交流异步主轴电机驱动控制研究

发布时间：2017-10-22 12:00

  本文关键词：交流异步主轴电机驱动控制研究

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【摘要】：交流异步主轴电机驱动控制系统作为高性能数控机床的核心功能部件,其性能要求不仅具高速、高精、高动静态特性,还需具备快速启停以及大转矩输出的能力。在参考分析国内外文献和资料的基础上,提出了一种基于零矢量作用时间的异步电机弱磁控制策略,并以此研制交流异步主轴电机驱动控制系统。本文首先对交流异步主轴电机驱动控制的国内外发展现状及趋势进行了介绍,对异步电机调速控制策略进行了归纳总结,在此基础上对本系统采用的转子磁场定向的矢量控制进行具体介绍。矢量控制完成了电机励磁分量与转矩分量的解耦控制,使得对异步电机的控制难度大大降低。本文就矢量控制中几个关键问题进行分析,其中包含坐标变换理论、电机在两相旋转坐标系下的数学模型、转子磁场定向原理、磁链观测器的设计、SVPWM及其过调制技术。在此基础上提出异步电机弱磁控制算法。异步电机在基速以上运行受最大电压和最大电流的限制,本文对异步主轴电机全频段运行区域进行了划分,在此基础上进行电流的分配。通过对几种主要弱磁控制方法进行分析,结合本系统自身特点,提出一种基于零矢量作用时间的异步电机弱磁控制方法,并对该方法进行了详细的分析说明。本文所提出的方法充分利用了母线电压,能够高速运行并实现大转矩输出。节能作为一个永不过时的话题,针对异步电机矢量控制中采用恒磁通控制方式,使得系统效率不高的问题,本文对系统的效率优化方法进行了研究。首先对异步电机驱动系统的损耗进行了深入详细的分析,通过对目前主流几种效率优化方法进行分析对比,选取一种适宜的控制方法运用于本系统中。采用的方法能够完成系统效率的优化并且实现简单。本文对提出的几个重要算法都进行了仿真验证,在理论验证正确的前提下,对交流异步主轴电机驱动控制系统软硬件平台进行了搭建。在以TI的DSP TMS320F2812芯片为控制核心,以三菱的智能功率模块(IPM)为功率驱动核心的硬件系统以及采用模块化的矢量控制软件系统组成的系统平台上,对系统进行了逐步调试,最终完成交流异步主轴电机驱动控制系统的研制,实验结果表明系统具有良好的控制性能。
【关键词】：异步主轴电机 转子磁场定向 弱磁控制 大转矩输出 效率优化
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659;TM343
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景及意义14
• 1.2 异步主轴电机驱动控制要求14-15
• 1.3 主轴驱动技术国内外研究现状及发展趋势15-18
• 1.3.1 电机结构与主电路功率拓扑结构的研究16-17
• 1.3.2 感应电机的磁场定向问题17
• 1.3.3 PWM电压调制方法17-18
• 1.3.4 电流的解耦控制18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第二章 异步电机矢量控制理论基础20-34
• 2.1 坐标变换理论20-21
• 2.2 两相旋转坐标系下数学模型21-22
• 2.3 基于转子磁场定向的矢量控制22-23
• 2.4 转子磁链观测模型设计23-25
• 2.5 SVPWM及其过调制技术25-33
• 2.5.1 SVPWM原理介绍26-27
• 2.5.2 SVPWM过调制技术27-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 异步主轴电机弱磁控制34-46
• 3.1 弱磁控制理论分析34-39
• 3.1.1 异步主轴电机全频段运行区域划分34-35
• 3.1.2 异步主轴电机全频段运行电流分配35-39
• 3.2 几种主要的弱磁控制方法39-40
• 3.3 基于零矢量作用的异步电机弱磁控制方法40-42
• 3.4 仿真结果及分析42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 考虑铁损的异步电机最大效率控制46-58
• 4.1 异步电机驱动系统损耗分析46-48
• 4.2 异步电机驱动系统效率优化控制策略48-51
• 4.2.1 损耗模型控制48-49
• 4.2.2 搜索算法控制49
• 4.2.3 混合法49-50
• 4.2.4 最小定子电流控制50-51
• 4.3 仿真结果及分析51-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 系统软硬件设计58-74
• 5.1 系统硬件设计58-68
• 5.1.1 系统硬件架构设计58-59
• 5.1.2 系统功率驱动板的设计59-61
• 5.1.3 开关电源的设计61-62
• 5.1.4 系统控制电路板的设计62-68
• 5.2 系统软件设计68-73
• 5.2.1 软件架构68-69
• 5.2.2 主程序设计69
• 5.2.3 定时器下溢中断服务程序69-70
• 5.2.4 弱磁控制算法70-71
• 5.2.5 故障保护中断服务程序71-72
• 5.2.6 CAP3捕获中断服务程序72-73
• 5.3 本章小结73-74
• 第六章 系统实验与结果分析74-83
• 6.1 实验平台搭建74-75
• 6.2 相关参数的设置75-76
• 6.3 系统实验的调试76-82
• 6.3.1 开环空载实验76
• 6.3.2 定子电流、速度采样76-77
• 6.3.3 电流闭环实验77-78
• 6.3.4 转子磁链角观测模型的验证78-79
• 6.3.5 速度闭环实验79
• 6.3.6 交流异步主轴电机弱磁控制实验79-81
• 6.3.7 交流异步主轴电机效率优化实验81-82
• 6.4 本章小结82-83
• 总结与展望83-84
• 参考文献84-88
• 攻读学位期间发表论文88-90
• 致谢90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨文强,贾正春;面向21世纪的数控机床交流主轴驱动系统[J];船电技术;2001年01期

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7 杨s，

本文编号：1078226