基于宏/微驱动模式的双电机控制系统仿真研究(3)
第4章：针对两级平台的搭配作用，本文设计了用于调节的协调控制模块对精通道平台的工作状态进行了控制，此切换策略运用了S-Function模块构建方法，通过计算机语言的编程完成连接和协调。在系统的三个环节中均运用了PID控制器，以电流环、速度环到位置环的顺序由里到外，一步步进行整定，由于外侧位置环控制性能好可以增强内环的抗扰动能力，本文针这一特点进行了进一步仿真实验研究，通过合理的整定方法得到了参数值，在典型信号输入以后，观察其响应曲线以及误差曲线，跟踪比较分析其控制精度和性能，得出相应的调整方案和心得。
第5章：总结本文的主要工作以及得出的结论。
2 两级平台驱动结构分析
本章针对宏/微平台的相关原理控制进行研究分析，设计出宏驱动平台和微驱动平台的驱动结构，阐述系统中涉及的矢量控制算法的原理，以及与之相对应的坐标系转换方法，利用等效原理简化控制结构。
2.1 伺服系统的驱动结构
在本课题的研究中，宏、微驱动平台又可以被称为粗通道平台和精通道平台。尽管两个平台都是伺服系统，但是根据实际运行过程中，两种平台的功能以及需要达到的精度范围有所不同，因而我们设计出两种有所区别的平台结构，分别承担各自的职能。以下分别给予分析和解释：
图2.1 粗通道平台结构模型框图
粗通道平台结构如框图2.1所示，由于粗通道平台精度要求不高，采用传统的驱动方式就能满足需求，因此本课题中选用永磁交流同步电机作为粗通道平台的伺服电机。根据图示，粗通道平台是由控制器、伺服电机、减速器、负载以及位置反馈部分组成的。其中控制器的作用是对输入信号进行采集和计算，将处理过的数据信号传递给驱动系统进行控制。减速器的主要作用对象是伺服电机和粗通道平台之间的转速，通过降低电机的转速来增大转矩，然而，也相对降低了系统的精度。系统的电流环、速度环被置于各自系统内部，只有位置环位于系统反馈回路，用于反馈粗通道平台的当前位置信息，实现系统位置环的闭环控制。
图2.2 精通道平台结构模型框图
精通道平台模型结构如图2.2所示，它的整体结构与粗通道平台十分接近，然而，由于精通道平台的主要作用是补偿粗通道平台控制性能，精度要求相对较高，因此一般的交流电机不能够满足它的设计要求，所以在结构设计中从驱动器到执行部分都要进行相应的调整。本文使用压电陶瓷驱动器作为驱动系统，直驱电机作为执行机构。压电陶瓷在高精密的大型设备中得到广泛应用，它在纳米级别的控制系统中有着十分有效的驱动作用。而直驱电机则可将一般电机中的传动结构去除，减少传动过程的误差，以此满足较高的响应速率和良好的控制性能。
粗通道平台和精通道平台在结构上整体基本相同，又根据各自职能，存在差异，然而，它们同样都是采用交流电机作为执行结构，因此为了整体系统能够顺利运行，需要在两级平台之间建立合适的协调控制策略来进行调控，这样两级平台才能够有选择性的高效的完成控制任务。
2.2 矢量控制
2.2.1 矢量控制原理的概述
矢量控制，是一种交流伺服电机控制技术，具有较高的性能，亦称为磁场定向控制。本课题在研究设计思路搭建仿真模型的过程中采用了矢量控制的方法。直流电动机因其电磁转矩的转换关系简单，控制相对容易；而交流电动机的电磁转矩转换关系不太容易掌握，控制起来较难。所以我们非常希望能够通过简单的直流电机控制相对复杂的伺服系统。交流电动机与直流电动机产生转矩的方式是相同的，即：