陈鹏展，唐小琦，李银刚

（华中科技大学，湖北武汉430074）

    摘要：利用dSPACE组件系统构建了伺服系统实时仿真平台，以伺服控制中电流环解耦、速度环参数自整定和位置环前馈控制等问题为研究对象，设计了相应的控制算法和仿真模型，利用已构建仿真平台的软硬件环境，进行了控制模型的实时仿真研究，得到了满意的伺服控制结构和控制参数。

  关键词：伺服控制；dSPACE:实时仿真；控制模型

  中图分类号：TM383.4  文献标识码：A  文章编号：1004 -70IS(2008) 09 -0025 -03

   

0引  言

    伺服控制系统设计一般经历从离线仿真到控制器实物原型验证的开发流程，随着各种伺服控制策略不断涌现，这种开发流程已不能满足快速算法验证和控制器原型极限性能测试等应用需要，必须采用新的技术手段。

    实时仿真已逐渐成为各种控制系统设计的重要工具，实时仿真是指有实物介入仿真回路，仿真模型的时间标尺与真实系统的时间标尺完全相同的仿真【1】。由于实时仿真在仿真回路中介入了难以建立精确数学模型的部分实物，提高了仿真结果的置信度，并且实时仍真能够对控制算法或系统模型在运行过程中的具体状态进行准确描述，为深入了解系统的性能提供了有效途径。

   利用实时仿真技术进行伺服系统开发，不仅可以快速对控制算法进行验证，及时消除设计缺陷，缩短研发周期，而且可以对控制原型进行极限测试，全面考察控制器开发质量以及控制算法可靠程度。本文针对伺服系统的研制开发需要，构建了伺服系统实时仿真平台，并在构建的平台中对伺服系统控制

dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统设计及测试用的工作平台，实现了和MATLAB/Simulink环境的完全无缝连接卫。在-VIATLAB/dSPACE仿真环境中，可以方便地进行各种控制算法设计、代码自动生成和程序下载运行，缩短了从模型设计到仿真验证的过渡时间；不仅如此，dSPACE实时仿真系统还提供了多种稳定可靠的硬件接口卡，可以将各种控制相关对象接入仿真平台构成了完整的控制回路，使得到的验证结果具有与实际运行情况等同的置信度；因此，dSPACE仿真系统能够较好地满足伺服系统控制模型对实时仿真平台的功能需求。本文根据伺服控制过程信号接口要求，逸用了以DS1005处理器板为核心，选配了DS2002、DS2103、DS3001及DS4201等扩展接口卡的dSPACE组件系统以及伺服电动机和功率驱动模块共同构建了伺服控制模型实时仿真平台，仿真平台的硬件结构如图1所示。

    在图l中，通过dSPACE组件系统中的各种硬件接口卡，伺服控制相关的输入输出信号被接入实时仿真平台，dSPACE组件系统、伺服电机和功率驱动构成了一个独立完整的伺服控制回路。为了完成伺服控制过程实旋，必须构造能够进行硬件操作的接口仿真模型，通过模型来对各种接口信号进行处理，得到或输出相应的信号量。伺服系统控制中需要的接口处理模型一般有以下几个部分：转子位置检测模型、定子电流检测模型、电压空间矢量产生模型和速度检测模型。根据上述接口处理模型的功能需求，本文利用dSPACE提供的板卡应用函数设计了对应的接口仿真模型库，如图2所示，通过调用对应的接口模型可以实现控制算法所需的接口信号操作和处理过程。

    基于dSPACE的实时仿真过程一般包含以下几个步骤：

    (1)分析控制过程及被控对象的特征，设计控制方案，建立仿真模型；

    (2)根据建模结果，利用实时工作间将其生成实时代码并自动下载到dSPACE组件系统中；

    (3)用dSPACE提供的综合试验与测试环境软件Control Desk和自动实验及参数调整软件MLIB/MTRACE软件对实时仿真数据进行获取、联机改变参数并进行仿真，进行控制参数优化。按照上述步骤，本文实现了伺服系统中几种控制模型的实时仿真。

    三相交流永磁同步电动机的状态方程为^【3】