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1、学号： 常 州 大 学 毕业设计（论文）（2012届）题 目 学 生 学 院 专业班级 校内指导教师 专业技术职务 校外指导老师 专业技术职务 二一二年六月二质量伺服系统的PID仿真控制摘 要：PID控制是最早发展起来的控制策略之一, 由于其算法简单、稳定性能好、可靠性高, 能为许多控制对象提供比较满意的控制性能, 被广泛应用于过程控制和运动控制中, 尤其是用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。伺服系统可视为由电机、纯惯性负载以及联结二者的等效传递轴所组成的三质量系统。考虑到传动轴的转动惯量相对于负载的转动惯量而言很小,而且其质量分布在轴的长度上,因此可以忽略,于是三质量系统可以简化为二质量
2、系统。本文对二质量伺服系统的PID控制进行了仿真研究。在Simulink仿真环境中对二质量伺服系统进行仿真。最终仿真结果表明：二质量伺服系统PID控制具有无超调、 响应快且较好的稳定性的特点,能够有效地克服动态误差和缩短调节过程时间。关键词：二质量伺服系统；PID控制；simulink仿真PID simulation of two-mass servo system controlAbstract：PID control is one of the earliest developed controlstrategy.Due to its simple algorithm, good stab
3、ility and high reliability, it can provide many of the control object with satisfactory control performance.It is widely used in process control and motion control ,particularly to establish a precise mathematical model of the deterministic control system.The motor servo system can be seemed as a th
4、ree quality system composed of a motor，a pure inertia load and equivalent transfer axis which links the motor and the load.Taking into account the moment of inertia of the drive shaft is very small for the load moment of inertia and its mass distribution is on the length of the shaft, it can be igno
5、red.So three-mass system can be simplified to two quality systems.This article expounds a simulation study on PID control of the servo system of the two quality.Simulate the servo system of the two quality by Simulink.The final simulation results show that PID control of servo system of two quality
6、has the characteristics of no overshoot, fast response and better stability.And it can effectively overcome the dynamic error and shorten the time of the adjustment process.Key words: servo system of two quality ;PID control;simulink摘要目次1 绪论11.1 伺服系统简介11.1.1 伺服系统的概念11.1.2 伺服系统的应用11.1.3伺服系统的发展31.1.4
7、伺服系统控制策略简介61.2 二质量伺服系统简介61.3 本课题的主要研究工作72 PID控制简介72.1 PID控制概述72.2 PID控制算法82.3 PID调节方法112.4 PID控制的实现123 simulink仿真模型简介133.1 simulink概述133.2 simulink模块143.2.1 Simulink模块及功能说明143.2.2 Simulink模块的操作203.3 Simulink子系统的生成方法224 二质量伺服系统的PID仿真控制244.1 模型的建立244.1.1 电机-传动轴-负载模型建立244.1.2二质量伺服系统模型建立254.2 仿真结果及分析265
8、 展望29参考文献30致谢31I常州大学本科生毕业论文1 绪论1.1 伺服系统简介1.1.1 伺服系统的概念 伺服系统是机电产品中的重要环节，其控制性能反映了机电设备的控制质量。本文介绍了伺服技术的发展过程、技术特点和相关技术的发展，并具体阐述了伺服系统的应用及发展趋势。伺服系统在机电设备中具有重要的地位，高性能的伺服系统可以提供灵活、方便、准确、快速的驱动。随着技术的进步和整个工业的不断发展，伺服驱动技术也取得了极大的进步，伺服系统已进入全数字化和交流化的时代1。1.1.2 伺服系统的应用随着市场竞争的日趋激烈，用户对所需产品提出了更高的技术要求和更合理的性能价格比。伺服系统以其出色的性能满
9、足了各种产品制造厂家近乎苛刻的要求，从而能够对产品的加工过程、加工工艺和综合性能进行改造。在机电一体化设备上伺服系统的使用更加广泛，几乎工业生产的所有领域都成为伺服系统的应用对象。表1列出了伺服系统的主要应用领域。由于伺服驱动产品在工业生产中的应用十分广泛，市场上的相关产品种类很多，从普通电机、变频电机、伺服电机、变频器、伺服控制器到运动控制器、单轴控制器、多轴控制器、可编程控制器、上位控制单元乃至车间级和厂级监控工作站等一应俱全。对于用户而言可以很方便地根据实际需要灵活选用。 （1）伺服电机 随着永磁材料制造工艺的不断完善，新一代的伺服电机大都采用了最新的Nd2Fe14B1（铷铁硼）材料，该
10、材料的剩余磁密、矫顽力、最大磁能积均好于其他永磁材料，再加上合理的磁极、磁路及电机结构设计，大大地提高了电机的性能，同时又缩小了电机的外形尺寸。新一代的伺服电机大都采用了新型的位置编码器，这种位置编码器的信号线数量从9根减少到5根，并支持增量型和绝对值型两种类型，通信速率达4M/s，通信周期为62.5s，数据长度为12位，编码器分辨率为20bit/rev，即每转生成100万个脉冲，最高转速达6000r/min，编码器电源电流仅为16A。 伺服电机按照容量可以分为超小型（MINI型）、小容量型、中容量型和大容量型。超小容量型的功率范围为10W到20W，小容量型的功率范围为30W到750W，中容量
11、型的功率范围为300W到15KW，大容量型的功率范围为22KW到55KW。伺服电机的供电电压范围从100V到400V（单相/三相）。 （2）伺服控制单元 传统的模拟控制虽然具有连续性好、响应速度快及成本低的优点，但也有难以克服的缺点，如系统调试困难，容易受到环境温度变化的影响而产生漂移，难以实现柔性化设计，缺乏实现复杂计算的能力，无法实现现代控制理论指导下的控制算法等。所以现代伺服控制器均采用全数字化结构，伺服控制系统的主要理论也采用了现代的矢量控制思想，它实现了电流向量的幅值控制和相位控制。为了提高产品的性能，新一代的伺服控制器采用了多种新技术、新工艺。如安川公司的伺服控制器就采用了许多新的
12、技术手段来提高其产品的性能，其中主要有以下几个方面。 1）在电流环路中采用了dq轴变换电流单元，在新的控制方式中，主CPU的运算量得以减少，通过硬件来进行电流环控制，即将控制算法固化在LSI专用硬件环路中。通过采用高速的dq轴变换电流单元，使电流环的转矩控制精度有了进一步的提高。使用dq轴变换电流控制，实现了在稳态运行及瞬态运行时均能保持良好的性能。2）采用了脉冲编码器倍增功能，新的控制算法使位置控制的整定时间缩短为原来的三分之一。3）速度控制环采用速度实时检测控制算法，使电机的低速性能得到进一步提高，速度波动和转矩波动降到最低。采用在线自动设定功能，使伺服系统的调试时间缩短，操作更加简单。4）为了使用户更加灵活地使用伺服系统，一些产品上增加了可扩展性以及柔性化、开放性设计。用户可以通过修改内部参数，选择控制算法，或者使用高级语言进行编程，更加灵活的使用伺服产品。5）采用主回路与控制回路进行电气隔离的结构，使操作及故障检测更加方便安全。供电电源电压从100V扩展到400V（单相/三相）。6）伺服控制一般均采用从电
