伺服驱动系统电机控制及机电耦合分析

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1、伺服驱动系统电机控制及机电耦合分析重庆大学硕士学位论文(专业学位)学生姓名：于成龙指导教师：孙晓松副教授学位类别：工程硕士（机械工程领域）重庆大学机械工程学院二O一五年五月ServodrivesystemmotorcontrolandtheelectromechanicalcouplinganalysisAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByYuChenglon

2、gSupervised:A.Prof.SunXiaosongSpecialty:ME(MechanicalEngineeringField)CollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要伺服驱动系统是数控机床的关键部件之一，数控机床加工精度的好坏很大程度上由伺服驱动系统决定。随着数控机床高速化、智能化的发展趋势，对其伺服驱动系统的平稳性提出了更高的要求，机电耦合振动问题已成为当前急需要

3、解决的问题。因此，开展数控机床伺服驱动系统机电耦合分析，阐明伺服驱动系统耦合振动的动态特性，对解决机床耦合振动问题具有重要的理论意义和工程应用价值。本文主要从以下几个方面进行讨论研究：①以永磁同步电机为研究目标，分析其结构及运行原理。分别建立以定子为参考的静止坐标系和以转子磁极为参考的旋转坐标系，以不同坐标系为平台，分别建立永磁同步电机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程，为下面永磁同步电机控制策略的实现建立数学基础。②不同的控制策略对电动机的性能有很大的影响，当前永磁同步电机的控制主要是磁场矢量控制和直接转矩

4、控制。本部分在介绍磁场矢量控制、电压空间矢量控制原理的基础上，建立了永磁同步电机与减速器的子系统模型。把减速器转化到电机主轴上看作电动机的负载，在MATLAB/SIMULINK环境下建立仿真模型，其仿真结果表明，此控制策略能很好的实现电机的空转与加载运转，具有良好的动态与调速性能。③伺服驱动系统的整体机电耦合振动分析一直是研究的热点与难点，把机电系统等效为“一机一电”系统突出主要因素分析。详细分析了摩擦非线性、间隙非线性、负载扰动和机电参数四个主要影响因素的来源以及对系统输出的影响，在MATLAB/SIMULINK仿真

5、环境下进行建模仿真，分别得到系统在不同输入下的耦合振动响应，从启动到平稳运行的过渡过程，为伺服驱动系统的设计提供了仿真数据参考和理论依据。④搭建实验平台，采用LabVIEW软件编写数据采集程序。利用分压原理，采集电动机在负载扰动条件下电流的变化，用电压变送器把采集到的数据通过RS485接口传送给上位机，在数据采集窗口显示并进行处理分析，为理论分析提供实验数据，理论实验相结合，确保分析的正确性。关键词：伺服驱动系统，永磁同步电机，机电耦合，实验分析I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTServodrivesyst

6、emisoneofthekeycomponentsoftheCNCmachine.ThemachiningaccuracyofCNCmachinetoolislargelydeterminedbytheservodrivesystem.WiththedevelopmenttrendofCNCmachinetools’highspeedandintelligent,thesmoothnessofservodrivesystemisputforwardwithhigherrequirement.Electromechani

7、calcouplingvibrationproblemhasbecomethecurrenturgentneedtosolvetheproblem.Therefore,tocarryouttheelectromechanicalcouplinganalysisofCNCmachinetoolservodrivesystem,clarifycouplingvibrationdynamiccharacteristicsofservosystem,tosolvethecoupledvibrationisofimportant

8、theoreticalsignificanceandengineeringapplicationvalue.Thisarticlemainlydiscussresearchfromthefollowingseveralaspects:①Withpermanentmagnetsynchronousmotorastheresearch