高性能矢量控制交流主轴驱动装置的研制

发布时间：2019-11-22 18:43

【摘要】：数控机床主轴驱动系统,是机床的核心组件之一,其性能的优劣对于数控机床的整体评价具有非常重要的意义。目前,主轴驱动系统正朝向高速、精密、智能以及复合等方向发展,在国民经济建设中发挥着重要作用。异步电机以价格低廉、结构简单、可靠性高、维护方便等诸多明显优点,在主轴驱动系统中的应用非常广泛,现在绝大部分数控机床都使用异步电机配备矢量控制变频器的交流主轴驱动系统。本文首先对异步电机矢量控制理论和PI调节器设计做了简单分析;然后从实际应用角度出发,针对转子磁链观测器模型设计、弱磁控制策略研究、转速估计策略研究等关键技术进行了深入的理论分析和仿真实验验证。矢量控制的重点是要解决磁场定向问题,如果定向不准确,就会导致系统解耦不完全,引起系统动、静态性能下降。传统电压、电流模型转子磁链观测器的准确性受电机参数的影响很大。为了解决上述问题,采用一种混合模型转子磁链观测器,并运用二阶巴特沃斯高通滤波器对模型的参数进行了理论计算。仿真结果证明电机参数的改变对转子磁链的影响较小,系统的稳定性得以优化。针对异步电机采用传统弱磁方法不能实现最大转矩输出的缺点,采用了一种全速度范围实现最大转矩输出的电流优化分配控制策略。首先,充分考虑电压和电流限制条件,得出了不同速段的理论最优电流分配原则;然后依据电机实际的状态,采用一种适合于工程实现的电流优化分配策略。仿真结果证明该方法可以实现全速度范围内最大转矩输出,并且有较好的动态响应。转速闭环控制,在高性能矢量控制中是必不可少的。无速度传感器技术的关键是如何正确的获取电机的速度,解决措施是利用易于检测的电压电流信号估算出速度。本文采用反电动势法和滑模观测器两种方法进行转速估计,仿真结果表明两种方法都可以比较准确的估算出电机转速,并且通过仿真对两者的优缺点进行了分析和对比。最后搭建了高性能矢量控制交流主轴驱动装置的实验平台,在此实验平台上对所采用的控制策略的理论分析和仿真研究进行了实验验证。实验结果证明本文采取的控制策略可以很好地解决高性能矢量控制交流主轴驱动装置的部分关键技术,能够明显的改善主轴驱动系统的性能。
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG659

【参考文献】