异步主轴电机控制研究

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1、ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceTheResearchofTheAsynchronousSpindleMotorControIMasterDegreeCandidate：ZhangWenxiangSupervisor：Prof．ZengYuenanMay2013SchooIofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangd

2、ong，P．R．China，510006摘要主轴电机驱动系统作为数控机床的最核心的关键部件之一，其输出性能对数控机床的整体水平是至关重要，主轴驱动远不同于一般工业驱动，不但要求较高的速度精度、较快的响应速度，而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。目前，各主要机床生产厂家和研究单位纷纷把目光投向异步电机主轴驱动系统。随着功率电子、计算机技术、控制理论、新材料和电机设计的进一步发展和完善，异步电机控制性能越来越高，它已经逐步取代直流电机和永磁同步电机，成为主轴驱动系统的主流。本文将异步主轴电机作为控制对象，深入研究其工作原理、控制策

3、略，搭建驱动控制系统，完成系统的软硬件设计并进行实验验证。本文建立了静止三相坐标上的异步电机数学模型，在定子电压定向理论的基础上建立了异步电机在d—q坐标系下的数学模型，实现了有功电流乙和无功电流f。解耦。然后介绍了异步电机稳态等效电路，推导出定子电压方程。分析了定子电阻压降的产生原因，本文在此基础上提出了一种基于电机无功电流闭环的定子电阻压降的偿方法。分析了异步电机的在基速以上即弱磁区域的运动特性，接着介绍了当前几种主要的弱磁控制方法。在电压限制方程和电流限制方程基础上推导出乙和‘上下限值，并在此基础上设计弱磁控制器。使异步电机在弱磁区域优化

4、电流分配以提升转矩输出能力。详细阐述了异步主轴电机驱动控制系统的软硬件设计方案。硬件设计部分包括以TI公司删芯片LM3S818为控制核心的控制板电路、以飞兆半导体(Fairchild)公司智能功率模块FSBSl0CH60为核心的驱动板电路和键盘显示等外围扩展电路。软件设计部分由主程序和中断程序两大模块组成，并详细讨论了空间矢量调制(SVPwM)算法的实现，具有退饱和的PI调节器的程序和键盘显示程序。根据该控制系统的软硬件功能在Matlab／Simulink仿真软件环境下搭建异步电机控制系统的仿真模型，并依据实际电机参数进行仿真验证。在实际电机控

5、制系统上进行无功电流环、速度环的测试，验证该控制系统软硬件设计的正确性，为系统优化及控制策略的改进等后续研究工作奠定了一定的基础。关键词：异步主轴电机；定子电压定向；V／F控制；弱磁控制；LM3$81一，广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTSpindlemotordrivesystemisoneofthecoreofthekeycomponentsofNCmachinetool，theoutputperformanceoftheoveralllevelofCNCmachinetooliscrucial，spindledrivefardiff

6、erentfromthegeneralindustrialdrive，notonlyrequiresresponsespeed，highprecision，fast，andhightorquecapabilityrequirementsofcontinuousoutputandwideconstantpoweroperationrange．Atpresent，themajormachinetoolmanufacturersandresearchinstituteshavesetoursightsonasynchronousmotorspindl

7、edrivesystem．Withthedevelopmentofpowerelectronics，computertechnology,controltheory,newmaterialsandfurtherdevelopmentofmotordesignandperfect，asynchronousmotorcontrolperformanceismoreandmorehigh，ithasgraduallyreplacedtheDCmotorandpermanentmagnetsynchronousmotor,becomethemainsp

8、indledrivesystem．ThispaperwillserveasthecontrolobjectasynchronousmotoLin—de