建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，包括：建立同步带模型；建立PMSM控制系统；将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来，并模拟产生同步带转动的负载转矩；利用所述负载转矩驱动所述同步带模型；将所述同步带模型的传动效率和实际同步带的传动效率进行比较，对所述同步带模型精度进行评估；将精度达到要求的所述同步带模型的前端添加作为驱动的所述PMSM控制系统，构建完整的伺服电机传动同步带系统模型；修正所述PMSM控制系统的参数，使所述伺服电机传动同步带系统模型的精度达到设定条件，即完成伺服电机传动同步带系统的建模。提升了同步带传动系统建模的完整性和精确性。

Method of Establishing High Precision Servo Motor Drive Synchronous Belt System Model

The invention discloses a method for establishing a high precision synchronous belt system model of servo motor drive, including: establishing a synchronous belt model; establishing a PMSM control system; connecting the synchronous belt model with the PMSM control system, and simulating the load torque of the synchronous belt rotation; driving the synchronous belt model by using the load torque; and driving the synchronous belt model. The efficiency is compared with the transmission efficiency of the actual synchronous belt, and the accuracy of the synchronous belt model is evaluated; the PMSM control system driven by the front end of the synchronous belt model with the required precision is added to construct a complete model of the servo motor drive synchronous belt system; the parameters of the PMSM control system are modified to make the model of the servo motor drive synchronous belt system. Accuracy reached the set conditions, that is to complete the modeling of servo motor drive synchronous belt system. It improves the completeness and accuracy of synchronous belt drive system modeling.

【技术实现步骤摘要】
建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法
本专利技术涉及伺服电机负载模拟器设计领域，具体地，涉及一种建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法。
技术介绍
目前，伺服电机的性能测试一般有两种方式：(1)传统实物测试(2)负载模拟系统测试。传统的电机性能测试技术存在体积大、加工困难及无法做到无极模拟等缺点，采用负载模拟系统模拟真实负载的运动特性，可以减少试验台控件，节约成本并可以对各种极限状态下的负载过程进行模拟，具有较高的实用意义。其中CARCO公司、美国波音公司等企业都已经有比较成熟的负载模拟器产品，利用这些产品都可以很好的完成各种特定工况下的性能测试。负载模拟系统主要是通过建立虚拟的对象模型来模拟实际的负载，所以建立高精度的模型对负载模拟器的设计是至关重要的。考虑到同步带在各种工业场所大量被使用，为研发高精度的同步带负载模拟器，必须要建立高精度同步带传动系统模型。而现有的常规同步带传动系统建模只建立同步带模型，忽略对驱动同步带的永磁同步电机(PMSM，permanentmagnetsynchronousmotor)控制系统进行建模，导致模型不完整，和实物测试结果不符合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，以实现至少部分的解决现有技术中存在的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，包括：建立同步带模型；建立PMSM控制系统；将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来，并模拟产生同步带转动的负载转矩；利用所述负载转矩驱动所述同步带模型；将所述同步带模型的传动效率和实际同步带的传动效率进行比较，对所述同步带模型精度进行评估；将精度达到要求的所述同步带模型的前端添加作为驱动的所述PMSM控制系统，构建完整的伺服电机传动同步带系统模型；修正所述PMSM控制系统的参数，使所述伺服电机传动同步带系统模型的精度达到设定条件，即完成伺服电机传动同步带系统的建模。优选的，所述建立同步带模型，包括：获取同步带和同步轮的参数；基于获取的参数构建并设置同步带模型的系数；在所述同步轮的轴部设置转矩驱动，驱动所述同步轮转动。优选的，将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来，具体为：依据典型双惯量系统原理将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来。优选的，所述将所述同步带模型的传动效率和实际同步带的传动效率进行比较，对所述同步带模型精度进行评估，包括：如果评估结果不符合要求，则修正所述同步带模型的参数，直到精度符合要求。优选的，所述修正所述同步带模型的参数中，所述参数包括：阻尼参数和刚度参数。优选的，所述传动效率η，为从动轮输出功率与主动轮输入功率之比，在所述主动轮和从动轮的质量、尺寸和大小均相同的前提下，所述传动效率为：其中ω1为从动轮角速度，ω2为主动轮角速度。优选的，所述将所述同步带模型的传动效率和实际同步带的传动效率进行比较中，包括：在伺服电机传动同步带系统响应进入稳态后的时刻计算传动效率。优选的，修正所述PMSM控制系统的参数，使所述伺服电机传动同步带系统模型的精度达到设定条件，即完成伺服电机传动同步带系统的建模，包括：将实物实验测得的曲线和基于所述伺服电机传动同步带系统模型仿真得到的曲线进行对比，对所述伺服电机传动同步带系统模型的精度进行评估。优选的，将实物实验测得的曲线和基于所述伺服电机传动同步带系统模型仿真得到的曲线进行对比，对所述伺服电机传动同步带系统模型的精度进行评估，包括：在低速、中速和高速三种工况下分别基于所述伺服电机传动同步带系统模型进行建模仿真测试，并相应的进行三种工况下的实物实验测试；从而测量每种工况下仿真结果和实物测试的超调量和调节时间，其中调节时间取伺服电机传动同步带系统响应到达并保持在终值5％上下内所需的最短时间。优选的，所述将实物实验测得的曲线和基于所述伺服电机传动同步带系统模型仿真得到的曲线进行对比，对所述伺服电机传动同步带系统模型的精度进行评估，包括：在测量的每种工况下仿真结果和实物测试的超调量和调节时间中选取超调量指标和调节时间指标；所述超调量指标：取建模仿真超调量和实物实验超调量的最大偏差；所述调节时间指标：取建模仿真调节时间和实物实验调节时间的最大偏差；根据超调量指标和调节时间指标对所述伺服电机传动同步带系统模型的精度进行评估。本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术的技术方案，建立同步带模型，并构建和实际伺服驱动系统结构参数相同的PMSM控制系统，产生驱动同步带转动的负载转矩，并依据典型双惯量系统原理建立传动系统，将PMSM控制系统和同步带模型相连接，构成完整的伺服电机传动同步带系统模型。相较于现有常规建模方式忽略同步带驱动模型，提升了同步带传动系统建模的完整性和精确性。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例所述的建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法的流程图；图2为本专利技术实施例所述的同步带模型图；图3为本专利技术实施例所述的PMSM控制系统示意图；图4为本专利技术实施例所述的典型双惯量机械传动模型示意图；图5为本专利技术实施例所述的伺服电机传动同步带系统控制框图；图6为本专利技术实施例所述的伺服电机传动同步带系统总体框图。1-630XL皮带，2-240XL同步轮。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一种建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，包括：S101：建立同步带模型；通过ADAMS软件建立同步带模型，如图2所示。S102：建立PMSM控制系统；利用Simulink软件建立PMSM控制系统。在Simulink上按照图3的方式构建和实际伺服驱动系统结构参数相同的PMSM控制系统，用来产生驱动同步带模型的负载转矩序列。S103：将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来，并模拟产生同步带转动的负载转矩；优选的，依据典型双惯量系统原理将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来。典型双惯量系统原理具体为：根据图4的典型双惯量机械传动模型建立微分方程组，如式(1)所示：式中：Jm--电机转动惯量(kg·m2)；Jl--负载转动惯量(kg·m2)；Cm--电机阻尼系数；Cl--负载阻尼系数；Cw--传动轴阻尼系数；θm--电机转角(rad)；θl--负载转角(rad)；ωm--电机转速(rad/s)；ωl--负载转速(rad/s)；Te--电机电磁转矩(N·m)Tl--负载转矩(N·m)Tw--轴矩(N·m)K--传动轴弹性系数(N·m/rad)考虑实际机械系统中，阻尼的作用一般很小，可以忽略阻尼系数Cm、Cl和Cw。式(1)可简化为式(2)：式(2)中的Jl是同步带系统折算到电机轴上的转动惯量，对同步带系统进行惯量分析，电动机轴上的惯量为：Jl＝Jd+Ji+Jbelt(3)，其中，Jd、Ji分别为主动轮和从动轮转动惯量，Jbelt为同步带皮带相对于电机轴的惯量。由于ADAMS软件每添加一个元件，系统会自动计算出其质量和惯量，通过这种方式可以得到主从动轮、皮带相对于电机轴的转动惯量，由公式(3)可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，其特征在于，包括：建立同步带模型；建立PMSM控制系统；将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来，并模拟产生同步带转动的负载转矩；利用所述负载转矩驱动所述同步带模型；将所述同步带模型的传动效率和实际同步带的传动效率进行比较，对所述同步带模型精度进行评估；将精度达到要求的所述同步带模型的前端添加作为驱动的所述PMSM控制系统，构建完整的伺服电机传动同步带系统模型；修正所述PMSM控制系统的参数，使所述伺服电机传动同步带系统模型的精度达到设定条件，即完成伺服电机传动同步带系统的建模。

【技术特征摘要】
1.一种建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，其特征在于，包括：建立同步带模型；建立PMSM控制系统；将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来，并模拟产生同步带转动的负载转矩；利用所述负载转矩驱动所述同步带模型；将所述同步带模型的传动效率和实际同步带的传动效率进行比较，对所述同步带模型精度进行评估；将精度达到要求的所述同步带模型的前端添加作为驱动的所述PMSM控制系统，构建完整的伺服电机传动同步带系统模型；修正所述PMSM控制系统的参数，使所述伺服电机传动同步带系统模型的精度达到设定条件，即完成伺服电机传动同步带系统的建模。2.根据权利要求1所述的建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，其特征在于，所述建立同步带模型，包括：获取同步带和同步轮的参数；基于获取的参数构建并设置同步带模型的系数；在所述同步轮的轴部设置转矩驱动，驱动所述同步轮转动。3.根据权利要求1所述的建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，其特征在于，将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来，具体为：依据典型双惯量系统原理将所述同步带模型和所述PMSM控制系统连接起来。4.根据权利要求1所述的建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，其特征在于，所述将所述同步带模型的传动效率和实际同步带的传动效率进行比较，对所述同步带模型精度进行评估，包括：如果评估结果不符合要求，则修正所述同步带模型的参数，直到精度符合要求。5.根据权利要求4所述的建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，其特征在于，所述修正所述同步带模型的参数中，所述参数包括：阻尼参数和刚度参数。6.根据权利要求1所述的建立高精度伺服电机传动同步带系统模型的方法，其特征在于，所述传动效率η，为从动轮输出功率与主动轮输入功率之比，在所述主动轮和从动轮的质量、尺寸和大小均相同的前提下，所述传动效率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秦川，白瑞林，朱渊渤，李新，
申请(专利权)人：无锡信捷电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32