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交流伺服控制系统的实现和控制L. Canan D¨ ulger and Ali Kirec¸ci本文跟踪研究后一个交流同步伺服电机。
数学模型包括交流伺服马达系统的同步、齿轮箱和加载来检查系统动态行为。
该系统是一个传统的PID控制控制器。
通过实验发现控制系统的要求值。
设计不同的运动模型、并以矩阵来实现研究。
因此, 实验验证的模型采用了实验装置仿真并给出实验结果。
以PID控制器来验证交流伺服系统的跟踪性能。
1.简介电动机以它们的功能来分类，比如伺服电机、齿轮电机等等,也可以通过它们的供电模式,比如直流(直流电)电机和交流(交流电)电机来分类。
进一步分类可以通过单相和多相同步和异步电动机对AC马达和PM(永磁)和直流并联电机在计算上的操作原则。
尽管直流电机在多样速度设备上有优势,可以增加交流电机的用途。
伺服电机是一个电机在闭环控制系统中用来实现位置或速度的控制。
伺服电机的要求是实现广泛的速度控制和执行位置与速度的指示。
由直流和交流伺服电机的应用中可见,一般需要考虑他们的机器结构。
如果需求的是低功率和变化的速度，交流伺服电机的控制系统者优先。
他们肯定会引入一个无刷结构而且没有提供任何维护[1 - 4]。
交流伺服电机的应用广泛，常用于输送技术、印刷、木材加工、纺织工业、塑料工业、食品和包装行业、包装和灌装厂、机床等。
交流伺服电机的两种类型为松鼠笼异步和永磁同步。
在这个机械连接和机器人的控制领域,研究工作主要集中在直流电机。
数量有限的研究中发现,在有关的文学交流伺服运动控制和跟踪特性,因为交流伺服技术是新的。
交流伺服电机应用在一些研究文章综述如下。
格罗斯[5]描述了一个研究模拟和动态性能,电气设备;变压器直流机、多相感应机、多相同步机、和单相感应电机,电动机器仿真程序。
Viitanen。
[6]在他的工作建立了一个环境建模和模拟电机设备;电机、电子、流体动力及控制和机械系统。
森本晃司[7]已经描述了一个研究高性能伺服驱动系统特征的一种凸极永磁电机。
Lessmeier [8]的实验对比了使用同步和异步电动机的交流伺服驱动，给出了数学模型的控制方案和支持的实验结果。
Tzou[9]实现鲁棒控制的交流感应伺服电机的运动控制系统。
弗里德里希和康德[10]给出了比较研究两个永磁交流电机通过数值模拟和实验，模拟包括了一个双节点刚性机器人通过感应电动机直接驱动。
江和霍尔兹[11]从事高动态交流驱动的无速度传感器控制，实验验证实现了异步电动机。
在线模式参数调优被用于消除稳态误差。
Vukosavic和Stojic[12]已经处理了这个问题的机械共振系统组成的永磁同步伺服加载与实验验证。
戈德法布和Sirithanapipat[13]给出了研究性能的PD控制伺服系统并用模拟方法进行了测量的跟踪。
sak和Turkay[14]研究通用电机动力学，提出了数学模型和仿真结果。
在运动控制与实现方向,Guerrero-Ram´ırez和唐[15] 通过提出一个当前控制器实现控制进行运动的机器人的感应电动机跟踪给定轨迹。
王建民 [16]开发一个完整的PM交流伺服模型。
本文讨论动态行为和实现交流伺服电机的同步。
一个永磁同步交流伺服搭配合适的解析器应用于此研究。
解析器是一个旋转变压器，生成的输出信号是一个函数转子的位置。
系统的数学模型,开发了包括电机、齿轮箱、和一个惯性磁盘代表负载。
建立一个实验性的安排,和典型的危险运动概要文件实现检查定位系统的性能,为潜在的工业应用。
仿真模型并给出实验结果。
这项研究是验证实验。
2。
实验系统实验系统包括一个1.5千瓦永磁同步交流伺服电机，操作在190赫兹的频率及其匹配的伺服驱动器,变速箱与5.665:1衰减率率且合身的解析器和恒负载。
实验验证采用安装。
硬件配置实验的交流伺服系统是图1中所示。
Motor-driver 数据表1中给出。
一个运动控制卡[18]由运动设备公司生产。
(PMD-MC)1401系列DB1000 PC 运动控制卡被选择作为一个接口。
控制卡提供了一个4轴控制增量正交编码器的输入。
所需的软件是由制造公司提供的。
电机控制系统配置的实现是通过使用一个68-pin连接器和双34-pin头转换器电缆。
3。
交流伺服动态系统模型组成的电机变速箱和耦合的惯性负载输出轴刚性固定。
整个分析摩擦是可以忽略不计。
关系的定子和转子绕组和动态扭矩分析的永磁交流同步机可以被下面的非线性方程[7、19、20]:下面的符号是用于上述方程:(i)RS,RR:stator and rotor resistances(Ω),(ii)LS,LR,Lo:stator,rotor,and mutual inductances(mH),(iii)K1,K2:motor constants(Nm/V,Nms/rad),(iv)Vs:controlfield voltage in stator,(v)c:damping resistance of the load(Nms/rad),(vi)θm:angular position of the motor(rad),˙ ¨ (vii) θmR : reference angular position of the motor (rad), (viii) θm : angular velocity of the motor (rad/s), (ix) θm : angular acceleration of the motor (rad/s 2),(x) Jm , Jg , Jl : moment of inertias of the motor, gearbox,and lo ad,(xi) N : reduction ratio between motor and load (5.666 : 1),and K 1 and K 2 are calculated from the f ollowing relationships:(i) K 1 stall torque/rated voltage (Nm/V),(ii) K 2 stall torque/no-load speed at rated voltage(Nms/rad).3.1。
控制器设置三模式控制是采用PID 控制系统清除跟踪误差。
PID 调优参数发现通过应用Ziegler-Nichols(锌)振幅衰减的闭环系统的响应与比例增益，收获持续增加直到系统变得极度稳定。
Kcr 对应于这个增益。
然后摆动的周期作为Tcr 。
所以控制器优化进行实验设置的三个参数PID 控制器[2、4、21]。
PID 调优参数Kp= 0.6 Kcr, Ti=0.5 Tcr, Td =0.12 Tcr 计算。
需要若干次迭代模型以获得所需的系统行为。
PID 控制器被描述为在Kp,Kv,Ki 分别代表比例、衍生品和整体收益。
在这个方程式,收益被称为Kv KpTd 和Ki Kp/Ti 。
e(t)是给出的错误Vs in (2) 是PID 控制器的输出。
3.2。
仿真结果交流伺服控制系统的性能特点研究最初是通过使用测试输入信号就像步骤和斜坡输入的方法。
在获得极度阻尼反应、运动概要文件涉及然后实现梯形字符。
两梯形运动概要文件称为梯形运动I 和II 。
有一个初始的梯形概要句点接一个恒定的速度,然后再住段时期恒定的速度在相反方向如图2所示。
这是一个简单的配置文件来实现运动作为一个参考。
在这里,梯形概要由三个部分是在4.16秒内执行。
最初电机旋转2π弧度为1.1秒,保持它的角位置相同的1.95秒,最后,下降到零弧度1.1秒。
梯形概要II有一个初始的恒定的速度,后跟一个住,更高的恒定的速度之后是另一个住,更高的恒定的速度与较长的住期间,最后在最高的恒定的速度在相反方向如图3所示(一个)。
梯形概要II涉及7段在6.8秒内执行在这个研究。
2π伺服电机旋转弧度在1秒,保持其地位相同的1秒增加到4π弧度在0.5秒,保存在4π弧度一段时间为1.5秒,之后增加到6π弧度到0.4秒,保留了相同的角位置住了1.6秒,最后降低了其位置为零弧度在0.8秒。
计算机仿真使用了一个四阶RungeKutta(罗伯特-库比卡)集成算法集成(1)、(2)和(3)和解决这些问题的数值。
该方法是自我开始。
几个功能评估要求每个集成步骤。
罗伯特-库比卡的四阶方法需要四个功能评估每集成步骤。
系统的动态方程(3)的二阶。
状态空间表示的系统状态方程给出了四种有待解决。
初始条件是需要解决不同的方程。
状态变量定义用于角电机的位移和速度。
电机的角加速度然后来源于这些状态变量的组合系统。
模拟输入包含电机的电气性能、力学性能的变速箱,负载,控制器设置值以及系统的初始条件。
两个独立之间的时间观察,Δt选中为8毫秒。
总响应时间作为4.16秒,6.8秒为梯形运动I和II。
大量的计算机模拟可通过改变PID控制器的收益,而保持系统参数和初始条件相同的。
因此通过数值积分,角速度和位移的电机可获得的角加速度。
模拟输出包括定子电流、转子电流,电机角位移、速度和加速度时间的函数。
Servomotor-driver数据用于模拟表1总结了。
以下系统参数已知或为测量值。
计算机仿真是用来调查稳态运行和动态特性的交流伺服使用。
古典π/ PD / PID控制器选项包含在软件准备。
当仿真结果给出了控制器优化机械负荷下的完整实现,性能是可接受的。
这些设置是最初的发现从调整进行了实验研究,并支持的数学模型。
已经有可能去运行仿真与不同的控制器增益设置或观察每个控制器动作的对系统动力影响。
通过改变PID控制器设置很多次。
因为电机摩擦扭矩和其他损失(变速箱等)在系统被忽视,更高的控制器优化值,并应用于仿真。
给出了模拟反应在图2(a)和(b)两梯形运动,在图3(a)和(b)3梯形运动二角位移和速度伺服电机。
因为电机角速率称为常数概要,电机角加速度也没有考虑。
4。
实验结果运动控制程序菜单允许我们执行梯形动,也能停止一个现有的移动。
一个梯形运动编辑轴号码,目的地的位置、最大速度、加速度、和起动流速要求。
当命令执行时,运动参数被发送,执行和运动。
该计划有一个能记录和观察电机运动图形。
在收集数据时,总持续时间轴的位置数据在几秒钟内是被选中的。
数据点之间的时间间隔选择以毫秒为单位，在这里,它被认为是8毫秒。
PID控制器的设计, 在无负载情况下，实现一个步骤的输入的零稳态误差。
实验交流伺服系统加载和卸载例下运作。
图4和图5代表实验结果的梯形运动I和II响应当系统耦合到一个固定的负载。
放大的变量作为数码计数和数量的样品。
梯形运动I作为520个样本,指的是4.16秒整体。
梯形运动II作为覆盖所有的854个样本。
