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伺服直驱建模简析

注塑机试验机系统的建模仿真主要步骤如下:

1、将系统分解成控制系统回路和液压系统回路,分析其组成的真实模型,深刻理解系统;

2、然后选择所需,分析回路特点,选择回路的各个组成液压元件的物理模型;

3、根据控制和液压系统原理图,将各元件仿真模型搭建成系统,设置参数并仿真分析;

4、设计实验,测取实验数据、分析,验证所建仿真模型的精确性;

5、根据实验数据,对工艺阶段进行仿真研究,研究系统动态特性情况。

 

位于伺服驱动器中的数字控制单元、驱动电路单元、反馈单元以及交流永磁同步电机组成。数字控制单元主要是以数字微处理器DSP的最小系统为核心,实现PI控制算法、矢量变换、SVPWM调制、编码器信号处理、故障诊断等功能。驱动电路单元主要包括整流电路、隔离电路、智能功率模块(IPM)以及过流、过压等故障处理电路等。反馈单元则以霍尔传感器构成的电流反馈电路、増量式脉冲编码器构成的速度反馈电路和压力传感器构成的压力反馈电路组成。

 

AMESim仿真平台的电机及驱动库提供了东莞电机模型、坐标转换模块、电流控制器模块;电力转换库提供了逆变桥臂和矢量控制模块;电力基础库提供了直流电压模块、电流传感器等模块;信号控制库提供了PID模块、信号发生模块、常数模块、信号输出和接受模块等;机械库提供了速度测量模块、旋转负载模块和负载信号输入模块等;温度输入模块则由热学库提供。

图1:矢量脉宽调制模块 

矢量脉宽调制模块

如图1所示为AMESim中的矢量调制模块模型,能根据输入电压大小来计算晶体管逆变器的开断信号,且模型不考虑死区时间,是理想化的模型。它包含3个参数:空间矢量调制模式、采样频率、最小直流量。空间矢量调制模式一共有6种,分别是中性点电压为0法、三次谐波注入法、三种不连续空间矢量技术DPWMO、DPWM1、DPWM2和SVPWM空间电压矢量法。

 

在控制系统中三次用到PID控制技术,转矩电流和磁场电流的反馈调节都采用PI调节,速度环的反馈量和参考量的调节也用到PI调节,两环的PI结构和调节方法完全一样,只是调节参数的值大小不同,通过参数值的整定达到很好的控制效果。要注意的是电流PI控制器模块己经集成了参数自动匹配功能,只需要用户输入电机参数和时间常数而不需要再去调节电流PI参数。其有7个参数:指定温度下定子电阻、定子电感、d轴上定子电感、q轴上定子电感、指定温度下转子磁链、d轴和q轴的时间常数等。

 

提供高于其他动态系统的开关频率,并且这个模型能考虑损失效应、温度的影响。输入命令信号是上下晶体管开断的信号。在伺服电机驱动系统逆变器中需要三对这样的逆变桥产生三相控制电压。逆变桥设置参数有开关频率、二极管正向电压降、二极管电阻、向前晶体管电压下降、晶体管电阻、参考电压和电流下每周期开关损耗、基准直流电压、基准电流、全部损失的最小电流等。