基于多电平逆变器的电主轴转矩脉动抑制研究

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1、寒常：，Ｖ硕±学位论文基于多电平逆变器的电主辅转矩脉动抑制研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＴｏｒｑｕｅＲｉｐｐｌｅＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＳｐｉｎｄｌｅ￣？ＴＣ麵賺＇ｒ；ｌｉＩＩ！圓研究生：李业、？，巧导教师：吴玉厚教授喔鬻麵顆纖瞧麵麵議扣苦霉議瓣擊賴辩；：遞鷄鎮敎：祝械工程学科领域（专业学位）爲破ｉ違＾Ｉ二０—四年十二月１声巧本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加Ｌ乂标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括

2、本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名日期炸学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学（或其授权机构）可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。（如作者和导师同意论文交流，请在下方签名；否则视为不同意。）作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后；一一不

3、限亡／半年□年□年半□两年□作者签名：导师签名：小您炎日期：年（１／月日期：＞年ｎ／月吟分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文基于多电平逆变器的电主轴转矩脉动抑制研究作者姓名：李业入学年份：2012年9月指导教师：吴玉厚教授学科领域：机械工程(专业学位)申请学位：工程硕士所在单位：交通与机械工程学院论文提交日期：2014年11月论文答辩日期：2014年12月学位授予日期：2015年1月答辩委员会主席：赵进答辩委员会组成：赵进张珂陆峰万晔陈士忠邓华波安冬论文评阅人：石怀涛盛忠起摘要电主轴作为数控机床的关键部件，其驱动控制的动

4、态性能决定加工工件的质量，是高速数控机床设计和制造所关注的重要指标。直接转矩控制是高速电主轴的控制方法之一，是目前交流调速技术的一个研究热点。传统的直接转矩控制采用特别的调制方式：采用两电平逆变器，在一个控制周期只有一个电压矢量，控制频率低使转矩脉动增加。因此，有必要对转矩脉动抑制进行研究，从而提高直接转矩控制动态性能与静态性能，使其得到更普遍的应用。为了减小电主轴直接转矩控制的转矩脉动，本文深入研究了电主轴直接转矩控制中的多电平逆变器，基于多电平逆变器的工作原理，设计出三电平逆变器拓扑结构和五电平逆变器拓扑结构。探讨了神经网络基本原理，基于传统两点式滞环控制器，提出

5、了多层转矩控制器，并在多层转矩控制器加入了神经网络算法，构成了基于神经网络的多层转矩控制器，设计出基于神经网络的多层转矩控制的三电平逆变器直接转矩控制系统。基于模糊控制的原理，在五电平逆变器的直接转矩控制系统中用模糊控制器代替了转矩滞环控制器，设计出基于模糊控制的五电平逆变器直接转矩控制系统。本文搭建了神经网络的多层转矩控制的三电平逆变器直接转矩控制仿真模型和模糊控制的五电平逆变器直接转矩控制仿真模型，并利用Matlab/Simulink进行仿真对比。仿真结果表明，基于神经网络的多层转矩控制器的三电平逆变器直接转矩控制系统，在转矩负载为恒定值5N⋅m时，相对于传统直接

6、转矩控制系统，转矩脉动减小了45%；在转矩负载由2N⋅m跳变至4N⋅m时，相对于传统直接转矩控制系统，转矩脉动减小了40%。基于模糊控制的五电平逆变器，在转矩负载为恒定值7N⋅m时，相对于传统直接转矩控制系统，转矩脉动减小了50%；在转矩负载由2N⋅m跳变至4N⋅m时，相对于传统直接转矩控制系统，转矩脉动减小了45%。通过论文研究表明，基于神经网络的多层转矩控制的三电平逆变器直接转矩控制和基于模糊控制的五电平逆变器直接转矩控制能使转矩脉动变小，提高了转矩响应速度，优化了转矩控制器的运行速度，改善了系统的响应特性，优化了系统的响应速度，从而获得对电主轴的良好控制效果。关

7、键词：电主轴；直接转矩控制；多电平；神经网络；模糊控制AbstractElectricspindleisthekeycomponentsofNCmachinetool,thedynamicperformanceofthedrivecontroldeterminesthequalityofworkpiece,theattentionisanimportantindexofhighspeedCNCmachinetooldesignandmanufacture.Directtorquecontrolisoneofthecontrolmethodofhigh