伺服電動缸是最常見的電動執行元件,具有定位點數多、定位精度高、傳動效率高、節能省電等特點,在諸多領域得到廣泛應用。伺服電動缸的生產廠商或者使用者都會對其控制性能、運行特性及運行能耗進行考慮,進而影響到伺服電動缸的設計、優化、選型及使用。

采用機電一體化設計的伺服電動缸存在著結構相對復雜、零部件多、零部件耦合性強等特點,一方面會導致對其進行精確控制比較困難,另一方面會對其運行能耗分析與測試帶來困難。因此,對伺服電動缸的運動控制模型進行分析與仿真研究、運行能耗分析與測試顯得十分有必要。

對伺服電動缸進行仿真研究,首先,對采用矢量控制策略的永磁同步電動機的數學模型進行了分析;其次,對基于id=0矢量控制方式的永磁同步電動機位置伺服控制系統的三閉環進行設計,電流環、速度環及位置環的調節器分別采用PI、PI、純比例控制及在速度環與電流環前均增加位置前饋補償控制,以解決永磁同步電動機位置伺服控制系統采用傳統PID控制時存在著位置跟蹤滯后、響應速度慢、超調量大等現象以致其往往不能滿足高跟蹤精度與高跟蹤速度的要求的問題;

再次,把伺服電動缸的機械傳動部分等效為一個主要考慮其剛度、阻尼、慣量與延時效應的模型,推導出其數學模型及傳遞函數;最后,結合永磁同步電動機位置伺服控制系統的數學模型與機械傳動部分的數學模型,推導出伺服電動缸的數學模型,并對伺服電動缸的數學模型進行了MATLAB/Simulink仿真。

對于伺服電動缸的運行能耗測試的研究,首先,根據伺服電動缸的運行機理,分析了伺服電動缸運行能耗的機理及組成,從理論上推導出伺服電動缸的運行能耗的數學模型;

其次,根據伺服電動缸運行特性、試驗條件及試驗需求,設計并搭建了基于LabVIEW的伺服電動缸運行能耗試驗系統;

再次,針對不同運行狀況下的伺服電動缸的運行能耗進行全面的試驗,包括數據采集、處理與分析;最后,根據試驗結果,對從理論推導出的伺服電動缸運行能耗的數學模型進行修正,使根據該模型計算出的伺服電動缸的運行能耗預測值與實測值的誤差率不超過10%,為伺服電動缸的設計、優化、選型及使用提供理論依據與試驗數據。