高性能永磁同步电机主轴伺服系统设计研究

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1、高性能永磁同步电机主轴伺服系统设计研究王成元夏加宽周美文于冬梅孙荣斌摘要讨论了永磁同步电机主轴伺服系统的工作特性，并对不同形式转子结构的弱磁能力、抗不可逆去磁能力等问题进行了深入分析和研究。分析了电机关键参数Xd、Xq和E。对系统运行性能的影响。建立了电机数学模型，提出了相应的最优控制策略。同吋，阐述了永磁同步主轴电机弱磁转子结构选择和电磁方案设计原则。实际样机的实验结果验证了所提出的设计原则和方法的正确性和可行性。关键词主轴永磁同步电动机伺服设计控制中国图书资料分类法分类号TM33HighPerformanceSpindlePermanentMagnetS

2、ynchronousMotorDriveWangChengyuanXiaJiakuanZhouMeiwenYuDongmeiSunRongbin(ShenyangPolytechnicuniversity,Shenyang，China)Abstract:Accordingtocharacteristicesofspindlepermanentmagnctsynchronousmotor(PMSM)anditscontrolsystem,thisthesisdescribesthespecialopertingrequirementsofthedirect-d

3、rivedservosystem.Atsametime,theflex-weakening,anti-nonrecoveringdemagnetization,technologicalperformancesofseveralrotorstructuresarestudiedcomprehensive!y.FuthermortherclationshipofXd,XqandEOwithconstarit-torqueandcontant-poweroperationareanalyzed.AmathematicalmoclleofPMSMisbuiltan

4、danoptimumcontrolstrategyisputforward.Inadditionthispaperpresentstheadoptionofflux-weakeningrotorstructure,someeletromagneticdesignprincipleandconcretemethodofthedirect-drivedspindlesystem.Theprototypeexperimentalresultsverifythecorrectnessandfeasibilityoftheproposeddesignmethod.Th

5、econclusionsareofuniversalguidingsignificanceforthedirect-drivedspindlePMSMandthecontrolsystem.Keywords:spindiepermanentmagnetsynchronousmotorservodesigncontrol数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础，是生产精良产品的前提。数控技术水平的高低、数控机床的品质与数量不仅是衡量一个国家制造业现代化水平的重要标志，而口还深刻地影响到一个国家的经济发展和综合国力。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施來

6、发展自己的数控技术及其产业。作为机床的关键部件，主轴传动系统直接影响机床的加工精度，决定其效率和生产率。因此研究和开发高性能的主轴传动系统，对提高机床的水平有着非常重要的意义。纵观主轴传动系统发展态势可以发现，当前数控机床主轴传动呈现无级调速直接传动取代齿轮箱变速间接传动、交流传动取代肓流传动、主轴传动向超高速和超低速两极发展、主轴岀力向低速满岀力、高速大功率的方向发展的趋势E2】。1主轴永磁同步电机的最优控制策略数控机床和现代化的加工中心要求主轴传动系统能以多种方式高性能运行⑷。对本文所设计的主轴传动系统来说，要求主轴传动系统能够在1500r/min以下输

7、出恒定的转矩,而在1500r/min〜7000r/min之间则输出恒定的功率。从提高主轴电机的效率和降低所匹配的逆变器的容量，实现主轴传动系统所要求的调速范围和功率输出能力出发，在恒转矩运行速度区域,电机定子电流可采取最大转矩/电流控制策略，而在恒功率运行时，则需采取弱磁控制策略。1.1转矩最优控制策略转矩最优控制也称最大转矩/电流控制，即单位电流输出最大转矩的控制。永磁同步电机在dq坐标系中的稳态电压方程为⑴定子电压空间矢量山的幅值为⑵当电机在高速运行时，忽略电机电阻压降，则

8、«J=J3丄/+50/)'+W丄人)*⑶定子电压空间矢量山的幅值要受到逆变器电压

9、极限u®的制约，即smax结合式(3)和式(4)得式