基于dSPACE的伺服控制模型實(shí)時(shí)仿真研究
陳鵬展,唐小琦,李銀剛
(華中科技大學(xué),湖北武漢4300174)
摘要:利用dSPACE組件系統(tǒng)構(gòu)建了伺服系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺,以伺服控制中電流環(huán)解耦、速度環(huán)參數(shù)自整定和位置環(huán)前饋控制等問題為研究對象,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制算法和仿真模型,利用已構(gòu)建仿真平臺的軟硬件環(huán)境,進(jìn)行了控制模型的實(shí)時(shí)仿真研究,得到了滿意的伺服控制結(jié)構(gòu)和控制參數(shù)一
關(guān)鍵詞:伺服控制;dSPACE;實(shí)時(shí)仿真;控制模型
中圖分類號:TM383.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1004-7018(2008)09—0025一03
0 引 言
伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般經(jīng)歷從離線仿真到控制器實(shí)物原型驗(yàn)證的開發(fā)流程,隨著各種伺服控制策略不斷涌現(xiàn),這種開發(fā)流程已不能滿足快速算法驗(yàn)證和控制器原型極限性能測試等應(yīng)用需要,必須采用新的技術(shù)手段。實(shí)時(shí)仿真已逐漸成為各種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要工具,實(shí)時(shí)仿真是指有實(shí)物介入仿真回路,仿真模型的時(shí)間標(biāo)尺與真實(shí)系統(tǒng)的時(shí)間標(biāo)尺完全相同的仿真[1]。由于實(shí)時(shí)仿真在仿真回路中介入了難以建立精確數(shù)學(xué)模型的部分實(shí)物,提高了仿真結(jié)果的置信度,并且實(shí)時(shí)仿真能夠?qū)刂扑惴ɑ蛳到y(tǒng)模型在運(yùn)行過程中的具體狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確描述,為深人了解系統(tǒng)的性能提供了有效途徑。
利用實(shí)時(shí)仿真技術(shù)進(jìn)行伺服系統(tǒng)開發(fā),不僅可以快速對控制算法進(jìn)行驗(yàn)證,及時(shí)消除設(shè)計(jì)缺陷,縮短研發(fā)周期,而且可以對控制原型進(jìn)行極限測試,全面考察控制器開發(fā)質(zhì)量以及控制算法可靠程度。本文針對伺服系統(tǒng)的研制開發(fā)需要,構(gòu)建了伺服系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺,并在構(gòu)建的平臺中對伺服系統(tǒng)控制算法進(jìn)行了實(shí)時(shí)仿真研究,得到較為滿意的伺服控制結(jié)構(gòu)和控制參數(shù)。
1實(shí)時(shí)仿真平臺構(gòu)建
dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是由德國dSPACE公司開發(fā)的一套基于MATLAB/simuilnk的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及測試用的工作平臺,實(shí)現(xiàn)了和MATLAB/simulink環(huán)境的完全無縫連接[2]。在MATLAB/dSPACE仿真環(huán)境中,可以方便地進(jìn)行各種控制算法設(shè)計(jì)、代碼自動生成和程序下載運(yùn)行,縮短了從模型設(shè)計(jì)到仿真驗(yàn)證的過渡時(shí)間;不僅如此,dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)還提供了多種穩(wěn)定可靠的硬件接口卡,可以將各種控制相關(guān)對象接入仿真平臺構(gòu)成了完整的控制回路,使得到的驗(yàn)證結(jié)果具有與實(shí)際運(yùn)行情況等同的置信度;因此,dSPACE仿真系統(tǒng)能夠較好地滿足伺服系統(tǒng)控制模型對實(shí)時(shí)仿真平臺的功能需求。本文根據(jù)伺服控制過程信號接口要求,選用了以DSl005處理器板為核心,選配了DS2002、DS2103、DS3001及DS4201等擴(kuò)展接口卡的dSPACE組件系統(tǒng)以及伺服電動機(jī)和功率驅(qū)動模塊共同構(gòu)建了伺服控制模型實(shí)時(shí)仿真平臺,仿真平臺的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在圖l中,通過dSPACE組件系統(tǒng)中的各種硬件接口卡,伺服控制相關(guān)的輸入輸出信號被接入實(shí)時(shí)仿真平臺,dSPACE組件系統(tǒng)、伺服電機(jī)和功率驅(qū)
圖1實(shí)時(shí)仿真平臺硬件結(jié)構(gòu)圖
動構(gòu)成了一個獨(dú)立完整的伺服控制回路。為了完成伺服控制過程實(shí) ,必須構(gòu)造能夠進(jìn)行硬件操作的接口仿真模型,通過模型來對各種接口信號進(jìn)行處理,得到或輸出相應(yīng)的信號量。伺服系統(tǒng)控制中需要的接口處理模型一般有以下幾個部分:轉(zhuǎn)子位置檢測模型、定子電流檢測模型、電壓空間矢量產(chǎn)生模型和速度檢測模型。根據(jù)上述接口處理模型的功能需求,本文利用dSPACE提供的板卡應(yīng)用函數(shù)設(shè)計(jì)了對應(yīng)的接口仿真模型庫,如圖2所示,通過調(diào)用對應(yīng)的接口模型可以實(shí)現(xiàn)控制算法所需的接口信號操作和處理過程。
圖2實(shí)時(shí)仿真接口模型庫
2控制模型實(shí)時(shí)仿真
基于dsPAcE的實(shí)時(shí)仿真過程一般包含以下幾個步驟:
(1)分析控制過程及被控對象的特征,設(shè)計(jì)控制方案,建立仿真模型;
(2)根據(jù)建模結(jié)果,利用實(shí)時(shí)工作問將其生成實(shí)時(shí)代碼并自動下載到dsPAcE組件系統(tǒng)中;
(3)用dsPAcE提供的綜合試驗(yàn)與測試環(huán)境軟件controlDesk和自動實(shí)驗(yàn)及參數(shù)調(diào)整軟件MLIB/MTRACE軟件對實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、 |