基于无轴承异步电机机床高速电主轴的设计与运行控制研究

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1、分类号I丛三5UDC鱼2l：三@密级坌五编号—四星凹～S0907015一江蒜大擎硕士学位论文基于无轴承异步电机机床高速电主轴的设计与运行控制研究DesignandOperationControlStudyofHigh-speedElectricSpindleBasedonBearinglessInductionMotor作者姓名丁玲申请学位级别亟±专业名称鱼力鱼壬皇电力笾动论文提交日期2Q12生§月论文答辩日期2Q12生鱼县学位授予单位和日期江菱太堂2Q12生鱼月答辩委员会主席评阅人独创性声明

2、lIIIIrlllllIrllIIJllY2093450本人郑重声明：所呈交

3、的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究[作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他敦fr机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承Ⅲ。学位论文作者签名：J欢2．ot2年Z月昭R学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所交送学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质

4、论文的内容一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密学位论文作者签名：丁诒2,OD．年占月，占同指剥币躲护召心力f≯年6月f矽日江苏大学硕士学位论文摘要随着数控机床技术的迅速发展，要求其具有高转速、高精度等以满足机床的高速精密加工。而电主轴作为数控机床的核心部件，其支承技术将直接影响到数控机床能否实现高转速、高精度。磁悬浮支承技术是

5、一种新型的支承技术，将其应用到电主轴中，以上问题将得到解决。本文中的磁悬浮电主轴系统是由二自由度无轴承异步电机与三自由度交流主动磁轴承构成，此结构充分利用了主轴的轴向长度，并且结构及控制简单，更加有利于电主轴系统突破大功率和超高速的限制以及实现微型化。将这种新型的血自由度无轴承异步电机高速电主轴系统应用于数控机床中，具有体积小、结构简单、无接触、寿命长、转速高、力矩大等优点，且在航空航天、飞轮贮能等超高速驱动领域均具有很好的应用前景。本文主要围绕五自由度磁悬浮电主轴系统的动态特性分析、电主轴系统的实验样机设计及有限元分析验证、对该系统的仿真控制以及数字控制系统设计。主要

6、：f作如下：首先，本文介绍了几种磁悬浮电主轴系统结构，并对其中两个典型的磁悬浮电主轴系统结构建立力学模型，运用Riccati传递矩阵法计算出这两种电主轴系统的前血阶的临界转速及振动模态。通过对比分析，验证了五自由度无轴承异步电机高速电主轴系统比主动磁悬浮高速电主轴系统的结构简单、紧凑，大大提高转子轴向利用率，更能实现高速和超高速运行。其次，基于动态特性分析的结果，本文设计了一套基于无轴承异步电机高速电主轴系统的试验样机，并利用Ansoit分别对二自由度无轴承异步电机与三自由度交流主动磁轴承进行了有限元分析，结果验证了该实验样机的结构参数设计的合理性。并针对所设计的试验样

7、机提出了相应的控制策略，利用Matlab／Simulink对其进行了建模与仿真，仿真结果表明该实验样机能够稳定悬浮并具有精确度高，响应速度快，动静态特性好及抗干扰能力强等优点。最后，针对该试验样机，设计了基于DSP的数字控制系统。主要介绍了该数字控制系统的硬件部分与软件部分，其中对硬件部分进行了详细的参数设计，这为系统实验奠定了理论基础。关键词：电主轴，无轴承异步电机，三自由度交流主动磁轴承，动态特性，有限元分析ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofCNCmachinetooltechnology,highrotationrateandhig

8、haccuracyaleneededtomeetthedemandofCNCmachinetool·AsisthecorecomponentofCNCmachinetool，however,electricspindlewilldirectlyinfluenceachievementofhighrotationrateandhighaccuracyofCNCmachinetool·Magneticsuspensionbearingtechnology,whichisanovelkindofbearingtechnolo卧canbeappl