伺服电机调速系统的控制设计与仿真
电机调速仿真课程设计
电机调速仿真课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电机调速的基本原理，掌握电机调速的主要方法。
2. 学生能描述仿真软件在电机调速中的应用，了解其功能和操作流程。
3. 学生能解释电机调速仿真实验结果，分析不同参数对调速性能的影响。
技能目标：1. 学生能运用仿真软件进行电机调速实验，熟练操作相关设备。
2. 学生能通过调整仿真实验参数，优化电机调速性能。
3. 学生能运用数据分析方法，对电机调速实验结果进行有效评估。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对电机调速技术研究的兴趣，激发探索精神和创新意识。
2. 学生树立正确的工程观念，认识到电机调速技术在工程实际中的应用价值。
3. 学生养成团队协作、沟通交流的良好习惯，提高合作能力和解决问题的能力。
课程性质：本课程为电机调速技术的实践应用课程，旨在让学生通过仿真实验，深入理解电机调速原理，掌握相关技能。
学生特点：学生具备一定的电机原理和仿真软件知识基础，对实际操作具有较高兴趣。
教学要求：教师需注重理论与实践相结合，引导学生主动参与实验，培养实际操作能力和分析解决问题的能力。
同时，关注学生的情感态度，激发学生的学习兴趣和创新能力。
通过课程目标的分解，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 电机调速原理回顾：包括电机调速的基本概念、调速方法分类及适用场合，重点复习直流电机和交流电机的调速原理。
相关教材章节：第一章 电机调速概述2. 仿真软件介绍：介绍电机调速仿真软件的功能、操作界面及基本操作方法，使学生熟悉仿真实验环境。
相关教材章节：第二章 电机调速仿真软件3. 电机调速仿真实验：通过实际操作，让学生掌握仿真软件进行电机调速实验的方法，包括参数设置、实验过程控制和结果分析。
相关教材章节：第三章 仿真实验操作4. 调速性能分析：分析不同调速方法下电机性能的变化，探讨参数调整对调速性能的影响。
相关教材章节：第四章 调速性能分析5. 实践应用与拓展：结合实际工程案例，让学生了解电机调速技术在工程领域的应用，激发学生的创新意识。
电机调速系统的计算机仿真
电机调速系统的计算机仿真一实验目的1.通过仿真了解并会运用matlab/simulink与simpowersysdem设计电机系统并对系统进行软件仿真。
2.通过系统模型实验研究直流电机双闭环调速系统的过程与方法。
3.通过系统模型实验研究直流电机闭环可逆脉宽调速系统的过程与方法。
4.通过仿真掌握直流电机的速度控制方法。
二实验内容1.直流电机双闭环系统的建模与仿真。
（1）仿真建模与模型参数设置①三相电源的建模和参数设置peak amplitude :220V frequence:50Hz phase A相0deg B相-120deg C相-240deg②晶闸管桥的建模和参数设置桥臂数3③平波电抗器的建模和参数设置Inductance 5e-3H④直流电机建模和参数设置（见下图1）⑤控制电路建模和参数设置包括同步脉冲触发器的建模和参数设置、给定与测量Frequence of synchronisation voltages50Hz给定alta=90，为常量。
在电机的测量端口测取w（转速）,Ia（电枢电流）,If（励磁电流）,Te（电磁转矩），用多路复用分离各测取量，在示波器上用不同的坐标显示。
模型建立与参数设置完毕后模型见下图2：其中模型中没有对控制电路模型进行creat block。
Current controller所用的PI调节器参数设置如下图3：Speed controller的参数设置为下图4：（2）其他参数设置：触发角90deg，参考给定速度Reference speed：step time 2s,initial value 100rad/s,final value 200rad/s,阶跃负载step time:4s,初始负载给定10n.m,最终负载给定100n.m （经仿真后知：负载为100n.m偏大）所有参数设置完毕，start simulink对直流电动机双闭环调速系统进行仿真，仿真结果下图5：晶闸管输出电压波形为图6：控制角（control angle）波形为图7：（3）对仿真结果的分析如图5所示，在0-2秒的时间内，分三个阶段：电流上升阶段（0-0.1秒左右），恒流升速阶段（0.1-0.4秒左右），转速调整阶段（0.4-0.7秒左右）。
伺服驱动系统仿真方案
伺服驱动系统仿真方案1. 引言伺服驱动系统是控制和调节运动的关键组成部分，在许多自动化应用中被广泛使用。
为了提高驱动系统的性能和稳定性，仿真技术被用于预测和优化系统的行为。
本文将介绍一种伺服驱动系统的仿真方案，以帮助工程师在设计和优化伺服驱动系统时进行可靠的预测和评估。
2. 仿真模型搭建为了进行伺服驱动系统的仿真，首先需要搭建仿真模型。
模型的搭建应包括伺服电机、伺服控制器和载荷的建模。
以下是针对每个组件的详细说明：2.1 伺服电机伺服电机是驱动系统的核心部分，通过转化电能和机械能来提供动力。
在仿真模型中，伺服电机的建模通常采用电动机的方程来描述。
这些方程包括电机的电流和速度之间的关系，以及电机转矩和电机转速之间的关系。
2.2 伺服控制器伺服控制器是伺服驱动系统的控制中枢，用于调节电机的速度和位置。
在仿真模型中，可以采用PID控制器或者其他控制算法来对伺服电机进行控制。
控制器的参数需要根据具体应用的需求进行调整和优化。
2.3 载荷载荷是伺服驱动系统需要承受的外部负载。
在仿真模型中，载荷可以通过质量、摩擦力等因素来描述。
载荷的建模对系统的动态响应和稳定性有重要影响，因此需要根据实际情况进行准确地建模。
3. 仿真过程完成伺服驱动系统的模型搭建后，可以进行仿真实验来评估系统的性能和稳定性。
仿真过程应包括以下几个步骤：3.1 系统参数设置在进行仿真实验之前，需要设置伺服电机、伺服控制器和载荷的参数。
这些参数可以根据实际设备的规格和性能手册来确定。
3.2 仿真环境搭建搭建仿真环境是进行仿真实验的基础步骤。
在仿真环境中，需要设置仿真时间、采样周期和仿真条件等参数。
可以使用MATLAB/Simulink、Python等仿真工具来搭建仿真环境。
3.3 仿真实验设计根据伺服驱动系统的实际需求，设计相应的仿真实验。
可以通过改变载荷、调整控制器参数或者应用不同的控制策略来评估系统的性能和稳定性。
3.4 仿真结果分析仿真实验完成后，可以对仿真结果进行分析。
伺服电机控制系统毕业论文设计
调速应用领域最初用得最多的是直流电机，随着交流调速技术特别是电力电子技术和控制技术的发展，交流变频技术获得了广泛应用，变频器和交流电动机迅速渗透到原来直流调速系统的绝大多数应用领域。近几年来，由于直流伺服电动机体积小、重量小和高效节能等一系列优点，中小功率的交流变频系统正逐步被直流伺服电动机系统所取代，特别是在纺织机械、印刷机械等原来应用变频系统较多的领域，而在一些直接由电池供电的直流电机应用领域，则更多的由直流伺服电动机所取代。
This article mainly discusses the designations of three-phase BLDCM velocity modulation system. The master controlled unit is BLDCM special-purpose control chip 80C196MC, assistanceswith the keyboard, the monitor, examines the electric circuit, the power electric circuit, actuates the electric circuit, the protection circuit and so on. The BLDCM with 3 Hall sensors establishing inside, to exam the position of the rotor and decide the phase change of electricalmachinery, the system calculates the rotational speed of the electrical machinery to realize the velocity-feedback control according to the Hall signal.
触摸屏控制伺服电机调速实例
触摸屏控制伺服电机调速实例触摸屏控制伺服电机调速是一种高精度、高效率的电机控制方法。
它可以通过触摸屏来实现对伺服电机的精确控制和调速，满足各种自动化生产设备对电机控制的需求。
下面将给出一个触摸屏控制伺服电机调速的实例，供大家参考。
实例说明：在一条自动化生产线上，需要控制伺服电机的转速。
生产线上的产品需要经过多个工序进行加工，每个工序对电机的转速要求不同。
因此，需要设计一种可以实现对伺服电机转速的实时控制和调整的控制系统。
方案设计：为了实现对伺服电机转速的控制和调整，我们设计了一个基于触摸屏的控制系统。
该系统包括以下几个组件：1.触摸屏：用于显示电机的转速和控制界面，可以通过触摸来进行电机转速的控制和调整；2.伺服电机：作为被控制的对象，负责执行电机转速的控制命令；3.控制板：作为触摸屏和伺服电机的接口，负责将触摸屏传来的控制命令转换为伺服电机可以识别的信号，并将伺服电机的反馈信号传回给触摸屏。
管理程序：在控制系统的设计基础上，我们还需要设计一套管理程序来实现对电机转速的控制和调整。
管理程序主要包括以下几个部分：1.电机转速监测模块：负责实时采集电机的转速信息，并将其传送给触摸屏显示；2.电机控制模块：负责将触摸屏传来的控制命令转换为伺服电机可以识别的信号，并控制电机转速的变化；3.反馈调整模块：负责实时监测电机的反馈信号，并根据反馈信息来调整电机的转速。
操作流程：1.打开控制系统的开关，启动触摸屏程序；2.触摸屏程序会显示电机的转速和控制界面，在控制界面输入电机需要达到的转速值；3.控制板会将转速命令传送给伺服电机，使其达到设定值；4.电机转速监控模块将实时采集电机转速信息，并传送给触摸屏程序显示；5.反馈调整模块实时检测电机的反馈信号，并根据反馈信息来调整电机的转速，以达到设定值。
总结：通过以上的实例说明，我们可以看出，触摸屏控制伺服电机调速是一种非常高效的电机控制方法。
它可以实现电机的精确控制和调整，提高生产线的生产效率和产品质量。
实际交流伺服运动控制系统数学模型及仿真分析
实际交流伺服运动控制系统数学模型及仿真分析1.引言实际交流伺服运动控制系统广泛应用于工业自动化领域，具有快速响应、高控制精度等优点。
为了设计和优化控制系统，需要建立准确的数学模型，通过仿真分析来评估系统性能。
本文将介绍实际交流伺服运动控制系统的数学模型建立方法，并进行仿真分析。
2.实际交流伺服运动控制系统数学模型建立2.1电机模型电机模型是实际交流伺服运动控制系统的核心部分。
常用的电机模型有电压方程模型和电流方程模型。
2.1.1电压方程模型根据电机的电压方程可以得到如下控制方程：\[u(t) = Ri(t) + L\frac{{di(t)}}{{dt}} + e(t)\]其中，\(u(t)\)为电机输入电压，\(R\)为电机电阻，\(L\)为电机电感，\(i(t)\)为电机电流，\(e(t)\)为电动势。
2.1.2电流方程模型根据电机的电流方程可以得到如下控制方程：\[L\frac{{di(t)}}{{dt}} = u(t) - Ri(t) - e(t)\]2.2传动系统模型传动系统模型描述了电机输出转矩和负载转矩之间的关系。
常见的传动系统模型有惯性模型和摩擦模型。
2.2.1惯性模型惯性模型用转动惯量和角加速度来描述传动系统的动态特性。
通常可以使用如下方程来建立惯性模型：\[J\frac{{d\omega(t)}}{{dt}} = T_{in}(t) - T_{out}(t)\]其中，\(J\)为传动系统的转动惯量，\(\omega(t)\)为转速，\(T_{in}(t)\)为电机输出转矩，\(T_{out}(t)\)为负载转矩。
2.2.2摩擦模型摩擦模型描述了传动系统中的摩擦现象，常常包括静摩擦和动摩擦。
常用的摩擦模型有线性摩擦模型和非线性摩擦模型。
2.3控制器模型控制器模型是实际交流伺服运动控制系统的闭环控制模型。
常用的控制器模型有比例积分微分（PID）控制器和模糊控制器。
3.仿真分析建立完实际交流伺服运动控制系统的数学模型后，可以使用仿真软件（如MATLAB/Simulink）进行仿真分析。
伺服系统Matlab仿真教学指导
40
800
30 600
20 400
10
200 0
-10
0
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
图4-16 工程设计参数下的q轴电流 i q
（P=0.86，I=0.25）
0
35
-200
30 -400
25
20
-600
15 -800
10 -1000
5
0
-1200
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
基于永磁同步电机伺服系统的控 制算法和仿真分析
伺服系统Matlab仿真教学指导
1.1 引言
第一章 绪 论
位置环
永磁同步电动机伺服系统 转速环
电流环
伺服系统Matlab仿真教学指导
1.2 交流伺服控制策略的现状 开环恒压频比控制 矢量控制理论
交流伺服控制策略 直接转矩控制 滑模变结构控制 自适应控制
伺服系统Matlab仿真教学指导
4.3.2 伺服系统仿真方案
表2 伺服系统无扰动下仿真方案
空载
负载
（7 N m）
iq m iq
m
工程设计参数（ P=0.86，I=0.25）
图
图
图
图
4-16 4-17 4-22 4-23
经验参数
图
图
图
图
（P=10，I=2） 4-18 4-19 4-24 4-25
永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论
永磁直流伺服电机调速系统课程设计绪论一、引言在当今高科技飞速发展的时代，永磁直流伺服电机调速系统在各类设备中得到了广泛的应用。
作为一种将电能转换为机械能的高效、高性能电机，永磁直流伺服电机具有出色的调速性能和控制特性。
本课程设计旨在使学生掌握永磁直流伺服电机调速系统的基本原理、组成及设计方法，培养学生解决实际工程问题的能力。
二、永磁直流伺服电机调速系统概述1.永磁直流伺服电机的原理永磁直流伺服电机是基于永磁材料制成的电机，其工作原理是利用永磁体产生的磁场与电枢绕组产生的电流相互作用，从而实现电机的转矩输出。
2.永磁直流伺服电机的特点永磁直流伺服电机具有以下特点：（1）高效率：由于采用永磁材料，使得电机的磁损减小，从而提高了电机的整体效率。
（2）高精度：具有很好的位置控制性能和速度控制性能，能够实现精确的定位和速度调节。
（3）响应快：电机转矩响应速度快，有利于提高系统的动态性能。
（4）可靠性高：采用永磁材料，使得电机具有更高的可靠性和稳定性。
3.永磁直流伺服电机调速系统的组成永磁直流伺服电机调速系统主要由以下几部分组成：（1）永磁直流伺服电机：作为系统的执行元件，负责将电能转换为机械能。
（2）控制器：对电机进行控制，实现电机的速度、位置等参数的调节。
（3）驱动器：将控制器发出的信号转换为电机所需的驱动电流。
（4）传感器：用于实时检测电机的工作状态，将检测信号反馈给控制器。
三、课程设计目的和意义课程设计旨在使学生深入理解永磁直流伺服电机调速系统的原理和组成，掌握系统的设计方法和实际应用。
通过课程设计，培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生在实际工程中的创新能力。
四、课程设计内容和步骤1.设计要求根据实际工程需求，设计一款具有良好调速性能和控制特性的永磁直流伺服电机调速系统。
2.设计原理分析永磁直流伺服电机调速系统的工作原理，了解各部分的作用和相互关系。
3.设计流程（1）确定设计目标和技术参数。
（2）选择合适的永磁直流伺服电机。
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武汉理工大学
硕士学位论文
基于DSP的直流伺服电机调速系统的控制设计与仿真
姓名：于龙飞
申请学位级别：硕士
专业：轮机工程
指导教师：鲁凯生
20070501
先来看一下一个编码器的结构图，如图２．１
图２．１编码器实物图
光电编码器的指示光栅上有Ａ组与Ｂ组两组狭缝，彼此错开１，４节距，两组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号Ａ、Ｂ彼此相差９０。
相位，用于辫向，如图２－１中的Ａ、Ｂ两组。
工作原理如图２．２所示。
第４章系统的控制设计
本章直流伺服电动机调速系统的设计分两部分：软件设计和硬件设计。
在软件设计中，介绍了ＤＳＰ控制软件ＣＣＳ及程序结构；在硬件设计中，在ＰＷＭ对电机调速的原理上，设计了ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ＤＳＰ芯片对直流伺服电机调速系统的实验电路。
最后，进行了对直流伺服电机的实际控制实验，达到了预期的目的。
４．１ＤＳＰ控制软件
ＣＣＳ（ＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉｏ）软件是ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ＤＳＰ芯片自带的编程软件，是目前ＤＳＰ变成软件中最优秀的软件。
利用这个软件，可以直接使上位机
图４＿１ＣＣＳ启动界面
和ＤＳＰ通讯，在上位机中编程控制ＤＳＰ的输出波形，达到控制直流伺服电机的速度的且的。
ＣＣＳ启动界面见图４．１中所示。
图４．３软件开发流程图
◆Ｃ编译器（ｃｅｏｍｐｉｌｅｒ）：产生汇编语言源代码。
◆汇编器（ａｓｓｅｍｂｌｅｒ）：把汇编语言源文件翻译成机器语言目标文件，机器
语言格式为公用目标格式（ＣｏＦＦ）。
令连接器（Ｉｉｎｋ神：把多个目标文件组合成单个可执行目标模块。
它一边创建可执行模块，一边完成重定位以及决定外部参考。
连接器的输入是可重定位的目标文件和目标库文件。
◆归档器（ａｒｅｈｉｖｅｒ）：允许你把一组文件收集到一个归档文件中。
归档器
也允许你通过删除、替换、提取或添加文件来调整库。
夺助记符至Ⅱ代数汇编语言转换公用程序（ｍｎｉｍｏｒｔｉｃｔｏ＿ａｌｇｅｂｒｉｃａｓｓｅｍｂｌｙｔｒａｎｓｌａｔｏｒｕｔｉｌｉｔｙ）：把含有助记符指令的汇编语言源文件转换成含有代数指令的汇编语言源文件。
夺建库程序（１ｉｂｒａｒｙ：建立满足你自己要求的“运行支持库”。
．ｂｕｉｌｄｕｔｉｌｉｔｙ）
检测电动机的速度变化，经ＱＥＰｌ、ＱＥＰ２引脚输入给ＤＳＰ，获得速度反
馈信号；
Ⅳ．速度ＰＩ调节：通过对给定值和反馈值进行比较，算出偏差，得出控制信号。
另外还进行了上下限的设定。
如初始化子程序、Ａ／Ｄ中断处理子程序、电流ＰＩ调节子程序、速度ｐＩ调节子程序等，见文后附录。
如图４．９为编程窗口，在此窗口里，编写程序代码，可以是Ｃ语言，也可以是汇编语言。
但ＣＣＳ默认的接口是Ｃ语言接口，所以用汇编时要对它进行一些简单设置，把它设置为非自动即可。
图４．９程序运行界面
在完成各个文件之后，进行总编译，然后通过仿真器加载到实验板上，就可以进行在线调试，调试成功之后可以将程序烧到片子里面。
注意，一般平常使用的ＣＣＳ软件没有这个功能，可以到网上或直接去１１公司官方网站下载可烧写的Ｆｌａｓｈ插件即可。
４．５系统的实际控制
下面全面分析系统的整体结构设计并给出实际控制。
任何电机的调速都是以转速为给定量，并使电动机的转速跟随给定值进行控制的。
为了使系统具有良好的调速性能，通常采用闭环系统对电动机控制。
３５
４．５．２试验电路
根据上述ＤＳＰ控制电机的原理，连接了驱动电路、ＤＳＰ控制电路、电流反馈电路，如图４－１３所示。
图４－１３ＤＳＰ控制直流电机电路
４．５．３试验结果
双极性可逆ＰＷＭ系统的占空比除了决定电动机的转速外，还决定了电动机的转向，因此，在电流ＰＩ调节中，必须根据转向标志ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ来决定输出极限：正转时，ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ的值输出的范围是０～２５０（用ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ值和２５０比较就能得出不同状态，下同）；反转时，ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ的值输出的范围是２５０～５００。
当占空比值越大，电机电枢两端平均电压就越大，正方向转速就越大，当值越大，反方向转速越大。
根据以上所给出的控制原理及控制电路图进行编程，通过ＤＳＰ来控制占空比生成不同的ＰＷＭ波。
通过ＤＳＰ中的事件管理器ＥＶＡ中比较控制寄存器的比较寄存器ＣＭＰＲＩ和ＣＭＰＲ２的值就可以达到改变占空比的目的，从而改变ＰＷＭ波形的平均电压，实现调压调速的设想。
由ＤＳＰ控制生成的四路ＰＷＭ波ＰＷＭＩ－ＰＷＭ４分别送至图４．７中的ＶＩ、Ｖ２、Ｖ３和Ｖ４，再经过驱动系统电路控制直流伺服电动机。
当占空比为５０％时，即让比较寄存器ＣＭＰＲＩ和ＣＭＰＲ２的值都２５０，则得到如图４－１４所示的四路ＰＷＭ波形ＰＷＭｌ￣ＰＷＭ４。
图４．１４ＤＳＰ输出的四路占空比Ｏ．５的ＰＷＭ波形
当我们再次修改比较寄存器ＣＭＰＲｌ和ＣＭＰＲ．２的值，如ＣＭＰＲｌ的值为２００，ＣＭＰＲ２的值为３００，即占空比为４０％时，得到如图４－１５示的四路ＰＷＭ信号Ｐ、＾，Ｍ１～Ｐ、Ⅳ１垤４。
图４．１５ＤＳＰ输出的四路占空比０．４的ＰＷＭ波形比较图４－１４和图４－１５可以看到，不同占空比输出的ＰＷＭ波形是明显不同
用鼠标单击某模块组的图标，即选中该模块。
用户可以在右边展开的窗口中选择用户需要的模块。
图５－１Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真界面
５．２．３Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的仿真过程
１．创建结构图文件
在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ界面上打开Ｆｉｌｅ菜单，选择Ｎｅｗ，这时打开一个名为ＵｎｔＲｉｅｄ的结构图程序文件窗１２１，在建好结构图之后保存文件到需要的目录下，输入用户需要的名字即可。
２．结构图程序设计
按照系统结构图所需要的模块单元，构成系统的结构图。
具体操作为：
／激活Ｓｉｍｕｌｉｎｋ（如５．２．２所述）；
／激活相应模块组，选中所需要的单元图标，通过鼠标右键加入该模块或直接拖入该模块到新打开的用户文件窗１２１的空白处释放；
／在用户文件窗口上，用连线按用户要求连接个功能模块；
／双击相应功能模块或通过鼠标右键，激活结构图上相应的单元，完成对各单元的参数设置。
３．Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真的启动与停止
用鼠标选择主菜单的Ｓｉｍｕｌａｎｔｉｏｎ选项出现下拉子菜单，选中Ｓｔａｒｔ仿真即开。