林瑤瑤，仲崇權(quán)

（大連理工大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)部，遼寧大連116024）

1 引言

伺服驅(qū)動(dòng)器是現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。尤其是應(yīng)用于控制交流永磁同步電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。當(dāng)前交流伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中普遍采用基于矢量控制［1］的電流、速度、位置3 閉環(huán)控制算法。該算法中速度閉環(huán)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)于整個(gè)伺服控制系統(tǒng)，特別是速度控制性能的發(fā)揮起到關(guān)鍵作用。

在伺服驅(qū)動(dòng)器速度閉環(huán)中，電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)速度測(cè)量精度對(duì)于改善速度環(huán)的轉(zhuǎn)速控制動(dòng)靜態(tài)特性至關(guān)重要。為尋求測(cè)量精度與系統(tǒng)成本的平衡，一般采用增量式光電編碼器作為測(cè)速傳感器，與其對(duì)應(yīng)的常用測(cè)速方法為M/T 測(cè)速法。M/T 測(cè)速法雖然具有一定的測(cè)量精度和較寬的測(cè)量范圍，但這種方法有其固有的缺陷，主要包括：

1）測(cè)速周期內(nèi)必須檢測(cè)到至少一個(gè)完整的碼盤脈沖，限制了最低可測(cè)轉(zhuǎn)速；

2）用于測(cè)速的2個(gè)控制系統(tǒng)定時(shí)器開關(guān)難以嚴(yán)格保持同步，在速度變化較大的測(cè)量場(chǎng)合中無法保證測(cè)速精度。因此應(yīng)用該測(cè)速法的傳統(tǒng)速度環(huán)設(shè)計(jì)方案難以提高伺服驅(qū)動(dòng)器速度跟隨與控制性能。

本文在分析伺服驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)建模及M/T測(cè)速法原理基礎(chǔ)上，提出了一種帶有轉(zhuǎn)速觀測(cè)器的伺服驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)設(shè)計(jì)方法。通過設(shè)計(jì)前向抗積分飽和PI 速度調(diào)節(jié)器，把速度環(huán)控制模型校正成典型二階系統(tǒng)。針對(duì)測(cè)速方法優(yōu)化問題，應(yīng)用狀態(tài)重構(gòu)理論設(shè)計(jì)了伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速觀測(cè)器。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，該設(shè)計(jì)提高了速度閉環(huán)的響應(yīng)速度和魯棒性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

2 速度環(huán)建模及M/T測(cè)速法原理

2.1 速度環(huán)模型建立

伺服驅(qū)動(dòng)器的控制對(duì)象一般是交流永磁同步電動(dòng)機(jī)，此類電機(jī)的模型為非線性、多變量、強(qiáng)耦合系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)線性化控制，在交流伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)際設(shè)計(jì)中，普遍應(yīng)用矢量控制方法基礎(chǔ)上令直軸電流等于0的控制策略［2］。其中矢量控制法（vector control）的基本思想是通過坐標(biāo)變換，把定子電樞電流矢量分解成代表勵(lì)磁電流分量的直軸電流和代表轉(zhuǎn)矩電流分量的交軸電流，兩者相正交。再令直軸電流為0，可進(jìn)一步簡化算法，這樣在普通三相交流永磁同步電動(dòng)機(jī)上可模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制規(guī)律，最終實(shí)現(xiàn)線性解耦控制。通過分析該控制策略及文獻(xiàn)［3］所給出的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)，可以得到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電流、速度雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 交流伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電流、速度雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Configuration of AC servo drive system current and velocity double closed loop

圖2 交流伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)速度環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 System velocity dynamic configuration of AC servo drive

圖2 中，KI=1/GCF，TI=Rτi/KsGCF，τi為GACR的積分時(shí)間常數(shù)。通過結(jié)構(gòu)圖分析速度環(huán)傳遞函數(shù)，設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)器GASR、速度反饋控制器GSF并確定相關(guān)參數(shù)后，可以實(shí)現(xiàn)速度環(huán)的整體設(shè)計(jì)。

2.2 M/T測(cè)速法原理及誤差分析

常見的速度檢測(cè)方法是利用位置檢測(cè)傳感器檢測(cè)出位置信號(hào)后再進(jìn)行微分運(yùn)算，因此選擇高性能的位置檢測(cè)傳感器對(duì)速度閉環(huán)控制性能的提高起到關(guān)鍵作用。常見的位置檢測(cè)傳感器裝置有：微電機(jī)解算元件，如旋轉(zhuǎn)變壓器和同步傳感器；光電元件，如絕對(duì)式光電編碼器、增量式光電編碼器和直線光柵；磁敏元件，如霍耳位置傳感器；電磁感應(yīng)元件，如接近開關(guān)，開口變壓器等。這些位置檢測(cè)傳感器或者與電機(jī)非負(fù)載端同軸連接，或者直接安裝在電機(jī)的特定部位。其中磁敏元件和電磁感應(yīng)元件由于機(jī)械結(jié)構(gòu)和安裝方面限制的原因工程上應(yīng)用較少。因此綜合測(cè)量精度和價(jià)格等因素，目前伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)普遍采用增量式光電編碼器作為測(cè)速傳感器。

增量式光電編碼器常用的數(shù)字測(cè)速方法［5］分為：M法、T法和M/T法。M法，又稱為測(cè)頻法，是在一定的時(shí)間窗口內(nèi)測(cè)取光電旋轉(zhuǎn)編碼器所輸出的脈沖個(gè)數(shù)，用以計(jì)算這段時(shí)間窗內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速。T 法，又稱為測(cè)周法，是在光電旋轉(zhuǎn)編碼器兩個(gè)相鄰的脈沖輸出間隔時(shí)間窗口內(nèi)，用一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)已知頻率的高頻時(shí)鐘脈沖進(jìn)行同步計(jì)數(shù)，并由此來計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，其測(cè)速的時(shí)間窗口大小依賴于光電旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖周期。而M/T 測(cè)速法則綜合了M 法和T 法，其原理如圖3所示。

圖3 M/T測(cè)速法原理圖Fig.3 The principle of M/T speed detection method

既檢測(cè)To時(shí)間內(nèi)光電編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)M1，又檢測(cè)同一時(shí)間窗內(nèi)的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)M2。若設(shè)高頻時(shí)鐘脈沖頻率為f0，則準(zhǔn)確的測(cè)速時(shí)間為To=M2f0，而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為

式中：K為電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，光電編碼器所反饋的脈沖數(shù)（K=倍頻系數(shù)×碼盤光柵數(shù)）。

采用M/T 法測(cè)速時(shí)，必須保證高頻時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器與光電編碼器輸出脈沖計(jì)數(shù)器同時(shí)開啟與關(guān)閉。但從M/T 測(cè)速原理圖中可以看出，在程序設(shè)定的測(cè)速時(shí)間To開始時(shí)刻與光電編碼器反饋回來的脈沖上升沿并非同步到達(dá)。同樣，To結(jié)束時(shí)刻也很難剛好與編碼器反饋脈沖上升沿同步。這樣的問題在記錄高速時(shí)鐘脈沖M2時(shí)也會(huì)發(fā)生。定義轉(zhuǎn)速實(shí)際值和測(cè)量值之差Δn 與實(shí)際值n 之比為測(cè)速誤差率，記作：

那么M/T測(cè)速法的誤差率可表示為

由式（3）可知，M/T測(cè)速法的精度取決于To內(nèi)編碼器反饋脈沖的個(gè)數(shù)，即當(dāng)前電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。采用該方法測(cè)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越低，產(chǎn)生的測(cè)速誤差越大。對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)轉(zhuǎn)速控制精度的影響也越嚴(yán)重。

3 帶有轉(zhuǎn)速觀測(cè)器的速度環(huán)設(shè)計(jì)

3.1 速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

根據(jù)模型建立部分的分析可知，交流伺服驅(qū)動(dòng)器的速度環(huán)的設(shè)計(jì)主要分為GASR速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)和GSF速度反饋控制器設(shè)計(jì)兩部分。如何采用有效方法實(shí)現(xiàn)前向的速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，對(duì)于交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體性能的影響是關(guān)鍵。從圖2 中可推出速度調(diào)節(jié)器控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為

其中，Kc=KIR/TmCeGSF，可見速度環(huán)控制對(duì)象為一個(gè)積分環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，一個(gè)積分環(huán)節(jié)存在于負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前是必要的，它包含在速度調(diào)節(jié)器中。又因?yàn)閿_動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以速度環(huán)傳遞函數(shù)總共有2 個(gè)積分環(huán)節(jié)，于是便將速度環(huán)設(shè)計(jì)成典型的Ⅱ型系統(tǒng)。這樣系統(tǒng)既能滿足穩(wěn)態(tài)要求，又能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求，因此速度調(diào)節(jié)器選擇PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為

式中：KP，τs分別為速度調(diào)節(jié)器比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)。

經(jīng)過校正后的速度環(huán)變成Ⅱ型系統(tǒng)，開環(huán)傳遞函數(shù)為

速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)參數(shù)可以從此系統(tǒng)中獲得。為方便分析，引入變量β=τs/TI，及變量Km=KcKP/τs。其中β為二階系統(tǒng)的中頻帶寬，一般TI可在計(jì)算中確定，只需確定恰當(dāng)?shù)闹蓄l寬度，就可確定τs。通過文獻(xiàn)［6］可知Km與速度環(huán)截止頻率ωc的關(guān)系為Km=ωc/τs，因此求出Km后速度調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)KP也可推知。從工程實(shí)際應(yīng)用角度來說，如果速度調(diào)節(jié)器沒有飽和限幅的約束，在電機(jī)啟動(dòng)或變速過程中會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)。尤其在啟動(dòng)過程中，突加給定電壓，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器會(huì)快速進(jìn)入飽和狀態(tài)無法退出，導(dǎo)致電機(jī)失控。所以在本設(shè)計(jì)中，把速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為帶有Bang-Bang 控制機(jī)制的前向抗積分飽和PI 調(diào)節(jié)器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 交流伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Configuration of AC servo drive system velocity regulator

圖4中，Rf，F(xiàn)d為轉(zhuǎn)速輸入?yún)⒖剂颗c反饋量；Kp為比例增益系數(shù)；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Ui為積分輸出；Up為比例輸出；Ut為抗飽和輸入；Kc為積分校正系數(shù)；U1，U2分別為輸出限幅的最大值與最小值。由于積分校正的存在，可以防止積分器進(jìn)入飽和狀態(tài)。從圖4 中輸出部分可以看出，在速度變化較小，或者僅在負(fù)載擾動(dòng)過程中，速度調(diào)節(jié)器可以按照設(shè)計(jì)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，當(dāng)范圍超過規(guī)定值后，采用Bang-Bang控制機(jī)制，使系統(tǒng)按照最大或最小電樞電流進(jìn)行加減速，充分發(fā)揮了電機(jī)自身的潛力。由于系統(tǒng)通過數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)，需要對(duì)速度調(diào)節(jié)器進(jìn)行離散化，離散化后得到調(diào)節(jié)器計(jì)算方程如下：

式中：Ki=Tz/Ti，Tz為采樣時(shí)間常數(shù)。

其它參數(shù)可由以上分析獲得。

3.2 轉(zhuǎn)速觀測(cè)器設(shè)計(jì)

作為閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速測(cè)量的精度高低對(duì)于交流伺服驅(qū)動(dòng)器速度響應(yīng)與位置跟蹤性能的提高至關(guān)重要。為了克服傳統(tǒng)交流伺服驅(qū)動(dòng)器的速度環(huán)設(shè)計(jì)中M/T 測(cè)速法所帶來的弊端，目前針對(duì)電機(jī)速度測(cè)量提出了4 種新方法：1）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法；2）擴(kuò)展卡爾曼濾波技術(shù)；3）模型參考自適應(yīng)法；4）全維轉(zhuǎn)速觀測(cè)器法。方法1）,方法2）,方法3）,雖然可以有效提高速度測(cè)量精度和范圍，但是加大了計(jì)算量，致使系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，目前尚不能應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)。方法4）基于全維狀態(tài)重構(gòu)法使得前向調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)與速度觀測(cè)器控制無法完全解耦，實(shí)現(xiàn)起來依然困難。

實(shí)際上在交流伺服驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)上應(yīng)用全維觀測(cè)器不是必須的，因?yàn)樾枰貥?gòu)的狀態(tài)變量只有速度變量，并且輸出變量中包含了可以直接測(cè)量的狀態(tài)變量，例如包含在速度環(huán)中的電流矢量即可量測(cè)。因此相比較使用狀態(tài)反饋而言，如果使用輸出反饋并引入速度觀測(cè)器，可以使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得簡單。通過文獻(xiàn)［7］證明，控制對(duì)象為交流永磁同步電動(dòng)機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)為完全能控能觀測(cè)型，可利用分離定理單獨(dú)構(gòu)造觀測(cè)器反饋矩陣而不影響整個(gè)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置。因此只需針對(duì)速度量構(gòu)造恰當(dāng)?shù)姆答佊^測(cè)器對(duì)速度進(jìn)行在線估計(jì)。圖5給出了電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)的反饋觀測(cè)器設(shè)計(jì)模型。

圖5 速度觀測(cè)器模型Fig.5 The velocity observer model

圖5 中，輸入信號(hào)為轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)θ、通過一個(gè)誤差積分環(huán)節(jié)得到ωs，再通過一個(gè)轉(zhuǎn)速積分環(huán)節(jié)得到θc，負(fù)反饋引入的目的是使得估計(jì)的轉(zhuǎn)速能夠跟蹤實(shí)際轉(zhuǎn)速的變化，穩(wěn)定性取決于速度觀測(cè)器中2個(gè)增益參數(shù)k1，k2的選擇。選擇轉(zhuǎn)子位置信號(hào)作為速度觀測(cè)器給定值是由于矢量控制算法的實(shí)現(xiàn)必須測(cè)量轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置，這樣每當(dāng)位置采樣周期來臨時(shí)便可計(jì)算一次轉(zhuǎn)子速度。由圖5可以得到速度觀測(cè)器的連續(xù)時(shí)間模型：

于是可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)子速度估計(jì)信號(hào)與轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)的關(guān)系為

將連續(xù)時(shí)間表達(dá)式（9）經(jīng)過零階保持采樣Z 變換離散化處理，如果采樣周期為Tz，那么：

將式（10）代入式（9）經(jīng)過整理可得到轉(zhuǎn)速觀測(cè)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的離散時(shí)間估計(jì)算法為

其中

在數(shù)字控制器中，式（11）中的參數(shù)要轉(zhuǎn)換成無量綱的值。因?yàn)檗D(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速ωmax對(duì)應(yīng)數(shù)字控制器的最大值，所以將轉(zhuǎn)子估計(jì)速度ωs變換成定點(diǎn)計(jì)算數(shù)據(jù)格式的ωsD。而實(shí)際轉(zhuǎn)子位置θ的電角度轉(zhuǎn)換成數(shù)字控制器獲得的光電編碼器的增量脈沖信息θD表示，于是將式（11）改寫為

式中，B的值為使得系數(shù)A0，A1和A2的值落在-1～1范圍內(nèi)的最小正整數(shù)。系數(shù)A0，A1和A2的計(jì)算如下：

式中：M為轉(zhuǎn)子機(jī)械位置角對(duì)應(yīng)于數(shù)字控制器內(nèi)存寄存器的計(jì)數(shù)最高值；p 為永磁同步電機(jī)的極對(duì)數(shù)。

然后要確定速度觀測(cè)器的2 個(gè)參數(shù)k1，k2。由式（9）可知，速度觀測(cè)器的特征方程為

根據(jù)系統(tǒng)控制的要求，假設(shè)速度觀測(cè)器的阻尼系數(shù)和頻率帶寬分別為ξ和ωb，那么特征方程式（14）變?yōu)?/p>

比較式（14）和式（15），可以得到速度觀測(cè)器的增益參數(shù)為

因此，只要通過專家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)測(cè)定的方法找出合適的阻尼系數(shù)和頻率帶寬，結(jié)合所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速觀測(cè)器算法，就可以得到當(dāng)前的電機(jī)轉(zhuǎn)速。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

為了驗(yàn)證本文提出的伺服驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)設(shè)計(jì)方案有效性，設(shè)計(jì)了基于DSP的交流永磁同步電機(jī)全數(shù)字伺服實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行了速度測(cè)量與閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)。其中硬件平臺(tái)的DSP 數(shù)字控制器控制核心為TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812，它集成了諸如片上A/D、死區(qū)可調(diào)的PWM 輸出、可對(duì)光電編碼器反饋脈沖自動(dòng)解碼的QEP電路、多項(xiàng)可選的功率保護(hù)模式輸入PDPINT 等外設(shè)，使硬件設(shè)計(jì)大為簡化。功率驅(qū)動(dòng)電路三相電壓逆變器選用三菱公司生產(chǎn)的IPM智能功率模塊，并配以電流采樣等其它輔助電路后得到硬件實(shí)現(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 硬件基本結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Configuration of hardware implement

控制目標(biāo)為和利時(shí)公司生產(chǎn)的60CB020C小慣量、200 W 交流永磁同步伺服電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子為4 對(duì)極，非負(fù)載側(cè)附帶2 500 脈沖/r 反饋的增量式光電編碼器。其它基本參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩0.64 N·m，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，轉(zhuǎn)子慣量0.17 kg·cm2，額定相電流1.27 A，電樞相電阻13.0 Ω，電樞相電感31.87 mH，機(jī)械/電氣時(shí)間常數(shù)1.52/2.45 ms。

伺服驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)軟件實(shí)現(xiàn)是在TI 公司提供的開發(fā)環(huán)境CCS3.3（code composer studio 3.3）下，應(yīng)用C語言開發(fā)完成的。程序?qū)嶋H編寫采用模塊化設(shè)計(jì)，其中與速度環(huán)實(shí)現(xiàn)緊密相關(guān)部分分別為速度環(huán)前向抗積分飽和PI調(diào)節(jié)器子程序與轉(zhuǎn)速計(jì)算子程序，其流程圖分別如圖7和圖8所示。

圖7 抗積分飽和PI調(diào)節(jié)器程序流程圖Fig.7 Flow chart of anti-saturation PI controller

圖8 轉(zhuǎn)速計(jì)算程序流程圖Fig.8 Flow chart of speed calculation

當(dāng)設(shè)定伺服驅(qū)動(dòng)器電流環(huán)采樣頻率，即伺服驅(qū)動(dòng)器基本工作頻率為20 kHz、取速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器內(nèi)部參數(shù)Kp為0.8，Ki和Kc均為0.005，速度觀測(cè)器阻尼系數(shù)和頻帶寬度取為0.7 和1.5 kHz 時(shí)，分別在M/T 法測(cè)速條件下與在應(yīng)用轉(zhuǎn)速觀測(cè)器法測(cè)速條件下得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量結(jié)果如圖9 所示。

圖9 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量對(duì)比圖（50 r/min）Fig.9 The compare of motor speed measurement（50 r/min）

圖9a 為在應(yīng)用M/T 測(cè)速法條件下的測(cè)速結(jié)果；圖9b 為采用轉(zhuǎn)速觀測(cè)器條件下的測(cè)速結(jié)果。由圖9a、圖9b 的對(duì)比可以看出，低速時(shí)傳統(tǒng)M/T法測(cè)速結(jié)果會(huì)產(chǎn)生速度毛刺，嚴(yán)重影響速度控制精度，而在本設(shè)計(jì)方案下，測(cè)速效果得到明顯改善。

為了觀測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)速控制效果，使用了頻/壓變換芯片AD650，該芯片可以根據(jù)輸入編碼器反饋脈沖方波的頻率大小輸出相應(yīng)電壓。設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋對(duì)應(yīng)輸出電壓值范圍為0～8 V，其中額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的輸出電壓值約為7.5 V，得到測(cè)試伺服驅(qū)動(dòng)器速度控制指令跟隨性能如圖10所示。

圖10 中，示波器每格單位為1 V。其中圖10 a 為電機(jī)從靜止加速到1 200 r/min 時(shí)速度變化曲線；圖10 b 為對(duì)應(yīng)減速時(shí)速度變化曲線。

由圖10 可見，在應(yīng)用前向抗積分飽和PI 調(diào)節(jié)器和帶有轉(zhuǎn)速觀測(cè)器的伺服驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)設(shè)計(jì)下，電機(jī)速度調(diào)整平滑，超調(diào)量小，伺服驅(qū)動(dòng)器速度控制性能得到一定的提高。

圖10 速度指令突變時(shí)電機(jī)速度變化曲線Fig.10 The velocity curves when the speed instruction sudden changed

5 結(jié)論

本文提出了帶有轉(zhuǎn)速觀測(cè)器的伺服驅(qū)動(dòng)器速度閉環(huán)控制設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)的速度調(diào)節(jié)器抗積分飽和PI控制器，既兼顧了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器的靈敏度，又克服了智能算法的引入給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所帶來的困難；應(yīng)用轉(zhuǎn)速觀測(cè)器測(cè)速從算法上提高了速度測(cè)量值的準(zhǔn)確性，也在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中簡化了電路設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方法對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)器速度環(huán)轉(zhuǎn)速控制的實(shí)現(xiàn)具有一定指導(dǎo)意義。

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