和位置环
。
在
实
际应用中
,
速度环和位置环都要经过电流环
,
也就
是说
,
速度控制和位置控制都要经过力矩控制来产生
最终力矩
。
电流环直接控制伺服电机的转矩
,
因此伺
服电机在转矩模式下响应最快
。
而位置控制首先要
经过速度控制
,
然后经过电流控制
,
所以
,
运算量最
大
,
动态响应也最慢
。
速度控制的动态响应快慢居于
中间
。
3
种
模式对应的
3
个
控制环如图
2
所
示
。
图
1
伺
服电机的
1
个
控制环
2
摆臂系统的建模及电机选择
煤
矿 机 械
345+
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第
1=
卷
第
B2
期
AB2C
年
B2
月
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直流伺服电机控制模式的仿真
J
冷
炳营
,
王
钰
(
青岛大学
,
山东 青岛
AFFBK2
)
摘
要
:
为了能够精确地对伺服电机进行
1
种控制模式下的仿真
!
通
过
!%#L"&
下
的
’()*+(,-
建
立仿真环境
!
并采用
./0
的形式来设计控制器
!
验证直流伺服电机的控制不会因负载不同而发
生
变化
!
从而实现对直流伺服电机的位置
"
速度和力矩的
1
种模式控制仿真
#
基于摆臂系统为例
!
以
电流环为最基本环路
!
速度环和位置环为外环
!
通过调节力矩
./
控
制器
"
速度
./
控
制器以及位
置
./0
控
制器
!
分别对力矩模式
"
速度模式及位置模式
1
种伺服电机的控制模式进行
仿真
!
在伺服
电机的额定力矩范围内改变负载值
!
来验证了控制器确定后
!
直流伺服电机不会因负载变化而改
变控制特性
$
关键词
:
伺服电机
%
’()*+(,-
;
电
流环
%
./0
控
制器
中图分类号
&
#.AE
文献标志码
:
"
文章编号
:
1003
- 079E
(
201C
)
B2 -
021E- B1
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F4< G"/3D
:
S69R4
)4T49‘ S()*+(,-‘ 7*996,T +44[‘ ./0 74,T94++69
J
山东省科技发展计划项目
(
EBA2EB2BBKa
)
电
流
控制器
速度
控制器
电
机
位置
控制器
b
b b
21E
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