永磁同步電動機(jī)主軸直接驅(qū)動系統(tǒng)的研究.pdf

1、在工業(yè)領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床和加工中心是機(jī)械加工的關(guān)鍵設(shè)備。為了提高加工精度，目前人們針對主軸系統(tǒng)的性能改進(jìn)開展了深入的研究，其中如何將永磁同步電動機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用到主軸直接驅(qū)動就是一項很重要的研究工作。本文研究工作是基于哈工大和齊齊哈爾機(jī)床電器設(shè)備廠的合作項目“主軸交流驅(qū)動系統(tǒng)研制”，該項目的工程目標(biāo)是開發(fā)適用于機(jī)床主軸直接驅(qū)動的寬調(diào)速高性能全數(shù)字永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)。
　　為了實現(xiàn)永磁同步電動機(jī)主軸直接驅(qū)動，本文對系統(tǒng)模型、控制方法等一些關(guān)

2、鍵技術(shù)進(jìn)行了深入探討。在論文的研究工作中，首先查閱了大量的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對主軸驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀有了較為全面的了解；為了理論分析和仿真的需要，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；著重研究了改善永磁同步電動機(jī)直接驅(qū)動性能的控制方法，設(shè)計了相應(yīng)的硬件電路和軟件程序；在論文的后一部分進(jìn)行了實驗和仿真研究。
　　在原理分析和模型建立部分，本文根據(jù)永磁同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出了永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型和用于矢量控制時的簡化數(shù)學(xué)模型。針對數(shù)學(xué)模型中涉及到的

3、參數(shù)，本文通過實驗樣機(jī)進(jìn)行了測試并將其帶入到仿真模型中。結(jié)合數(shù)學(xué)模型，討論了有關(guān)矢量控制的原理和直軸電流最小控制的數(shù)字實現(xiàn)方法。
　　在論文的第三部分，分析了影響永磁同步電動機(jī)低速運(yùn)行的四種原因，分別給出了改進(jìn)方案。論文重點分析了逆變器死區(qū)效應(yīng)對伺服系統(tǒng)低速性能的影響，提出了一種基于SVPWM控制的逆變器死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償辦法，收到了較好的效果。
　　本課題的工作重點之一就是在軟硬件設(shè)計等方面采取有效的措施，來減小轉(zhuǎn)矩脈動，使伺服

4、系統(tǒng)在盡量低的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)運(yùn)行，提高系統(tǒng)調(diào)速性能。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分，從課題要求出發(fā)，設(shè)計了以TMS320LF2407A為控制核心的永磁同步電動機(jī)全數(shù)字矢量控制系統(tǒng)。提出了基于高精度霍爾電流傳感器和高性能A/D轉(zhuǎn)換模塊ADS7864的電流檢測方法，精心設(shè)計了基于混合光電編碼器的轉(zhuǎn)子位置和速度檢測電路。重點設(shè)計了以智能功率模塊IPM為主體的主電路，提出了對IPM實現(xiàn)三重保護(hù)的保護(hù)措施，確保了整個系統(tǒng)的高可靠性。
　　在系統(tǒng)軟件設(shè)計部

5、分，首先對電機(jī)電流信號和轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行了數(shù)字化處理和數(shù)字定標(biāo)，在此基礎(chǔ)上用匯編語言編寫了系統(tǒng)的主程序、初始化程序、中斷處理子程序等DSP程序，并在設(shè)計的硬件試驗平臺上，對所編制的程序進(jìn)行了調(diào)試。論文具體討論了電機(jī)啟動、矢量控制、SVPWM的輸出、故障停機(jī)的軟件實現(xiàn)方法，并給出了流程圖。
　　在論文的最后，對設(shè)計的永磁同步電機(jī)主軸驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了仿真和實驗研究，并對仿真波形和實驗波形進(jìn)行了分析，仿真和實驗證明本文所設(shè)計的系統(tǒng)是可靠的，滿