高速異步主軸電機(jī)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、異步電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)床主軸、軌道牽引、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域，在重要自動(dòng)化裝備中發(fā)揮重大作用。針對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中異步電機(jī)運(yùn)行所要求的寬調(diào)速范圍、大轉(zhuǎn)矩、高的動(dòng)態(tài)性能等要求，在分析國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的弱磁控制策略搭建的高性能異步主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。
　　數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中通常采用的執(zhí)行電機(jī)是異步電機(jī)，按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分量與磁鏈分量的解耦控制，是實(shí)現(xiàn)高性能調(diào)

2、速控制的基本方案。本文首先詳細(xì)分析了異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制原理，建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型以及對(duì)矢量控制中需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入的分析，例如坐標(biāo)變換、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的設(shè)計(jì)、空間電壓矢量SVPWM的脈寬調(diào)制算法進(jìn)行了分析。接著分析指出實(shí)現(xiàn)高速化驅(qū)動(dòng)控制需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，即:保證電機(jī)能夠最大化輸出轉(zhuǎn)矩的弱磁控制算法、電流解耦控制算法。
　　采用坐標(biāo)變換并未實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩與磁鏈的完全解耦，d、q軸電流控制之間還存在著交叉耦合，

3、因此，首先對(duì)同步PI調(diào)節(jié)器的電流控制方案進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，然后考慮到不同的耦合因素下對(duì)電流解耦控制理論進(jìn)行了分析，并設(shè)計(jì)了具有前饋解耦的PI控制器，但它對(duì)電機(jī)參數(shù)較敏感，這在高速運(yùn)行區(qū)域參數(shù)變化很?chē)?yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致解耦效果下降，因此也不適合采用，最后分析并提出了一種具有抗飽和的復(fù)矢量PI控制器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的同步旋轉(zhuǎn)PI電流調(diào)節(jié)器，以消除耦合電壓對(duì)電流調(diào)節(jié)器的負(fù)面影響，相比前饋方案，提高了電機(jī)參數(shù)的魯棒性，使系統(tǒng)在高頻區(qū)的電流跟蹤控制性能得到

4、較大提升。
　　在一個(gè)需要轉(zhuǎn)矩控制的主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，最大轉(zhuǎn)矩輸出和功率輸出依賴(lài)于逆變器的額定電流和逆變器能夠提供的可用電壓。為了讓電機(jī)運(yùn)行在高速應(yīng)用場(chǎng)合，弱磁控制策略應(yīng)該被采用，但是可用的轉(zhuǎn)矩是下降的，一個(gè)特殊的控制策略，考慮電流與電壓的限制應(yīng)該被用來(lái)獲得在整個(gè)速度運(yùn)行區(qū)域的最大轉(zhuǎn)矩。本文在國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)分析的基礎(chǔ)上，采用了一種適合弱磁區(qū)域調(diào)速的控制方案，擴(kuò)展了電機(jī)的運(yùn)行范圍，提高了電機(jī)在弱磁區(qū)域的最大轉(zhuǎn)矩輸出能力。