高 栋 胡卫鹏

(西安电子工程研究所 西安 710100)

1 引言

传统的伺服系统设计建立在设计人员的工程经验和经典理论计算基础之上，缺乏系统的理论指导，往往在出现问题后不能对现有系统作出全面的分析从而发现问题的本质。此外，人工编写代码工作量大，且工作繁杂、易出错。因此，设计人员往往会选择较为简单的控制算法来完成伺服系统的设计工作，对于高性能要求的场合这种方法很难满足系统的指标要求。基于上述情况，如何将先进的现代控制理论与实际工程经验有机地结合起来，根据理论来指导工程设计，就成为现代伺服控制系统设计中面临的主要问题。

本文将Matlab软件中的各个组件，如Simulink、Parameter Estimation、Linear Analysys、SISO Tool、RTW Coder等有机地结合起来，从而形成一套从模型建立、参数辨识、系统仿真、控制器设计、产品级代码生成到效果验证的一系列完整的设计流程。

该设计方法不仅可以大大提高伺服系统的设计效率，使理论与工程实践紧密结合，而且可以更加便捷、有效地实现及验证各种类型的控制算法。

2 系统概述

本文研究的伺服系统为X－Y方向的二维系统，结构形式采用齿轮传动。系统采用典型的三环路控制结构，即电流环、速度环和位置环，其控制框图如图1下所示。

图1 控制系统原理框图

3 系统建模

3.1 电机模型的建立

本文选用永磁直流力矩电机，其模型可等效为电枢电阻和绕组电感的串联，即R－L串联结构。模型的建立主要参考二个重要的平衡方程，即电势平衡方程和转矩平衡方程。……