本文關鍵詞：永磁同步電主軸驅(qū)動技術研究

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【摘要】：電主軸是現(xiàn)代數(shù)控機床的核心部件,可以提高數(shù)控系統(tǒng)的加工效率和加工質(zhì)量。永磁同步電主軸(permanent magnet synchronous spindle, PMSS)具有結構緊湊、效率高、功率密度大等優(yōu)勢,是數(shù)控機床應用領域的一個重要趨勢。因此,研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的高端永磁同步電主軸驅(qū)動系統(tǒng)具有重大的意義。本文主要進行了PMSS區(qū)動系統(tǒng)的設計,包含PMSS控制算法軟件系統(tǒng)的設計以及驅(qū)動硬件系統(tǒng)的設計。首先,本文介紹了課題研究的背景和意義,并從電主軸發(fā)展現(xiàn)狀、電主軸驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀以及電主軸驅(qū)動技術研究現(xiàn)狀三個方面做了較為詳細的調(diào)研和闡述。然后,簡介了PMSS的基本結構,建立了PMSS的數(shù)學模型,詳細地介紹了矢量控制和弱磁擴速控制的原理,設計了基于id=0的電流矢量控制、SVPWM脈寬調(diào)制、基于q軸電壓差反饋法的弱磁控制,并利用Matlab/Simulink軟件搭建了PMSS驅(qū)動系統(tǒng)仿真模型,進行了矢量控制和弱磁控制的仿真與分析。其次,考慮到經(jīng)典PI調(diào)節(jié)器對增益變化的敏感性,存在“快速性”和“超調(diào)”的矛盾,以及積分反饋易造成振蕩和積分飽和的缺陷,會對速度環(huán)產(chǎn)生影響,尤其是在系統(tǒng)外部存在負載擾動的情況下,系統(tǒng)的速度跟蹤性能將受到較大影響。因此就PMSS速度擾動技術進行了研究,設計了速度環(huán)自抗擾控制(ADRC)調(diào)節(jié)器,該調(diào)節(jié)器利用擴張狀態(tài)觀測器(ESO)對系統(tǒng)中的內(nèi)外部“總擾動”進行估計及補償,并利用非線性狀態(tài)誤差反饋控制器(NLSEF)對狀態(tài)估計的誤差進行非線性組合來獲得合適的控制量,并進行了相應的仿真與分析。仿真結果顯示采用速度環(huán)ADRC調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)可以很好地抑制外部擾動,可以獲得優(yōu)于經(jīng)典PI調(diào)節(jié)器的控制性能。最后,基于DSP+CPLD進行了永磁同步電主軸驅(qū)動系統(tǒng)的硬件設計以及軟件設計。其中,硬件設計主要包括電源變換器、主控板、主回路、IGBT驅(qū)動器等：軟件設計主要包含電機的啟動策略、矢量控制算法、弱磁控制算法、PI調(diào)節(jié)器等。結合項目組研制的一款永磁同步電主軸,對整個驅(qū)動系統(tǒng)進行了試驗與測試。實驗結果顯示：本課題設計的驅(qū)動系統(tǒng)可實現(xiàn)基速以下到基速以上的平滑過渡,能夠在較寬速度域內(nèi)平穩(wěn)運行且具有一定的魯棒性,這也驗證了本課題所設計的驅(qū)動系統(tǒng)的有效性。
【關鍵詞】：永磁同步電主軸 矢量控制 弱磁控制 擾動研究 DSP
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 PMSS驅(qū)動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀9-15
• 1.2.1 國內(nèi)外電主軸的發(fā)展現(xiàn)狀9
• 1.2.2 國內(nèi)外電主軸驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.2.3 電主軸驅(qū)動技術研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3 課題來源及主要研究內(nèi)容15-17
• 1.3.1 課題來源15
• 1.3.2 課題研究內(nèi)容15-17
• 2 PMSS的數(shù)學模型及其控制技術17-39
• 2.1 PMSS的結構簡介17-18
• 2.2 永磁同步電主軸數(shù)學模型的建立18-19
• 2.3 矢量控制技術19-29
• 2.3.1 坐標變換19-20
• 2.3.2 i_d=0控制20
• 2.3.3 電壓空間矢量PWM(SVPWM)技術20-26
• 2.3.4 矢量控制仿真與分析26-29
• 2.4 PMSS弱磁擴速技術29-38
• 2.4.1 弱磁控制原理30-34
• 2.4.2 基于q軸電壓差反饋法的弱磁控制34-36
• 2.4.3 弱磁控制仿真與分析36-38
• 2.5 本章小結38-39
• 3 PMSS速度環(huán)擾動調(diào)節(jié)器設計39-47
• 3.1 引言39
• 3.2 自抗擾控制器的原理39-41
• 3.2.1 跟蹤微分器(TD)40
• 3.2.2 擴張狀態(tài)觀測器(ESO)40-41
• 3.2.3 非線性狀態(tài)誤差反饋控制器(NLSEF)41
• 3.3 ADRC在PMSS中的應用41-43
• 3.3.1 基于ADRC的速度環(huán)設計與仿真實現(xiàn)41-42
• 3.3.2 ADRC的參數(shù)整定方法42-43
• 3.4 仿真與分析43-45
• 3.5 本章小結45-47
• 4 PMSS驅(qū)動裝置設計47-67
• 4.1 引言47
• 4.2 PMSS驅(qū)動裝置硬件設計47-56
• 4.2.1 驅(qū)動裝置總體硬件結構47
• 4.2.2 電源變換器設計47-49
• 4.2.3 控制器設計49-53
• 4.2.4 主回路設計53-54
• 4.2.5 IGBT驅(qū)動電路設計54-56
• 4.3 PMSS驅(qū)動裝置軟件設計56-59
• 4.3.1 軟件主程序部分56
• 4.3.2 軟件中斷服務程序部分56-58
• 4.3.3 其它程序模塊舉例說明58-59
• 4.4 PMSS驅(qū)動裝置實驗59-65
• 4.4.1 PMSS電氣參數(shù)說明59
• 4.4.2 實驗測試的結果與分析59-65
• 4.5 本章小結65-67
• 5 結論與展望67-69
• 5.1 工作結論67-68
• 5.2 工作展望68-69
• 致謝69-71
• 參考文獻71-75
• 附錄75

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 孫榮俊;永磁同步電主軸驅(qū)動技術研究[D];南京理工大學;2016年

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本文編號：828617