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(tái)，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(wèn)題為研究對(duì)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(tái)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(mǎn)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(lèi)號(hào)：TM383．4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(xiàn)仿真到控制器實(shí)物原型驗(yàn)證的開(kāi)發(fā)流程，隨著各種伺服控制策略不斷涌現(xiàn)，這種開(kāi)發(fā)流程已不能滿(mǎn)足快速算法驗(yàn)證和控制器原型極限性能測(cè)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(guò)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(kāi)發(fā)，不僅可以快速對(duì)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(duì)控制原型進(jìn)行極限測(cè)試，全面考察控制器開(kāi)發(fā)質(zhì)量以及控制算法可靠程度。本文針對(duì)伺服系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)需要，構(gòu)建了伺服系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，并在構(gòu)建的平臺(tái)中對(duì)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(mǎn)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(tái)構(gòu)建
dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是由德國(guó)dSPACE公司開(kāi)發(fā)的一套基于MATLAB／simuilnk的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及測(cè)試用的工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了和MATLAB／simulink環(huán)境的完全無(wú)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(dòng)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(guò)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(duì)象接入仿真平臺(tái)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(mǎn)足伺服系統(tǒng)控制模型對(duì)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的功能需求。本文根據(jù)伺服控制過(guò)程信號(hào)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(dòng)機(jī)和功率驅(qū)動(dòng)模塊共同構(gòu)建了伺服控制模型實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，仿真平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在圖l中，通過(guò)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(hào)被接入實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，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(tái)硬件結(jié)構(gòu)圖
動(dòng)構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)立完整的伺服控制回路。為了完成伺服控制過(guò)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(guò)模型來(lái)對(duì)各種接口信號(hào)進(jìn)行處理，得到或輸出相應(yīng)的信號(hào)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(gè)部分：轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)模型、定子電流檢測(cè)模型、電壓空間矢量產(chǎn)生模型和速度檢測(cè)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(duì)應(yīng)的接口仿真模型庫(kù)，如圖2所示，通過(guò)調(diào)用對(duì)應(yīng)的接口模型可以實(shí)現(xiàn)控制算法所需的接口信號(hào)操作和處理過(guò)程。
圖2實(shí)時(shí)仿真接口模型庫(kù)
2控制模型實(shí)時(shí)仿真
基于dsPAcE的實(shí)時(shí)仿真過(guò)程一般包含以下幾個(gè)步驟：
(1)分析控制過(guò)程及被控對(duì)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(wèn)將其生成實(shí)時(shí)代碼并自動(dòng)下載到dsPAcE組件系統(tǒng)中；
(3)用dsPAcE提供的綜合試驗(yàn)與測(cè)試環(huán)境軟件controlDesk和自動(dòng)實(shí)驗(yàn)及參數(shù)調(diào)整軟件MLIB/MTRACE軟件對(duì)實(shí)時(shí)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、 |
