基于Adams/Simulink的伺服系統控制參數仿真分析

許向榮 于俊平

摘要：伺服系統的主要參數是影響系統同步控制精度的主要因素。如果伺服系統的主要參數選擇不適當，必然會導致伺服系統的同步控制精度達不到要求，從而影響工件的加工質量。本文基于Adams/Simulink機電聯合仿真對整定后的控制參數進行仿真驗證，仿真結果表明：整定后伺服系統參數的同步控制精度較高，為控制系統后續的研究提供了基礎。

關鍵詞：雙絲杠驅動，伺服控制系統，Adams/Simulink聯合仿真

0 引言

采用雙電機+雙滾珠絲杠平行布置共同驅動工作臺運動的驅動方式大大提高了機械傳動結構的傳動剛度，但由于雙電機驅動的形式，導致存在同步誤差，使得同步控制精度的下降。因此提高伺服系統的同步控制精度對提高雙驅進給系統的穩定性和精度具有重要的意義。

1 單軸伺服控制系統仿真模型的建立

1.1 建立交流伺服電機數學模型

假設d軸設為磁場方向，q軸為沿轉子旋轉方向超前90°，建立轉子坐標系[1]，可得d軸和q軸的電壓方程為：

交流伺服電機的電磁轉矩方程和運動方程：

對上述式進行拉普拉斯變換：

為提高伺服電機響應速度和控制精度，在電機系統方框圖中加入位置反饋環節、速度反饋環節以及電流反饋環節形成三環控制系統[2]，得到的單軸控制系統仿真圖。

1.2 伺服系統控制參數整定分析

1.2.1 電流環參數整定

根據對伺服控制系統電流環控制過程的分析，建模時考慮了前向濾波器、PWM逆變器和檢測反饋環節，并簡化得到電流環簡化框圖。

根據電流環簡化框圖得到參數整定公式為：

根據公式即可計算出電流控制器的主要參數。

1.2.2 速度環參數整定

在整定速度控制器參數時，假設通過在速度環中加入陷波濾波器消除了機械諧振，并且伺服電機無阻尼，則速度環控制簡化框圖。

1.2.3 位置環參數整定

2 機電聯合建模及仿真分析

以主從同步控制策略搭建雙絲杠驅動進給系統，獲得三環控制器整定參數后，對伺服系統控制參數輸入階躍信號進行仿真分析如圖1所示。

從圖中可以看出，以整定公式得到的三環控制參數為基礎搭建的雙驅控制系統，同步精度較高，有效地提高了零件加工精度。

3 結論

通過對三環控制結構分析，最終建立了三環控制器的參數整定公式，求得了三環控制參數整定值，有效的控制了同步誤差，提高了工件的加工精度。

參考文獻

[1] 周勇. 高速進給驅動系統動態特性分析及其運動控制研究[D]. 華中科技大學.

[2] 汪開正. 滾珠絲杠副健康狀態評估及預測關鍵技術研究[D]. 上海交通大學，2019.

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