交流异步主轴电机控制技术的研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）交流异步主轴电机控制技术的研究许小龙二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111504109广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）交流异步主轴电机控制技术的研究许小龙指导教师姓名、职称：曾岳南教授专业或领域名称：控制科学与工程学生所属学院：自动化学院论文答辩日期：二〇一八年五月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineerin

2、gScience)TheResearchofACAsynchronousSpindleMotorControlTechnologyCandidate:XuXiaolongSupervisor:Prof.ZengYuenanMay2018SchoolofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要异步主轴电机是高速加工机床的核心功能部件，其控制性能的好坏直接影响到整个数控机床所加工出产品质量的高低，因此其在

3、控制性能要求上不同于一般的工业驱动控制，它不但要求具有较高的转速精度和较快动态响应性能，还需具有高转矩输出及较宽速度范围稳定运行的能力。本文从电机控制技术的角度出发，对提高主轴驱动控制系统性能的方法进行了研究。首先阐述了课题的研究背景及意义，并针对与异步主轴电机控制性能密切相关的弱磁控制方法和磁链观测器分析了国内外研究现状及发展趋势，在此基础上确立了课题的研究内容。然后分析介绍了异步电机的三相数学模型，坐标变换原理以及经过坐标变换后在正交坐标系下的数学模型。最后对转子磁场定向的矢量控制和空间电压矢量脉宽调制原理进行了简单

4、介绍。针对传统弱磁控制方法弱磁能力不足以及不能保证最大转矩输出的问题，本文将电压环路和速度环路的输出值之和作为励磁电流的给定，实现电机在恒转矩区与弱磁区的平滑过渡，并根据理论最优电流分配原则，运用适合于工程实现的电流分配策略，最终提出一种基于电压和速度环路的改进型弱磁控制方法。本文所提出的方法能够高速运行并实现大转矩输出且易于工程实现。针对传统磁链观测器由于存在磁链估算精度不高，受参数变化和采样干扰影响较大的明显缺点，本文采用闭环全阶观测器对磁链进行观测并根据现代控制原理对其反馈矩阵进行研究分析，最终设计一种鲁棒自适应观

5、测器对磁链进行估测。采用的方法能够解决传统观测器磁链估算精度差以及抗干扰能力差的问题。最后通过系统仿真和实验验证了弱磁控制方法和鲁棒自适应磁链观测器的有效性和可行性，并在一定程度上能够很好的解决异步主轴电机驱动控制系统存在的部分关键问题，提升了异步主轴驱动控制系统的性能。关键词：异步主轴电机；转子磁场定向；弱磁控制；磁链观测器IABSTRACTABSTRACTTheasynchronousspindlemotoristhecorefunctionalpartofthehigh-speedmachiningmachine.

6、ItscontrolperformancedirectlyaffectsthequalityoftheproductprocessedbytheentireCNCmachinetool.Therefore,itscontrolperformancerequirementsaredifferentfromthegeneralindustrialdrivecontrol.Itnotonlyrequireswithhigherspeedaccuracyandfasterdynamicresponse,butalsorequir

7、eswithhightorqueoutputandawidespeedrangeforstableoperation.Fromtheperspectiveofmotorcontroltechnology,thisdissertationinvestigatessomemethodstoimprovethespindledrivecontrolsystemperformancemethods.Firstly,thebackgroundandsignificanceofthisresearchareintroduced,th

8、eresearchstatusanddevelopmenttrendathomeandabroadareanalyzedbasedontheweakmagneticcontrolmethodandfluxlinkageobservercloselyrelatedtothecontrolperformanceofthe