基于PMSM伺服系统的建模与仿真设计

（总第８５期）基于ＰＭＳＭ伺服系统的建模与仿真设计（蒋明军等）６１２．２ｄ．ｇ轴空间矢量的建模

由于转子永磁体产生的磁链恒定不变，对交流永磁同步电机的电磁转矩的控制最终可归结为对如和ｉ。的控制，当系统要求电机输出某一特定转矩时，只需控制流经定子三相绕组电流的合成磁场与转子磁场正交以提供电机最大扭矩．因此，将定子磁场划分为６个区域，定子合成磁场向量可以由相邻的两个向量合成求得，如图４，合成磁场向量与相邻基准向量的夹角可由转子与定子绕组的夹角口换算解得，如图５．

－ｐ

Ｖ２（ＯｌＯ）Ｖ６（ＩｌＯ）

八Ⅸ口

一Ⅷ呻一

Ｖｌ（００１）Ｖ５（１０Ｉ）

圈４正六边形磁链轨迹

Ｉ诹．４Ｈｅ煳ｇ（ｍａｌｎｕｘｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ

，ｌ

ｒ，

瓦＝ｕＩ

豳５定子合成磁场

Ｈｇ．５Ｓｙｎｔｈｅｔｉ∞Ｉｍａｇｎｃｔｉｃｆｉｅｌｄｏｆｓｔａｔｏｒ

为了方便求解功率开关器件的开通时间，可根据转子磁场与电机定子【，相绕组的夹角并引入调制时间变量进行计算

Ｘ＝Ｔｆ删＊００ｓ（日，＋２７０。），

ｙ＝Ｌ删＊ｃｏｓ（巩＋３３０。），

Ｚ＝Ｌ删＊００ｓ（口，＋２１０。），

建立的功率器件开通时间分量的仿真子模块模型如图６所示．

Ｗｂｒｋｓｐａｃｃ

圈６功率开关分萤仿其便块

ＦＩＢ．６ＳｉｍｕＩａｔｉｏｎ

ｎ划ｕｌｃｏｆｐａｗｅｒ州ｉｔｃｈｉｎＲｃｏｍｐｆｍｅｎｔ

对于功率开关分量的选取是依据转子位置所处的扇区而定的，转子角度扇区计算的仿真模块如图７，Ｎ＝口／３６０。取整，口为转子磁场与电机定子Ｕ相绕组的夹角．

通过转子的位置角度可以计算出定子合成磁场相邻向量的大小，并计算出调制周期内各功率管开关

分量的大小。其仿真子模块模型如图８和图９．

６２测试技术学报２们１年第ｌ期

图７转子位置扇区仿真模块

ｎｇ．７ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｕＩｅｏｆｍｔｏｒｐ碱ｔｉｏｎｓｅｃｔｏｒ

圈８相邻基准向量比重计算仿真模块

Ｆ蟾．８Ｓｉｍｕ－ａｔｉｏｎｎ１０ｄｕｌｅｏｆａｄｊ踟ｌｂａ鸵ｖｅｃｔｏｒｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ睫ｌｃｕｌａｔｉ∞

圈９功率开关器件开通分量仿真模块

Ｆ蜒．９‰ｍｌａｔｉ∞ｎＩ）ｄｕｋｏｆｐ，ｗｅｒｓｗｉｔｃｈｉｎｇｄｅ“ｃｅｑ删哪ｌｌｐ呻∞ｔ

功率开关器件开通分量通过与频率为１０ｌ【｝七的调制三角波进行比较后，通过系统滞环比较产生６路ＰＷＭ调制驱动波形如图１０．

（总第８５期）基于Ｉ，ＭｓＭ伺服系统的建模与仿真设计（蒋明军等）６３

圈１０ＰｗＭ驱动波形仿真模块

啦．１０

ＳｉｍｕＩａｔｉｏｎ

ｒｒｌ（）ｄｕｌｃ

ｏ¨’ｗＭｄｒｉｖｅｗａｖｅｈ）ｍ

２．３控制系统仿真模型

控制系统仿真模型除了由矢量控制模块、ＰｗＭ生成模块组成以外，还包含同步电机检测模块、功率开关模块和ＰｌＬ）调节模块等，其中同步电机检测模块检测出的三相定子电流和电机转速经反馈后，形成电流环和测速环的双闭环控制系统，如图１１．

３

系统仿真

３．Ｉ

系统仿真参数的设置

圈ｌｌ控制系统仿真模型

ｎ窖．Ｉ

ｌ

ｓｉｍｕｌ砒ｉｏｎｍ【）ｄｅｌｏｆ

００ｎｔ

ｍｌ叫ｓｔｅｍ

交流永磁同步电机的参数为：额定功率Ｐ，＝１．８ｋＷ，额定电流Ｊ＝７．５Ａ。额定转速Ｎ＝

１８００

ｒ／ｍｉｎ，电机极对数Ｐ。＝３，定子绕组电阻尺＝１．１Ｑ．定子交轴电感ｏ＝６．５ｍＨ，定子直轴电感Ｌ。＝６．５

ｍＨ。转子磁链缈，＝０．１８Ｗｂ，粘摩擦系数Ｂ＝０．０１５Ｎ?Ｍ?Ｓ，电机转动惯量．『＝０．（）０２

１８ｋｇｍ２．

３．２系统仿真波形

系统仿真时，给定转速５００ｒ／ｍｉｎ，控制系统的调制频率为１０ｋＨｚ，在ｆ＝０时刻启动．负载扭矩ｔ

＝１．５

Ｎ?ｍ．图１２～图２０，图２２，图２４是各参鲢随时间ｆ（ｓ）变化的仿真图，纵坐标表示各仿真参缝，横

测试技术学报２０１１年第ｌ期

坐标表示时间ｆ（ｓ）的变化。．

斌脚罂…

６一

×～

蠢－

●制厦哥

图１２定子三相电流

Ｆ龟．１２

Ｔｈｒｅｅ．ｐｈａ鸵ｃｕｒ姗ｔ

ｏｆ

ｓｔａｔｏｒ

圈１４功率开关器件导通时间

Ｆ豫．１４

Ｔｉ眦ｏｆｐａｗｃｒ洲ｉｔｃｈ堍ｄｅｖｉｃｅ（）ｐ咖ｅｄ

圈１６同步电机定子绕组线电压波形

Ｆ培．１６

Ｌｉ眦ｖ０Ｉｔ耀ｅｗａｖｅｆａｎｎｏｆｓｙｎｃｈ删１０曝ｍｏｔｏｒ

ｓ协ｔｏｒ

３．３系统仿真分析

圈１３转子所处扇区

ｎｇ．１３

ｓｅｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅ

ｒｏｔｏｒ

圈１５相邻基准向量

№．１５删ａ唧ｔ

ｂａ辩ｖｅｃｔｏｒ

圈１７电流反馈ｂ和ｆ。

啦．１７（）Ｉ咖ｔ矧ｂａｃｋ

０ａｎｄ

ｆ口

１）从图１８和图１９控制系统的速度（ｒ／ｍｉｎ）随时间ｆ（ｓ）的输出曲线可以看出，交流同步电机由于机械时间常数和电气时间常数很接近，系统运行时易产生振荡．因此，控制系统需加深度电流负反馈以减少电机电气时间常数，避免控制系统振荡．但是如果电流反馈过深会造成控制系统动态响应变差．因此，应根据实际系统进行反馈深度调节．

２）从图２０相电流（Ａ）滤波波形随时间￡（ｓ）变化可以看出，由于控制系统在低速运行时，定子电流很小，由电流采样模块采样的电流波形畸变较大，因此，需要进行电流滤波，根据控制系统的额定转速可知，电流的频率最大为９０Ｈｚ，仿真系统进行了滤波设计如图２ｌ。滤波频率为５００

Ｈｚ．

（总第８５期）基于ｆ】ＭｓＭ伺服系统的建模与仿真设计（蒋明军等）６５

蔼

鼍

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蟋删罂《也｝盂蜊麓碘鲻髂薛

霹１１ｌ

圈１８无电流环的速度输出

Ｈｇ．１８Ｔｈｃｖｅｋ）ｃｉｔｙ０ｕｔｐｕｔｏｆｎｏｎ－ｃｕｒｒｃｎｔｌ∞ｐ

田２０相电流滤波波形

ｎ墨．２０Ｐｈａ鸵ｃｕｒｒ印ｔｆｉｌｌｅｒｉｎｇｗａｖｅｆｏｒｎｌ

圈２２仿真系统驱动波形

ｎＺ．２２Ｄｎｖｅｗａｖｅ０ｆｓｉｍｕＩａｔｉ∞ｓｙｓｔ咖

３）从图２２，图２３驱动波形（ｖ）随时间ｆ（５）变化可以看出，控制系统ＰｗＭ驱动波形没有受到干扰，但在实际系统中，由于高压功率开关器件的频繁开通和关断，造成功率器件驱动波形在开通和关断瞬间驱动电压蹦升和功率器件导通和关断时序紊乱，如图２３。这些都是仿真无法模拟的，因此，需要在实际系统中进行调试．

４）图２４为控制系统的力矩（Ｎ?ｍ）输出波形随时间￡（ｓ）的变化，其力矩输出波形平稳度很好，但是在实际控制系统中，由于减速机构的｜．ＨＪ隙和摩擦

．蕃

鼍

啦

趟

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阜

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掣

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圈１９加电流环的速度输出

ｎｇ．１９Ｔｈｃｖｅｋｉｔｙｏｕｔｐｕｔｏｆｉｎｃ啪嘶ｎｇｃｕｒｒｅｎｔｋ砷

田２ｌ电流滤波模型

ｎｇ．２ｌ

Ｃｕｒ唧ｔｆｉＩｔｅｒｉｎｇｍ。ｄｕＩｅ

田２３实际系统驱动波形

№．２３Ａｃｔｕａｌｓｙｓｔ锄ｄｒｉｖｅｗａｖｅｆ０册

圈２４控制系统的力矩输ｆｌ｛波形

ｎ譬．２４Ｍ‘肌ｅｎｌ（）ｕｔｐｕｔｗａｖｃ“）ｎＴｌｏｆａｍｔ代Ｊｌ

ｓ”ｔ啪

基于PMSM伺服系统的建模与仿真设计

作者：蒋明军， 张学松， 盖绍凤， 刘斌， 苗秋实， JIANG Mingjun， ZHANG Xuesong， GAI Shaofeng， LIU Bin， MIAO Qiushi

作者单位：中国兵器工业201所信息与控制技术部,北京,100072

刊名：

测试技术学报

英文刊名：JOURNAL OF TEST AND MEASUREMENT TECHNOLOGY

年，卷(期)：2011,25(1)

参考文献(10条)

1.胡寿松自动控制原理 1994

2.薛定宇反馈控制系统设计与分析-MATLAB语言应用 2000

3.姚东;王爱民MATLAB命令大全 2000

4.Scatter P K;Starker K Control of an inverter fed synchronous machine by estimated pole position 1988

5.Sepe R B;Lang J H Real-time observer-based(adaptive)control of a permanent magnet synchronous motor without mechanical sensors 1992

6.Bolognani S;Oboe R Sensorless full-digital PMSM drive with EKF estimation of speed and rotor position[外文期刊] 1999(01)

7.Murai Y;ohashi K New PWM method for fully digital inverters 1997

8.李永东交流电机数字控制系统 2002

9.王晓明;王玲电动机的DSP控制-TI公司DSP应用 2004

10.郭庆鼎;王成元交流伺服系统 1994

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/7018053705.html,/Periodical_hbgxycsjsxb201101011.aspx

伺服系统设计.

辽宁工程技术大学《电力拖动自动控制系统》课程设计 目录 1、前言 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计内容 (1) 2、伺服系统的基本组成原理及电路设计 (2) 2.1伺服系统基本原理及系统框图 (2) 2.2 伺服系统的模拟PD+数字前馈控制 (4) 2.3 伺服系统的程序 (6) 3、仿真波形图 (9) 结论 (12) 心得与体会 (13) 参考文献 (14)

1、前言 1.1设计目的 1、使学生进一步掌握电力拖动自动控制系统的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力； 2、使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力； 3、熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。 1.2设计内容 1、分析和设计具有三环结构的伺服系统，用绘图软件（matlab）画原理图还有波形图； 2、分析并理解具有三环结构的伺服系统原理。

2、伺服系统的基本组成原理及电路设计 2.1伺服系统基本原理及系统框图 伺服系统三环的PID控制原理: 以转台伺服系统为例,其控制结构如图2-1所示,其中r为框架参考角位置输入信号, 为输出角位置信号. 图2-1 转台伺服系统框图 伺服系统执行机构为典型的直流电动驱动机构,电机输出轴直接与负载-转动轴相连,为使系统具有较好的速度和加速度性能,引入测速机信号作为系统的速度反馈,直接构成模拟式速度回路.由高精度圆感应同步器与数字变换装置构成数字式角位置伺服回路. 转台伺服系统单框的位置环,速度环和电流环框图如图2-2,图2-3和图2-4所示. 图2-2 伺服系统位置环框图 图2-3 伺服系统速度环框图

液压缸结构设计

摘要 液压缸是液压系统中最广泛应用的一种液压执行元件。液压缸是将液压泵输出的压力能转换为机械能的执行元件,它主要是用来输出直线运动。 液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要是利用液体的动能来传递能量。由于液压传动有许多突出的优点，因此，它被广泛地应用于机械制造、工程建筑、石油化工、交通运输、军事器械、矿山冶金、轻工、农机、渔业、林业等各方面。同时，也被应用到航天航空、海洋开发、核能工程和地震预测等各个工程技术领域。 本文对液压缸参数化设计方法进行深入系统的研究,建立液压缸CAD原型软件系统,主要研究成果如下: 1.系统分析液压缸工作原理的基础上,归纳了液压缸的工作形式及主要安装形式。在分析液压缸主要部件结构特点的基础上,建立了基于装配的面向对象液压缸产品设计模型; 2.研究面向制造的产品特征建模技术,基于产品建模方法和面向对象技术,建立了基于特征的液压缸产品模型。研究了适用于液压缸参数化设计的标准件库建模方法及数据库建模技术,并据此建立了液压缸参数化数据库模型及基于装配的液压缸参数化模型; 3.建立液压缸参数化CAD系统模型,基于商用CAD软件,开发了液压缸参数化CAD软件原型系统。 关键词：液压缸；液压泵；液压传动；液力传动

Hydraulic cylinders are one of the hydraulic action components, which are widely used to transfer hydraulic power produced by pump to mechanical power with the manner of straight movement. Hydraulic transmission hydraulic transmission and are based on the liquid as energy transfer medium to the drive. Mainly the use of hydraulic fluid to transmit pressure to energy; and hydraulic transmission is mainly used to transfer the kinetic energy of liquid energy. As a result of hydraulic many prominent advantages, therefore, it is widely used in machine building, construction, petrochemical, transportation, military equipment, mine metallurgy, light industry, agricultural, fisheries, forestry and so on. At the same time, also be applied to aerospace, marine development, nuclear engineering and earthquake prediction in various fields of engineering and technology. In this paper, the parameters of the hydraulic cylinder design of the system to conduct in-depth research, the establishment of hydraulic cylinder CAD prototype software system, the main research results are as follows: 1. The working principle of hydraulic cylinder systems analysis on the basis of summed up the work of the form of hydraulic cylinder and the major form of installation. Analysis of hydraulic cylinders in the structural characteristics of the main components on the basis of the assembly based on object-oriented model of product design of hydraulic cylinder; 2. Research-oriented products feature modeling, product modeling based on object-oriented methods and technology, based on the characteristics of the hydraulic cylinder product model. Studied for parametric design of hydraulic cylinder of standard parts library and database modeling modeling techniques, and accordingly established a database of hydraulic cylinder model parameters and the hydraulic cylinder assembly based on the model parameters; 3. To establish fluid pressure cylinder of CAD system model parameters, based on the commercial CAD software, has developed a hydraulic cylinder Parametric CAD software prototype system. Key words：Hydraulic cylinder; hydraulic pump; hydraulic transmission; hydraulic transmission

通信系统建模与仿真课程设计

通信系统建模与仿真课程设计2011 级通信工程专业1113071 班级 题目基于SIMULINK的基带传输系统的仿真姓名学号 指导教师胡娟 2014年6月27日

1任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2基带系统的理论分析 1.基带系统传输模型和工作原理 数字基带传输系统的基本组成框图如图1 所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。 g T(t) n 定时信号 图 1 ：数字基带传输系统方框图 发送滤波器进一步将输入的矩形脉冲序列变换成适合信道传输的波形g T(t)。这是因为矩形波含有丰富的高频成分，若直接送入信道传输，容易产生失真。 基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声n(t)和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波形g R(t)与发送的波形g T(t)具有较大差异。 接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻（由定时脉冲cp控制）进行抽样，获得抽样信号{r n}，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。 2.基带系统设计中的码间干扰和噪声干扰以及解决方案

液压缸设计计算

第一部分 总体计算 1、 压力 油液作用在单位面积上的压强 A F P = Pa 式中： F ——作用在活塞上的载荷，N A ——活塞的有效工作面积，2 m 从上式可知，压力值的建立是载荷的存在而产生的。在同一个活塞的有效工作面积上，载荷越大，克服载荷所需要的压力就越大。换句话说，如果活塞的有效工作面积一定，油液压力越大，活塞产生的作用力就越大。 额定压力（公称压力） PN,是指液压缸能用以长期工作的压力。 最高允许压力 P max ，也是动态实验压力，是液压缸在瞬间所能承受的极限压力。通常规定为：P P 5.1max ≤ MPa 。 耐压实验压力P r ，是检验液压缸质量时需承受的实验压力，即在此压力下不出现变形、裂缝或破裂。通常规定为：PN P r 5.1≤ MPa 。 液压缸压力等级见表1。 2、 流量 单位时间内油液通过缸筒有效截面的体积： t V Q = L/min 由于310?=At V ν L 则 32104 ?= =νπ νD A Q L/min 对于单活塞杆液压缸： 当活塞杆伸出时 32104 ?= νπ D Q 当活塞杆缩回时 32210)(4 ?-=νπ d D Q 式中： V ——液压缸活塞一次行程中所消耗的油液体积，L ；

t ——液压缸活塞一次行程所需的时间，min ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m ； ν——活塞运动速度，m/min 。 3、速比 液压缸活塞往复运动时的速度之比： 2 2 2 12d D D v v -==? 式中： 1v ——活塞杆的伸出速度，m/min ； 2v ——活塞杆的缩回速度，m/min ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。 计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。 4、液压缸的理论推力和拉力 活塞杆伸出时的理推力： 626 11104 10?= ?=p D p A F π N 活塞杆缩回时的理论拉力： 6226 2210)(4 10?-= ?=p d D p F F π N 式中： 1A ——活塞无杆腔有效面积，2 m ； 2A ——活塞有杆腔有效面积，2m ； P ——工作压力，MPa ； D ——液压缸缸径，m ； d ——活塞杆直径，m 。 5、液压缸的最大允许行程 活塞行程S ，在初步确定时，主要是按实际工作需要的长度来考虑的，但这一工作行程并不一定是油缸的稳定性所允许的行程。为了计算行程，应首先计算出活塞的最大允许计算长度。因为活塞杆一般为细长杆，由欧拉公式推导出： k k F EI L 2π= mm 式中：

实验七-对汽车控制系统的设计与仿真

实验七 对汽车控制系统的设计与仿真 一、实验目的： 通过实验对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，掌握控制系统性能的分析和仿真处理过程，熟悉用Matlab 和Simulink 进行系统仿真的基本方法。 二、实验学时：4 个人计算机，Matlab 软件。 三、实验原理： 本实验是对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，其方法是先对汽车运动控制系统进行建摸，然后对其进行PID 控制器的设计，建立了汽车运动控制系统的模型后，可采用Matlab 和Simulink 对控制系统进行仿真设计。 注意：设计系统的控制器之前要观察该系统的开环阶跃响应，采用阶跃响应函数step( )来实现，如果系统不能满足所要求达到的设计性能指标，需要加上合适的控制器。然后再按照仿真结果进行PID 控制器参数的调整，使控制器能够满足系统设计所要求达到的性能指标。 1. 问题的描述 如下图所示的汽车运动控制系统，设该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反，这样，该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。 根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示为： ? ??==+v y u bv v m & 系统的参数设定为：汽车质量m =1000kg ， 比例系数b =50 N ·s/m ， 汽车的驱动力u =500 N 。 根据控制系统的设计要求，当汽车的驱动力为500N 时，汽车将在5秒内达到10m/s 的最大速度。由于该系统为简单的运动控制系统，因此将系统设计成10％的最大超调量和2％的稳态误差。这样，该汽车运动控制系统的性能指标可以设定为： 上升时间：t r <5s ； 最大超调量：σ％<10％； 稳态误差：e ssp <2％。 2、系统的模型表示

系统建模与仿真

一、基本概念 1、数字正弦载波调制 在通信中不少信道不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓数字正弦载波调制。 2、数字正弦载波调制的分类。 在二进制时, 数字正弦载波调制可以分为振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种基本信号形式。如黑板所示。 2、高斯白噪声信道 二、实验原理 1、实验系统组成 2、实验系统结构框图

图 1 2FSK信号在高斯白噪声信道中传输模拟框图 各个模块介绍p12 3、仿真程序 x=0:15;% x表示信噪比 y=x;% y表示信号的误比特率，它的长度与x相同FrequencySeparation=24000;% BFSK调制的频率间隔等于24KHz BitRate=10000;% 信源产生信号的bit率等于10kbit/s SimulationTime=10;% 仿真时间设置为10秒SamplesPerSymbol=2;% BFSK调制信号每个符号的抽样数等于2 for i=1:length(x)% 循环执行仿真程序 SNR=x(i);% 信道的信噪比依次取中的元素 sim('project_1');% 运行仿真程序得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中 y(i)=mean(BitErrorRate); end hold off% 准备一个空白的图 semilogy(x,y);%绘制的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标 三、实验结论

图 4 2FSK信号误比特率与信噪比的关系曲线图 系统建模与仿真（二） ——BFSK在多径瑞利衰落信道中的传输性能 一、基本概念 多径瑞利衰落信道 二、实验原理 1、实验系统组成

自整角机伺服系统的设计与仿真

四川师范大学本科毕业设计伺服系统的设计与仿真 学生姓名叶峻嘉 院系名称工学院 专业名称电子工程及其自动化 班级2008 级 2 班 学号2008180243 指导教师杨楠 完成时间2012年 5 月 15 日

伺服系统的设计与仿真 姓名：叶峻嘉指导教师：杨楠 内容摘要：伺服广义上是指用来控制被控对象的某种状态或某个过程，使其输出量能自动地、连续地、精确地复现或跟踪输入量的变化规律。其控制行为的主要特征表现为输出“服从”输入，输出“跟随”输入（为此伺服系统也叫做随动系统）。本设计选择以自整角机为检测元件的伺服系统为具体研究对象。系统包括以下几个环节：自整角机、相敏整流器、可逆功率放大器、执行机构及减速器。基于上述模型，本文通过具体实例分析了系统的稳定性、动态性能，并对系统的误差进行了简单分析，指出各种误差来源并写出具体表达式和数学关系，并针对性地提出了有效校正方案并采用串联校正装置进行仿真分析，结果表明校正后的系统总体工作稳定可靠，指标满足设计要求。 关键词：MATLAB 自整角机伺服系统动态性能仿真分析

Design and simulation of the servo system Abstract：Servo broadly refers to the variation used to control the controlled object in a state or a process, so that output can automatically,continuously and accurately reproduce or track the variation of the input.The main features of the control behavior for the output "obey" input and output follow theinput (this servo system is also called servo systems).This design choice selsyn for the detection of components for the specific object of study to servo system. The system consists of the following links: synchro, the phase-sensitive rectifier, reversible power amplifier, implementing agencies and reducer. Based on the above model, through concrete examples and analysis ofsystem stability,dynamic performance, and system errors, a simple analysis, pointing outthe various sources of error and write specific expression and mathematical relationships, and puts forward effective correction programs and using the regulatorto simulate and analyze the results show that the overall system stable and reliableindicators to meet the design requirements. Keywords: MATLAB Synchro Servo System Dynamic Correction SimulationAnalysis

控制系统设计与仿真实验报告

阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 控制系统设计与仿真上机实验报告 学院：自动化学院 班级：自动化 姓名： 学号： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 一、第一次上机任务 1、熟悉matlab软件的运行环境，包括命令窗体，workspace等，熟悉绘图命令。 2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激

下响应的数值解。 2?，??n10?0.5,??(s)G n22?????2ss nn3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。 2?，，??5T?n100.5,???Gs)( n22???1)?s(?2s)(Ts?nn4、自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。 程序代码如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

;曲线如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 二、第二次上机任务 试用simulink方法解微分方程，并封装模块，输出为。得到各、1x i 状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。 ?x?x??xx?3121? ??xx?x???322 ??xx?xx??x??32321参数入口为的值以及的初值。（其中，以及??????x28?10,?8/,,3,?i1模块输入是输出量的微分。）初值分别为提示：0.001xxx?0,?0,?312s:Simulink

系统建模与仿真项目驱动设计报告

系统建模与仿真项目驱动设计报告 学院：电气工程与自动化学院 专业班级：自动化143班 学号：2420142928 学生姓名：李荣 指导老师：杨国亮 时间：2016年6月10号

仿真技术是一门利用物理模型或数学模型模拟实际环境进行科学实验的技术，具有经济、可靠、实用、安全、灵活和可多次重复使用的优点。 本文中将使用Matlab软件实现一个简单的控制系统仿真演示，可实现对一些连续系统的数字仿真、连续系统按环节离散化的数字仿真、采样控制系统的数字仿真以及系统的根轨迹、伯德图、尼克尔斯图和奈氏图绘制。 本设计完成基本功能的实现，基于Matlab的虚拟实验仿真的建立和应用，培养了我们的兴趣，提高了我们的实践能力。 关键字：Matlab；系统数字仿真；根轨迹；伯德图。

第一章概述 (4) 1.1 设计目的 (4) 1.2 设计要求 (4) 1.3设计内容 (4) 第二章 Matlab简介 (6) 2.1 Matlab的功能特点 (6) 2.2 Matlab的基本操作 (6) 第三章控制系统仿真设计 (8) 3.1 控制系统的界面设计 (8) 3.2 控制系统的输入模型设计 (9) 3.3 欧拉法的Matlab实现 (12) 3.4 梯形法的Matlab实现 (14) 3.5 龙格-库塔法的Matlab实现 (15) 3.6 双线性变换法的Matlab实现 (16) 3.7 零阶保持器法的Matlab实现 (17) 3.8 一阶保持器法的Matlab实现 (18) 3.9 系统PID控制的Matlab实现 (19) 3.10 系统根轨迹的绘制 (21) 3.11系统伯德图的绘制 (22) 3.12系统尼克尔斯图的绘制 (23)

电液伺服控制系统的设计

。 电液伺服控制系统的设计与仿真 引言 电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、控制精确性高等突出优点，因而在航空航天、军事、冶金、交通、工程机械等领域得到广泛应用。随着电液伺服阀的诞生，使液压伺服技术进入了电液伺服时代，其应用领域也得到广泛的扩展。随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高，传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。因此，利用AMESim、Matlab／Simulink等仿真软件对电液伺服控制系统进行动态仿真，对于改进系统的设计以及提高液压系统的可靠性都具有重要意义。 1 液压系统动态特性研究概述 随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。 液压系统动态特性简述 … 液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。系统动态特性主要表现为稳定性（系统中压力瞬间峰值与波动情况）以及过渡过程品质（执行、控制机构的响应品质和响应速度）问题。 液压系统动态特性的研究方法主要有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。数字仿真法是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种方法。先是建立液压系统动态过程的数字模型——状态方程，然后在计算机上求出系统中主要变量在动态过程的时域解。该方法适用于线性与非线性系统，可以模拟出输入函数作用下系统各参变量的变化情况，从而获得对系统动态过程直接、全面的了解，使研究人员在设计阶段就可预测液压系统动态性能，以便及时对设计结果进行验证与改进，保证系统的工作性能和可靠性，具有精确、适应性强、周期短以及费用低等优点。 仿真环境简介 基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境，它在众多领域得到广泛应用。Simulink借助Matlab的计算功能，可方便地建立各种模型、改变仿真参数，有效解决了仿真技术中的问题。Simulink提供了交互的仿真环境，既可通过下拉菜单进行仿真，也可通过命令进行仿真。虽然Simulink提供了丰富的模块库，但是在Matlab／Simulink下对液压系统进行建模及仿真需要做很多简化工作，而模型的简化使得仿真结果往往出现一定的误差。AMESim (Advanced Modeling Environment for Simulation of Engineering Systems)是法国IMAGINE公司开发的一套高级仿真软件。它是一个图形化的开发环境，用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析。AMESim的特点是面向工程应用从而使其成为

毕业设计 三级液压缸的设计与仿真

工程机械用三级液压缸的设计与仿真 摘要 本课题是工程机械用三级液压缸的设计与仿真，液压缸的设计包括系统工作压力的选定、液压缸内径和外径的确定、活塞杆直径和活塞直径的确定、液压缸壁厚的计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定、缓冲装置的计算以及活塞杆稳定性的验算。本设计应用经验设计法和计算机辅助工程技术完成，先依据经验公式计算，确定了液压缸安装方案，设计了液压缸活塞及活塞杆尺寸参数，校核匹配的连接螺栓、销轴等。最后用绘图软件CAD完成液压缸装配图，运用solidworks进行运动仿真并分析。 通过对三级液压缸的运动仿真与分析，证明本设计的合理性和可行性。降低设计成本，减少产品开发时间。使毕业生进一步熟悉产品设计开发流程，熟练操作设计软件，为其以后工作打下坚实的基础。 关键词：工程机械、三级液压缸、设计、仿真

工程机械用三级液压缸的设计与仿真 Abstract This is the subject of construction machinery design and simulation of three hydraulic cylinders including the working pressure of the system is selected, the hydraulic cylinder inner diameter and outer diameter of the piston rod and the piston diameter, diameter determination, hydraulic cylinder wall thickness calculation to determine the thickness of the cylinder block, cylinder head, length, buffer device is calculated and the piston rod stability checking. Design and application of the experience design method and computer aided engineering technology, according to the empirical formula, determine the hydraulic cylinder installation project, design of hydraulic cylinder piston and piston rod size parameters, check matching bolt, pin. Finally with the drawing software CAD complete hydraulic cylinder assembly drawing,Using solidworks motion simulation and analysis Through the three cylinder motion simulation and analysis demonstrate that the design is reasonable and feasible. Reduce design costs, reduce product development time. Enables graduates to become more familiar with product design and development process, proficiency in design software for its future work to lay a solid foundation. Key words: Construction machinery、Three hydraulic cylinders、Design、Simulation

MATLAB控制系统与仿真设计

MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127

指导教师：杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真

银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师

目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。

电力系统建模及仿真课程设计

某某大学 《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告 题目：基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师

摘要：本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。 电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。 关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems - 1 - 目录 一、引言 ............................................ - 3 -

基于Matlab_Simulink的伺服系统仿真.pdf

·90· 长江大学学报(自科版)理工卷2007年12月第4卷第4期Journal of Yangtze University ( Nat Sci Edit) Sci & Eng V Dec12007 , Vol14 No14 基于Matlab/ Simul ink的伺服系统仿真 韩皓,申祖武(武汉理工大学机电学院,湖北武汉430070) [ 摘要] 在 Matlab/ Simulink 环境下 , 设计和组合了交流同步伺服电机、dq 坐标系向 abc 坐标系转换、三 相电源逆变器、位置调节器、速度调节器和电流调节器各模块,并在此基础上构建了交流同步伺服系统 的位置、速度和电流3闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制方法的有效性,为交流同步伺服系统的设 计提供了理论依据。 [ 关键词] 交流同步伺服电机; 模块; 仿真; 闭环 [ 中图分类号] TP391 9 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1673 1409 (2007) 04 N090 03 随着近年来电力电子工业和计算机技术的迅速发展,交流伺服系统正广泛应用于工业生产的各个领域。为了满足高性能传动的需要,必须对位置进行精确控制。在设计伺服系统的过程中,使用Matlab/ Simulink 可以对设计方案进行验证 1 ,大大减少系统的开发周期[ 1 ] ;郝军等在2 Simulink环境下对异步电 22 机矢量变频调速系统进行仿真[ 2 ],表明Simulink可作为电机仿真中的一种方便、快捷、有效的工具; 刘永飘等在Matlab/ Simulink下设计永磁交流伺服系统的仿真模型并进行了仿真研究[ 3 ],验证了该仿真模型的有效性;杨平等在Matlab/ Simulink环境下构建了永磁同步电机控制系统的速度和电流双闭环仿真模型,并进行了仿真研究[ 4 ]。笔者论述了永磁同步电机伺服系统的设计,给出了电流、速度和位置等 调节器的设计方法,根据坐标变换公式设计了坐标变换模块,根据脉宽调制( PWM)的原理以及要求设计了逆变器模块,提高了系统的控制性能。 1 交流电机的数学模型 三相交流电动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。根据定、转子电压方程和磁链方程, 电机的运动方程和转矩方程以及一般假定,交流电机数学模型的微分方程如下[ 5 ,6 ]: 在 d i + ω5 L 1 n p i T 5 L J dωω = d θ U = Ri + L i i = T L + ( 1) 5 5 d t n p d t d t θ 2 θ 式中, U为电枢电压; i为电枢电流; R为电枢绕组电阻; L为电枢电感; T L为负载转矩;ω为转速; n p为电机极对数; J为转动惯量;θ为角位移。 2 基于 Matlab 的交流伺服模型 Matlab/ Simulink 环境下 , 利用 PSB 模块库 , 在分析永磁同步电机的数学模型的基础上 , 建立了交流伺服系统仿真模型,系统的整体控制框图如图1所示。系统采用3闭环控制的方法,包括位置环、速度环和电流环。采用这种3闭环的控制方法,可以使系统的控制性能更加优异。