基于amesim的直流电机速度及位置控制仿真.pdf
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基于amesim的直流电机速度及位置控制仿真,摘要电机的调速性能和位置控制在工业化生产现场会经常遇到，因为这些地方经常会碰到一些需要远距离传输及精确定位的情况。比如由电机驱动的自动搬运小车把货物由车间甲点精准运送到乙点，再如直流电机驱动的提升设备需要把物体准确提升到某处，等等。对于这些情况，如果采用速度控制，接近目的地后再实施制动，往往很难达到很高的定位精度;如果...
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摘要
电机的调速性能和位置控制在工业化生产现场会经常遇到，因为这些地方经常会碰到一些需要远距离传输及精确定位的情况。比如由电机驱动的自动搬运小车把货物由车间甲点精准运送到乙点，再如直流电机驱动的提升设备需要把物体准确提升到某处，等等。对于这些情况，如果采用速度控制，接近目的地后再实施制动，往往很难达到很高的定位精度;如果直接采用位置控制，由于积分器的积分饱和，以及能量提供单元，即末级控制单元（FCE）的饱和，使得在传输距离较远时很难或根本不可能实现控制。
本文利用AMEsim软件，构建了电机调速系统的仿真模型，对多种智能方法的仿真实现、性能分析和算法设计等方面进行了深入的研究。本文首先以开环直流调速系统为研究对象，采用面向电气原理结构图的仿真方法，对典型的开环直流调速系统进行了仿真实验分析。其次，以闭环直流调速系统为研究对象，设计了一种基于AMEsim环境的闭环直流调速系统仿真实验平台。
本文通过对其数学建模并合理简化，得出转速与输入电压之间的传递函数，分别以理论推导和仿真试验得到传递函数中系数的求解方法，并根据所得系数设计出以PDF、PID控制为算法的控制参数计算方法，据此采用AMEsim软件对直流电机速度及位置控制进行仿真分析，仿真结果表明采用伪微分反馈控制算法具有响应快、抗干扰性能好等特点。
关键词：速度控制；位置控制；软件仿真； AMEsim
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究背景 2
1.3 国内外研究现状 2
1.4 方法和手段 3
第二章 直流电机数学建模及参数辨识 4
2.1 数学建模的目的 4
2.2 直流电机数学建模 4
2.3 直流电机参数辨识原理 6
2.3.1 直流电机参数辨识方法 6
2.4 直流电机参数辨识及仿真 7
第三章 直流电机速度及位置控制仿真及软件仿真分析 9
3.1 AMEsim介绍 9
3.1.1 AMEsim简介 9
3.1.2 AMEsim使用方法 10
3.2 PDF速度及位置控制参数推导及仿真分析 14
3.2.1 伪微分反馈控制介绍 14
3.2.2 伪微分速度控制参数推导 14
3.2.3 采用伪微分反馈的直流电机速度控制建模及仿真 16
3.2.4 采用伪微分反馈的直流电机位置控制建模及仿真 19
3.3 PID速度及位置控制参数推导及仿真 22
3.3.1 PID控制组成 22
3.3.2 PID控制的现状与发展 22
3.3.3 PID速度控制参数推导 23
3.3.4采用PID的直流电机速度控制建模及仿真 23
3.3.5 采用PID的直流电机位置控制建模及仿真 25
3.4 直流电机速度及位置控制时域、频域性能分析 26
3.4.1 时域分析 26
3.4.2 频域分析 30
第四章 速度及位置控制在线切换 32
4.1 研究在线切换控制的目的 32
4.2 控制系统设计 32
4.3 仿真结果 34
结束语 36
致谢 37
参考文献 38
电机的调速性能和位置控制在工业化生产现场会经常遇到，因为这些地方经常会碰到一些需要远距离传输及精确定位的情况。比如由电机驱动的自动搬运小车把货物由车间甲点精准运送到乙点，再如直流电机驱动的提升设备需要把物体准确提升到某处，等等。对于这些情况，如果采用速度控制，接近目的地后再实施制动，往往很难达到很高的定位精度;如果直接采用位置控制，由于积分器的积分饱和，以及能量提供单元，即末级控制单元（FCE）的饱和，使得在传输距离较远时很难或根本不可能实现控制。
本文利用AMEsim软件，构建了电机调速系统的仿真模型，对多种智能方法的仿真实现、性能分析和算法设计等方面进行了深入的研究。本文首先以开环直流调速系统为研究对象，采用面向电气原理结构图的仿真方法，对典型的开环直流调速系统进行了仿真实验分析。其次，以闭环直流调速系统为研究对象，设计了一种基于AMEsim环境的闭环直流调速系统仿真实验平台。
本文通过对其数学建模并合理简化，得出转速与输入电压之间的传递函数，分别以理论推导和仿真试验得到传递函数中系数的求解方法，并根据所得系数设计出以PDF、PID控制为算法的控制参数计算方法，据此采用AMEsim软件对直流电机速度及位置控制进行仿真分析，仿真结果表明采用伪微分反馈控制算法具有响应快、抗干扰性能好等特点。
关键词：速度控制；位置控制；软件仿真； AMEsim
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究背景 2
1.3 国内外研究现状 2
1.4 方法和手段 3
第二章 直流电机数学建模及参数辨识 4
2.1 数学建模的目的 4
2.2 直流电机数学建模 4
2.3 直流电机参数辨识原理 6
2.3.1 直流电机参数辨识方法 6
2.4 直流电机参数辨识及仿真 7
第三章 直流电机速度及位置控制仿真及软件仿真分析 9
3.1 AMEsim介绍 9
3.1.1 AMEsim简介 9
3.1.2 AMEsim使用方法 10
3.2 PDF速度及位置控制参数推导及仿真分析 14
3.2.1 伪微分反馈控制介绍 14
3.2.2 伪微分速度控制参数推导 14
3.2.3 采用伪微分反馈的直流电机速度控制建模及仿真 16
3.2.4 采用伪微分反馈的直流电机位置控制建模及仿真 19
3.3 PID速度及位置控制参数推导及仿真 22
3.3.1 PID控制组成 22
3.3.2 PID控制的现状与发展 22
3.3.3 PID速度控制参数推导 23
3.3.4采用PID的直流电机速度控制建模及仿真 23
3.3.5 采用PID的直流电机位置控制建模及仿真 25
3.4 直流电机速度及位置控制时域、频域性能分析 26
3.4.1 时域分析 26
3.4.2 频域分析 30
第四章 速度及位置控制在线切换 32
4.1 研究在线切换控制的目的 32
4.2 控制系统设计 32
4.3 仿真结果 34
结束语 36
致谢 37
参考文献 38
