0 引言

某舰炮伺服控制系统采用典型的三环回路控制结构，即：位置环、速度环、电流环。计算机作为位置环控制器核心，对整个伺服控制系统以及舰炮整体采取集中监控、离散控制。位置环控制器算法由计算机程序实现，其核心是一段分段离散PID控制语句。速度环和电流环分别集成在伺服驱动器内部，速度环和电流环都采用了PI控制器。舰炮伺服系统的控制精度可以从两方面提高，一是选用更高精度的伺服驱动器以及执行机构，二是通过改进位置环控制器算法。因此为了研究控制器算法，建立被控对象的仿真模型非常必要，文献[5]建立了直流无刷电机伺服系统的速度环和电流环，并没有对位置环进行研究，不能实现定角度运行。文献[6，7]对无刷直流电机的数学模型进行了深入研究，分析了产生脉动的数学机理，并且给出了一些可行性改进措施。本文根据实际物理模型，旨在建立与实际舰炮伺服系统相一致的仿真模型。建立逼近的仿真模型对于研究位置环控制算法具有重要意义。

3.从学习型社会构建的角度来看待继续教育创新发展的必然性。构建学习型社会是党中央提出的全面落实小康社会的建设目标之一，强调的是由阶段性的学校教育发展为人的全面发展的终身教育［5］。学习型社会的构建就是要满足人们个性化、多样化学习的要求，这种情况下，继续教育就不能局限于既有的职业技能培训等任务，而应该主动对接学习型社会建设要求，提供丰富多样的继续教育资源，创造良好的全民学习场所。

1 三环回路BLCDM数学模型

根据文献[1，4]，无刷直流电机动态结构框为图1中虚线框，据此构建了数学模型下的三环回路控制系统，结构原理如图1所示。

  

图1 三环回路控制原理框图Fig.1 Three loop control schematic diagram

其中小虚线框部分为电机控制对象，大实线框是电流环和速度环，为了简化控制系统数学模型，图中省略了速度反馈检测装置和位置环检测装置，认为反馈系数为1，忽略检测装置的延迟，认为检测信号瞬时完成，这样简化并不影响我们后面的数学分析。

碳排放与经济增长——基于湖北省1997-2015年的数据分析 …………………………………………… 王 丹 张 凯（6/03）

带入各部分传递函数，可以得到系统正向控制闭环传递函数：

在目前神经网络的应用中，绝大部分学者使用BP神经网络进行瓦斯涌出量方面的预测[1]，但是BP网络在函数逼近时采用扶梯度下降法进行权值调节，这种方法存在收敛速度慢和局部极小的缺点[2]。

速度和电流控制器均采用PI控制器，PI控制器的数学模型 Kp+Ki/s；PWM 和 IGBT 数学模型为 Kc/（Tcs+1），其中Tc为PWM控制器的平均失控时间，Tc根据PWM调制频率而定Tc=1/f，Kc为控制器功率放大系数。

 

可以看出系统是5阶线性系统，PI控制器的参数可以通过计算获得想要的性能参数[4]，这里我们将系统调节成3阶线性系统，通过调节PI参数，获得相应极点位置，来达到系统满意的响应指标。

根据控制目标，做了以下假设：

根据原理图搭建数学仿真模型，其中伺服驱动器放大系数根据经验取值25，电枢漏磁时间常数Lm=0.0005，负载转矩20Nm，在Matlab工具箱帮助下，通过参数调节Kp1=12，Ki1=0.01（积分系数也可以等于零，此时系统变成二阶系统）仿真结果如图2所示，从图2中看出，数学模型下系统响应很快，系统到达最高转速几乎没有超调，实际物理伺服系统的加速度并做不到这么大，仿真结果无法逼近实际的运行状态，再加上物理系统存在库伦摩擦、控制器饱和等非线性因素，导致了数学模型在实际工程中无法应用，因此有必要建立更加接近物理系统的仿真模型。

电流控制器设计：电流给定与霍尔信号逻辑处理模块的输出相乘，得到给定期望电流，之后与反馈电流相减，差值信号经过PI控制器输出给PWM发生器，控制占空比，PWM发生器输出PWM波驱动桥臂上的IGBT。电流环控制器结构总图如图4所示。

电流比较环节完成了给定电流和反馈电流的差，然后将电流差值送入电流PI控制器，PI控制器输出送给PWM发生器，产生的PWM波驱动IGBT，如图6、7所示。

 

（2）同时认为PWM环节动态响应很快，忽略PWM模型时滞的影响，将伺服控制器数学模型简化成比例环节，即（Tcs+1）=1，这时系统模型简化为：

 

瓜蒌及其蒸制品中总氨基酸、总黄酮和总皂苷的含量比较研究………………………邹纯才，宗倩妮，张文芝，鄢海燕（61）

  

图2 数学模型调转60°速度响应曲线Fig.2 Mathematical model steps 60°response curve

2 基于SIMPOWER工具箱建立的伺服系统仿真模型[2 ]

霍尔信号处理模块：对于三相电机，需要配备三个霍尔传感器来检测转子相对电枢位置，霍尔传感器根据检测到的开关信号，经过逻辑处理，转化成导通桥臂的逻辑信号，检测位置与相序关系如表1所示，模块原理图如图5所示。

速度环是将给定转速与反馈转速做比较，给出误差信号，经过PI控制器，转换成相应的转矩输出，给电流控制器，其中对转速和PI控制器都进行了饱和限制，模拟实际系统的最高转速饱和，如图3所示。

  

图3 速度控制器仿真模型Fig.3 Velocity controller simulation model

（1）PI2控制器的参数与电机大惯性环节参数相等，分子分母零极点对消，即：

  

图4 电流控制器仿真模型结构总图Fig.4 Current controller simulation model

根据原理图1，利用Matlab的SIMPOWER工具箱搭建控制系统仿真模型，该模型包含了IGBT驱动电路、电机模型、霍尔信号检测，PWM发生环节等。其中电机模型采用了工具箱自带的模块。以下主要针对速度环，电流环进行分析。

 

表1 霍尔传感器信号输入输出编码表Tab.1 Hallelement input&output signalcoding

  

导通相 霍尔信号 导通桥臂 导通IGBT AB 101 1-10 VT1 VT6 AC 100 10-1 VT1 VT2 BC 110 01-1 VT3 VT2 BA 010 -110 VT3 VT4 CA 011 -101 VT5 VT4 CB 001 0-11 VT5 VT6无000 111 000 000 全关霍尔信号：1代表有信号，0代表无信号，如第一行表示检测到AC相有信号。导通桥臂：1代表桥臂导通，-1代表下桥臂导通，0代表关断，如第一行表示VT1和VT6导通。

  

图5 decoder霍尔信号逻辑处理模块Fig.5 Hall signal logical process model

而数据仓库集成是从不同数据库中提取数据后将它们集成并存储到一个集中的数据库中，然后再对集成的数据库进行智能的多重、复合和交叉检索[3]。数据仓库集成强调的不是检索的转换，而是实际数据源的转换集成。因此，相比之下数据仓库集成系统减少了对网络数据实时访问性能的依赖，有效地消除了如网络瓶颈、低响应时间和突发的数据源不可用等问题。同时，由于数据仓库的特殊特征，数据仓库集成也方便构建面向特定主题的数据库，提高数据检索速度，并实现对决策支持的检索。目前采用数据仓库方法的系统有GUS[4]，BioMolQuest[5]，InterPro[6]等。

  

图6 电流比较环节Fig.6 Current compare block

  

图7 电流PI调节和PWM发生环节Fig.7 Current PI controller and PWM generator block

位置环控制器是由S-function模块实现，模块功能是将给定位置和反馈位置实时比较，经过非线性分段PID处理，输出相对应的转速控制信号，模块程序流程图如图8所示。

为了构建实际系统的仿真模型，保证与实际系统相匹配，电机部分参数测量获得，单相电阻R=0.05Ω，电机铭牌标示额定转速3000r/min，电机额定输入电压AC165V，实际测量直流母线测端电压255V，启动最大电流155A，额定输出转矩30Nm，静转矩75Nm（最大值），最大转矩200Nm，电机轴转动惯量 Ge=0.0454kg·m2。

本文只针对舰炮高低系统做仿真，由于实际高低系统通过齿轮啮合将力矩传送给高低，在设计位置环控制器的时候将减速比计算在内，仿真显示速度和误差都是按照舰炮高低实际运行的速度来显示，保持与舰炮监控台的一致的速度显示效果，经过模型参数设置、PID参数调试，仿真结果如下：

等速 60°/s 转动60°，速度、误差响应曲线如图9所示。

正弦运动，振幅25°，周期 3.75s，速度、误差响应曲线如图10所示。

  

图8 位置环控制器程序流程图Fig.8 Position loop controller program flow chart

  

图9 等速60°/s转动60°速度、误差响应曲线Fig.9 Constant speed 60°/s rotate 60°velocity error response curve

  

图10 正弦运动，周期3.75s、幅度25°速度、误差响应曲线Fig.10 Sinusoidal motion Cycle 3.75s Amplitude 25°velocity error response curve

从等速60°/s误差曲线可以看出，加速、减速阶段误差比较大，达到2mrad左右。当运行时间大于等于2s的时候，速度经过位置环控制器调整，误差减小，达到了0.1mrad，基本保持了与实际伺服系统一致的运行结果。

从正弦运动误差曲线看出，误差保持在正负0.8mrad范围内，与实际物理伺服系统保持一致。

3 结论

仿真模型能够实现调转、等速、正弦运动三种基本运动形式，仿真的速度、误差曲线与实际物理系统基本一致，所建立的仿真模型很好的模拟了实际物理系统，能为分析和设计位置环控制器提供帮助。

开天辟地、敢为人先的首创精神反映的是早期共产党人在探索救国救民道路中敢为人先、敢于创新的精神状态，彰显了共产党人走在时代前列的责任担当。李大钊是中国传播马克思主义的第一人，为宣传马克思主义及筹建中国共产党做出了卓越贡献；陈独秀在上海创建了中国共产党第一个组织，为中国共产党的正式成立奠定了组织基础；陈望道首译《共产党宣言》，成为传播马克思主义经典之作的代表；毛泽东开辟了农村包围城市、武装夺取政权的革命道路，成为马克思主义中国化的开拓者。

参考文献：

[1]张琛.直流无刷电机原理及应用[M].上海：机械工业出版社，1995.

[2]洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模与仿真[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]叶金虎.现代无刷直流永磁电动机的原理和设计[M].北京：科学出版社，2007.

[4]陈伯时.电力拖动自动控制系统（第三版）[M].北京：机械工业出版社，1992.

[5]杨向宇，杨进，邹利平.直流无刷电机控制系统的建模与仿真[J].华南理工大学学报，2005，8.

[6]许镇琳，柔建平，王秀芝.永磁式BLCDM交流伺服系统转矩脉动最小化[J].天津大学学报，1994，4.

[7]许镇琳，吴忠，王秀芝，江伟.无刷直流伺服电机换向最优控制[J].自动化学报，1996，4.