本文關鍵詞：基于直接轉矩控制的機床主軸永磁電機寬調速方法的研究

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【摘要】：作為機床最核心的部分之一的主軸電機控制系統(tǒng)，其輸出性能對機床的加工質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能力，且要求在低速區(qū)能夠輸出較大的轉矩，在高速區(qū)有著寬廣的恒功率運行范圍，同時具備良好的抗震性和穩(wěn)定性，從而適應不同的加工工況要求。 傳統(tǒng)的主軸電機利用齒輪結構調速，該結構不僅使系統(tǒng)體積龐大，而且工作效率低，對能源產生了極大地浪費。隨著永磁材料和控制技術的發(fā)展，永磁同步電機（PMSM）和直接轉矩控制（DTC）技術憑借自身優(yōu)勢在主軸電機領域和控制策略領域成為了國內外關注的熱點。因此，將兩者結合研究高性能的永磁同步電機控制系統(tǒng)對促進現(xiàn)代化工業(yè)進程和對提高能源利用率都有著非常重要的意義。 本文針對機床主軸永磁電機做基于直接轉矩控制的寬調速方法的研究。將機床主軸永磁電機作為控制對象，深入研究基于DTC的控制策略，搭建主軸電機控制系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的軟硬件設計，，在現(xiàn)有控制系統(tǒng)的基礎上加入電機星角變換環(huán)節(jié)，拓寬調速范圍。首先在主軸永磁電機模型的基礎上建立基于DTC的電機控制系統(tǒng)，并對控制系統(tǒng)各組成部分的工作原理進行分析，同時對弱磁控制原理進行深入研究，建立了基于直接轉矩控制的弱磁控制方法，根據(jù)最大轉矩/電流控制的定子電流與磁鏈的對應關系，由查表法確定給定磁鏈值，判斷進入弱磁區(qū)域切換時間，電機運行在弱磁區(qū)域時，轉矩隨轉速的升高而降低；之后在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下對整個控制系統(tǒng)進行仿真建模，結合主軸電機運行情況，分別給出電機恒轉矩和恒功率區(qū)間仿真波形，驗證控制策略的可行性與準確性；采用星角變換的方法拓寬電機調速范圍，對變換前后性能進行對比分析。最后進行硬件設計，包括以ST公司ARM芯片407為控制核心的控制板電路設計等，軟件設計部分由主程序和中斷程序兩大模塊組成，并詳細討論了電壓空間矢量脈寬調制（SVPWM）技術和弱磁算法的實現(xiàn)。 通過進行Simulink的仿真研究表明，基于DTC理論的主軸永磁電機控制系統(tǒng)具有響應速度快、電機參數(shù)依賴性低等優(yōu)點，驗證基于DTC技術的永磁電機弱磁控制算法的可行性，加入星角變換可有效的拓寬調速范圍，變換后最高轉速與額定轉速比較原來沒加弱磁的最高轉速與額定轉速比擴展至2.2倍；搭建硬件平臺，同時進行軟件設計，為系統(tǒng)優(yōu)化及控制策略的改進等后續(xù)研究工作奠定了基礎。
【關鍵詞】：永磁同步電機 直接轉矩控制 弱磁調速
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 課題研究動態(tài)10-12
• 1.2.1 PMSM 在寬調速方面的研究10-11
• 1.2.2 PMSM 控制技術在寬調速方面的研究11-12
• 1.3 研究內容12-14
• 第2章 DTC 基本原理及其系統(tǒng)組成14-25
• 2.1 永磁電機數(shù)學模型14-16
• 2.1.1 ABC 坐標系下的 PMSM 數(shù)學模型14-15
• 2.1.2 αβ坐標系下的 PMSM 數(shù)學模型15
• 2.1.3 dq 坐標系下的 PMSM 數(shù)學模型15-16
• 2.2 主軸永磁電機 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矩控制19-21
• 2.2.4 開關電壓矢量的合理選擇21-22
• 2.3 主軸永磁電機控制系統(tǒng)組成與工作原理22-24
• 2.3.1 定子磁鏈觀測模塊與磁鏈調節(jié)22-23
• 2.3.2 轉矩觀測模塊與轉矩調節(jié)23-24
• 2.4 本章小結24-25
• 第3章 主軸永磁電機控制系統(tǒng)建模與仿真25-33
• 3.1 軟件簡介25
• 3.2 主軸永磁電機控制系統(tǒng)仿真模型25-29
• 3.2.1 坐標變換模塊25-26
• 3.2.2 定子磁鏈估計與調制模塊26-27
• 3.2.3 電磁轉矩觀測與調制模塊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)仿真結果及其分析29-32
• 3.4 本章小結32-33
• 第4章 主軸永磁電機調速方法33-40
• 4.1 永磁電機星角變換33
• 4.2 永磁電機弱磁控制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 基于直接轉矩的 MTPA36-37
• 4.3 主軸永磁電機直接轉矩弱磁控制37
• 4.4 仿真結果37-39
• 4.5 本章小結39-40
• 第5章 電機控制系統(tǒng)硬件與軟件設計40-52
• 5.1 電機控制系統(tǒng)硬件設計40-44
• 5.1.1 ARM 芯片概述40-41
• 5.1.2 系統(tǒng)結構的總體框圖41-42
• 5.1.3 硬件最小系統(tǒng)42-44
• 5.2 電機控制系統(tǒng)軟件設計44-49
• 5.2.1 開發(fā)環(huán)境與編程語言44-45
• 5.2.2 系統(tǒng)的軟件結構45-46
• 5.2.3 SVPWM 功能的實現(xiàn)46-49
• 5.3 實驗分析49-51
• 5.4 本章小結51-52
• 第6章 結論52-53
• 參考文獻53-56
• 在學研究成果56-57
• 致謝57

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：583738