本文關(guān)鍵詞：基于直接轉(zhuǎn)矩控制的機(jī)床主軸永磁電機(jī)寬調(diào)速方法的研究

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【摘要】：作為機(jī)床最核心的部分之一的主軸電機(jī)控制系統(tǒng)，其輸出性能對(duì)機(jī)床的加工質(zhì)量和工作效率都起著決定性作用。這就要求控制系統(tǒng)不僅要具有較高的加工精度和快速的反應(yīng)能力，且要求在低速區(qū)能夠輸出較大的轉(zhuǎn)矩，在高速區(qū)有著寬廣的恒功率運(yùn)行范圍，同時(shí)具備良好的抗震性和穩(wěn)定性，從而適應(yīng)不同的加工工況要求。 傳統(tǒng)的主軸電機(jī)利用齒輪結(jié)構(gòu)調(diào)速，該結(jié)構(gòu)不僅使系統(tǒng)體積龐大，而且工作效率低，對(duì)能源產(chǎn)生了極大地浪費(fèi)。隨著永磁材料和控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電機(jī)（PMSM）和直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)憑借自身優(yōu)勢(shì)在主軸電機(jī)領(lǐng)域和控制策略領(lǐng)域成為了國(guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。因此，將兩者結(jié)合研究高性能的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)現(xiàn)代化工業(yè)進(jìn)程和對(duì)提高能源利用率都有著非常重要的意義。 本文針對(duì)機(jī)床主軸永磁電機(jī)做基于直接轉(zhuǎn)矩控制的寬調(diào)速方法的研究。將機(jī)床主軸永磁電機(jī)作為控制對(duì)象，深入研究基于DTC的控制策略，搭建主軸電機(jī)控制系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，，在現(xiàn)有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入電機(jī)星角變換環(huán)節(jié)，拓寬調(diào)速范圍。首先在主軸永磁電機(jī)模型的基礎(chǔ)上建立基于DTC的電機(jī)控制系統(tǒng)，并對(duì)控制系統(tǒng)各組成部分的工作原理進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)弱磁控制原理進(jìn)行深入研究，建立了基于直接轉(zhuǎn)矩控制的弱磁控制方法，根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩/電流控制的定子電流與磁鏈的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由查表法確定給定磁鏈值，判斷進(jìn)入弱磁區(qū)域切換時(shí)間，電機(jī)運(yùn)行在弱磁區(qū)域時(shí)，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的升高而降低；之后在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，結(jié)合主軸電機(jī)運(yùn)行情況，分別給出電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)間仿真波形，驗(yàn)證控制策略的可行性與準(zhǔn)確性；采用星角變換的方法拓寬電機(jī)調(diào)速范圍，對(duì)變換前后性能進(jìn)行對(duì)比分析。最后進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，包括以ST公司ARM芯片407為控制核心的控制板電路設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)部分由主程序和中斷程序兩大模塊組成，并詳細(xì)討論了電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術(shù)和弱磁算法的實(shí)現(xiàn)。 通過(guò)進(jìn)行Simulink的仿真研究表明，基于DTC理論的主軸永磁電機(jī)控制系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、電機(jī)參數(shù)依賴性低等優(yōu)點(diǎn)，驗(yàn)證基于DTC技術(shù)的永磁電機(jī)弱磁控制算法的可行性，加入星角變換可有效的拓寬調(diào)速范圍，變換后最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速比較原來(lái)沒(méi)加弱磁的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速比擴(kuò)展至2.2倍；搭建硬件平臺(tái)，同時(shí)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)優(yōu)化及控制策略的改進(jìn)等后續(xù)研究工作奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制 弱磁調(diào)速
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG502.3;TM351
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 課題研究動(dòng)態(tài)10-12
• 1.2.1 PMSM 在寬調(diào)速方面的研究10-11
• 1.2.2 PMSM 控制技術(shù)在寬調(diào)速方面的研究11-12
• 1.3 研究?jī)?nèi)容12-14
• 第2章 DTC 基本原理及其系統(tǒng)組成14-25
• 2.1 永磁電機(jī)數(shù)學(xué)模型14-16
• 2.1.1 ABC 坐標(biāo)系下的 PMSM 數(shù)學(xué)模型14-15
• 2.1.2 αβ坐標(biāo)系下的 PMSM 數(shù)學(xué)模型15
• 2.1.3 dq 坐標(biāo)系下的 PMSM 數(shù)學(xué)模型15-16
• 2.2 主軸永磁電機(jī) DTC 理論16-22
• 2.2.1 DTC 基本概念16-18
• 2.2.2 定子電壓空間矢量18-19
• 2.2.3 定子磁鏈控制和電磁轉(zhuǎn)矩控制19-21
• 2.2.4 開(kāi)關(guān)電壓矢量的合理選擇21-22
• 2.3 主軸永磁電機(jī)控制系統(tǒng)組成與工作原理22-24
• 2.3.1 定子磁鏈觀測(cè)模塊與磁鏈調(diào)節(jié)22-23
• 2.3.2 轉(zhuǎn)矩觀測(cè)模塊與轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 主軸永磁電機(jī)控制系統(tǒng)建模與仿真25-33
• 3.1 軟件簡(jiǎn)介25
• 3.2 主軸永磁電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模型25-29
• 3.2.1 坐標(biāo)變換模塊25-26
• 3.2.2 定子磁鏈估計(jì)與調(diào)制模塊26-27
• 3.2.3 電磁轉(zhuǎn)矩觀測(cè)與調(diào)制模塊27-28
• 3.2.4 扇區(qū)判斷模塊28
• 3.2.5 電壓矢量選擇模塊28-29
• 3.3 系統(tǒng)仿真結(jié)果及其分析29-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第4章 主軸永磁電機(jī)調(diào)速方法33-40
• 4.1 永磁電機(jī)星角變換33
• 4.2 永磁電機(jī)弱磁控制33-37
• 4.2.1 電壓電流極限環(huán)33-35
• 4.2.2 基于矢量控制的 MTPA35-36
• 4.2.3 基于直接轉(zhuǎn)矩的 MTPA36-37
• 4.3 主軸永磁電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩弱磁控制37
• 4.4 仿真結(jié)果37-39
• 4.5 本章小結(jié)39-40
• 第5章 電機(jī)控制系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)40-52
• 5.1 電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)40-44
• 5.1.1 ARM 芯片概述40-41
• 5.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總體框圖41-42
• 5.1.3 硬件最小系統(tǒng)42-44
• 5.2 電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)44-49
• 5.2.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與編程語(yǔ)言44-45
• 5.2.2 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)45-46
• 5.2.3 SVPWM 功能的實(shí)現(xiàn)46-49
• 5.3 實(shí)驗(yàn)分析49-51
• 5.4 本章小結(jié)51-52
• 第6章 結(jié)論52-53
• 參考文獻(xiàn)53-56
• 在學(xué)研究成果56-57
• 致謝57

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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本文編號(hào)：583738