9.2伺服系统控制对象的数学模型

电力拖动自动控制系统—运动控制系统*第9章伺服系统第3篇内容提要伺服系统的特征及组成伺服系统控制对象的数学模型伺服系统的设计9.2伺服系统控制对象的数学模型根据伺服电动机的种类，伺服系统可分为直流和交流两大类。伺服系统控制对象包括伺服电动机、驱动装置和机械传动机构。2.1直流伺服系统控制对象的数学模型直流伺服系统的执行元件为直流伺服电动机。中、小功率的伺服系统采用直流永磁伺服电动机；当功率较大时，也可采用电励磁的直流伺服电动机。直流无刷电动机与直流电动机有相同的控制特性，也可归入直流伺服系统。直流伺服电动机的状态方程01111dddLeULELILRdtdITJTJdtdmddtj机械传动机构的状态方程dTeeICTCE驱动装置的近似等效传递函数1ssKTscssdsduTKUTdtdU001状态方程0001111mTdLdeddldsdcssddtjCdITdtJJdICIUdtTLLdUKUudtTT控制对象的数学模型（9-12）输入输出控制对象结构图图9-5直流伺服系统控制对象结构图电流环的等效传递函数为惯性环节，故带有电流闭环控制的对象数学模型为*111mTdLdddiiddtjCdITdtJJdIIIdtTT采用电流闭环后（9-13）图9-6带有电流闭环控制的对象结构图2.2交流伺服系统控制对象的数学模型用交流伺服电动机作为伺服系统的执行电动机，称作交流伺服系统。常用的交流伺服电动机有三相异步电动机、永磁式同步电动机和磁阻式步进电动机等，也可用电励磁的同步伺服电动机。无论是异步电动机，还是同步电动机，经过矢量变换、磁链定向和电流闭环控制均可等效为电流控制的直流电动机。以三相异步伺服电动机为例分析异步电动机按转子磁链定向的数学模型为sstsmstrsmrrsrrsmstssmstsmrsmrrsrrrsmsmsmrmrrrLprstrmpLuiiLLLRLRLLLdtdiLuiiLLLRLRTLLLdtdiiTLTdtdTJniJLLndtd1222122221采用电流闭环控制后，对象的数学模型为*111mTstLstststiiddtjCdiTdtJJdiiidtTT转子磁链闭环控制（9-15）与（9-13）完全相同CT为包含磁链作用在内的转矩系数，电流转矩分量相当于直流电动机的电枢电流，电流闭环控制的交流伺服电动机结构图与直流电动机相仿。对于同步伺服电动机也可得到相同结论，不重复论述。结论采用电流闭环控制后，交流伺服系统与直流伺服系统具有相同的控制对象数学模型。称作在电流闭环控制下交、直流伺服系统控制对象的统一模型。可以用相同的方法设计交流或直流伺服系统。