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《现代数字伺服系统及应用》 姓 名： 学 号： 专 业： 学 院： 指导教师： 2017 年6 月 现代数字伺服系统及应用实验报告 一、实验目的 通过实验深入理解伺服系统的系统结构及工作原理，掌握伺服系统的位置控制器设计与 系统调试方法。 二、实验内容及结果 1. 系统理论分析 （1）永磁电动机 永磁同步电动机 （PMSM ）是由电励磁三相同步电动机发展而来。它用永磁体代替了电 励磁系统，从而省去了励磁线圈、集电环和电刷，而定子与电励磁三相同步电动机基本相同， 所以称为永磁同步电动机。 （2 ）矢量控制 在永磁同步电动机的控制方法中，目前矢量控制方案是使用最广泛的。矢量控制的基本 思想是模拟直流电机的控制方法，将磁链与转矩通过坐标转换，进行解耦，形成以转子磁链 定向的两相参考坐标系，这样就可以将交流电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调 速系统的静、动态性能。矢量控制的优点是能精确地实现转速控制并具有良好的转矩响应。 但是矢量控制的前提是获得转子磁场的准确位置，通常情况下通过安装转子位置传感器来获 得转子磁场的准确位置。 对永磁电动机的矢量控制方式通常分为两种，一种是电压控制（SVPWM），另一种是 电流滞环控制(HCC) 。本系统采用的是电流滞环控制。电流滞环控制的目的是使三相定子电 流严格跟踪给定电流信号。为了获得平稳的转矩，定子各相电流应是互相平衡、随转子位置 正弦变化的。常规的电流滞环控制是将给定电流信号与实际检测的逆变器输出电流信号相比 较，若实际电流值较大，调节逆变器开关状态使之减小；若实际电流值较小，调节逆变器开 关状态使之增大。 在本系统中，位置信号指令与检测到的转子位置相比较，经过位置控制器的调整，输出 速度指令信号，速度指令信号与检测到的转子速度信号相比较，经速度调节器的调节，输出 控制转矩的电流分量 iq，电流分量信号iq 经过坐标变换输出后，与电机实际电流分量iabc 比较，再经PWM 逆变器，输出三相电压，驱动电机工作。 2. 伺服系统实验 如图 2. 1 为基于 MATLAB/SimPowerSystems 的 PMSM 电机模型搭建伺服系统 （Matlab2014a ）； 1 图2.1 三相永磁同步电机矢量控制仿真框图 三相永磁同步电机矢量控制仿真框图如图 2. 1 所示。图中第一个PID 控制器是位置环 PI 控制器，图中第二个PID 控制器为速度环PI 控制器，根据电机实际速度及给定速度来确 定电流转矩分量；PWM 模块采用电流滞环控制(如图2.2) ，使电机实际电流跟随给定电流变 化，具体实现如图2.3；模块dq2abc 实现2r ／3s 变换，具体实现如图2.4，其中函数模块Fcn 、 Fcnl 和Fcn2 一起实现2r ／3s 变换；PMSM 模块为MATLAB 提供了永磁同步电机模型，它 的参数设置如图2.5 。 图2.2 电流滞环控制模块 图2.3 PWM inverter 模块 2 图2.4 dq2abc 实现2r ／3s 变换模块 3.控制方式选定及仿真结果分析 图2.5 PMSM 模块参数 三、结果分析 PID 控制器由比例单元P、积分单元I 和微分单元D 组成。通过Kp，Ki 和Kd 三个参 数的设定。这个控制器