基于Adams/Simulink的伺服系统控制参数仿真分析

许向荣 于俊平

摘要：伺服系统的主要参数是影响系统同步控制精度的主要因素。如果伺服系统的主要参数选择不适当，必然会导致伺服系统的同步控制精度达不到要求，从而影响工件的加工质量。本文基于Adams/Simulink机电联合仿真对整定后的控制参数进行仿真验证，仿真结果表明：整定后伺服系统参数的同步控制精度较高，为控制系统后续的研究提供了基础。

关键词：双丝杠驱动，伺服控制系统，Adams/Simulink联合仿真

0 引言

采用双电机+双滚珠丝杠平行布置共同驱动工作台运动的驱动方式大大提高了机械传动结构的传动刚度，但由于双电机驱动的形式，导致存在同步误差，使得同步控制精度的下降。因此提高伺服系统的同步控制精度对提高双驱进给系统的稳定性和精度具有重要的意义。

1 单轴伺服控制系统仿真模型的建立

1.1 建立交流伺服电机数学模型

假设d轴设为磁场方向，q轴为沿转子旋转方向超前90°，建立转子坐标系[1]，可得d轴和q轴的电压方程为：

交流伺服电机的电磁转矩方程和运动方程：

对上述式进行拉普拉斯变换：

为提高伺服电机响应速度和控制精度，在电机系统方框图中加入位置反馈环节、速度反馈环节以及电流反馈环节形成三环控制系统[2]，得到的单轴控制系统仿真图。

1.2 伺服系统控制参数整定分析

1.2.1 电流环参数整定

根据对伺服控制系统电流环控制过程的分析，建模时考虑了前向滤波器、PWM逆變器和检测反馈环节，并简化得到电流环简化框图。

根据电流环简化框图得到参数整定公式为：

根据公式即可计算出电流控制器的主要参数。

1.2.2 速度环参数整定

在整定速度控制器参数时，假设通过在速度环中加入陷波滤波器消除了机械谐振，并且伺服电机无阻尼，则速度环控制简化框图。

1.2.3 位置环参数整定

2 机电联合建模及仿真分析

以主从同步控制策略搭建双丝杠驱动进给系统，获得三环控制器整定参数后，对伺服系统控制参数输入阶跃信号进行仿真分析如图1所示。

从图中可以看出，以整定公式得到的三环控制参数为基础搭建的双驱控制系统，同步精度较高，有效地提高了零件加工精度。

3 结论

通过对三环控制结构分析，最终建立了三环控制器的参数整定公式，求得了三环控制参数整定值，有效的控制了同步误差，提高了工件的加工精度。

参考文献

[1] 周勇. 高速进给驱动系统动态特性分析及其运动控制研究[D]. 华中科技大学.

[2] 汪开正. 滚珠丝杠副健康状态评估及预测关键技术研究[D]. 上海交通大学，2019.

山东建筑大学机电工程学院 山东省 济南市 250000