数控木工加工中心伺服驱动系统仿真设计

0 引言

　　目前，仿真技术往往被用于在设计之后进行模拟试验，其实也可用于复杂系统的设计求解。采用PID控制的控制器设计，为兼顾快速性和稳定性，其控制参数较难确定，而且依靠软硬件实现都比较麻烦。由于进给伺服系统趋于数字化，即控制方法采用时间离散型采样控制，控制器可采用差分模型，先找出系统输入输出的一些关系，再用仿真的方法来反求控制器的各系数，这也是一种有效的设计方法。

1 控制器数学模型的建立

　　建立控制器数学模型，PID控制器的传递函数为:

　　PID控制器的框图见图1。

　　上述公式是线性常系数差分方程组，以此作为控制器的数学模型方便计算机控制系统的实现。差分方程控制器D(Z)模型见图2。

图 2 差分方程控制器 D( Z) 模型

2 伺服驱动系统数学模型的建立

　　根据数控木工加工中心进给速度要求高，而加工精度要求相对低一点的特点，采用半闭环伺服系统和数字控制方式。将伺服进给系统分成机械传动机构和伺服驱动系统。设计要求为进给速度为15m/min，脉冲当量为0.01mm。选择电动机:MDDDT5540，额定功率为1kW，最高转速为3000r/min，增量编码器为10000p/r，丝杠螺距为5mm。为简化结构，只设位置环，不设速度环。伺服驱动系统框图见图3。

　　交流伺服电动机，增量编码器G2=10000P/5mm=2000P/mm，倍率G4=1/(2000×0.01)=0.05。驱动器:一部分为零阶保持器，一部分为限幅器，计数器G3=1。控制器:D(Z)。伺服驱动系统模型见图4，等效变换见图5。