电主轴直接转矩控制系统的设计与仿真研究

基于高速加工机床用电主轴及直接转矩控制基本工作原理,设计了电主轴直接转矩控制系统。利用MATLAB/Simulink模块库中提供的各种基本模块及子系统封装技术,建立完整的高速加工机床用电主轴直接转矩控制系统模型。并对该系统模型在恒定负载和负载变化两种情况进行了仿真研究。仿真结果表明,设计的电主轴直接转矩控制系统具有良好的动静态特性,将直接转矩控制方法应用于电主轴驱动控制系统是可行的,适应高速数控机床驱动控制系统的快速响应要求。     

高速电主轴矢量控制机械特性分析与仿真

根据异步电动机的矢量控制原理,推导了高速电主轴矢量控制固有机械特性曲线的数学表达式,据此分析了高速电主轴转速闭环矢量控制在负载条件下的调速机理,得出转速闭环矢量控制通过调节同步转速使电主轴工作在互不相同但互相平行的固有机械特性曲线上,从而获得优良的静动态性能的结论。为了验证理论分析的正确性,根据高速电主轴的矢量控制方程,建立了一个带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统模型。基于此模型,对额定转速为15000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了闭环矢量控制加载仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

高速电主轴直接转矩控制调速系统

作为一种高性能异步电动机传动,精确的转矩转速和位置控制对于高速电主轴来说是必需的。当前存在两种高性能交流调速控制系统,即矢量控制系统和直接转矩控制系统,而直接转矩控制系统更加得到了高度关注。本文在介绍高速电主轴传动结构特点和数学模型及存在的问题的基础上,给出了直接转矩控制原理,并分析了将直接转矩控制应用到高速电主轴调速系统上的优越性。     

电主轴直接转矩控制系统的仿真研究

首先介绍了直接转矩控制的六边形和近似圆形磁链轨迹的控制方案,给出了高速电主轴直接转矩控制系统的结构及其工作原理;然后详细阐述了转矩调节器的容差选择、电压空间矢量的选择和高低速调节方案的选择;使用Madab/Simulink仿真工具,完成了六边形和近似圆形磁链轨迹的直接转矩控制系统的仿真研究;仿真结果显示,将直接转矩控制...     

无速度传感器矢量控制下高速电主轴动态性能分析

为了研究高速电主轴的控制精度与主轴机械参数之间的动态关系,根据法拉第电磁感应定律建立高速电主轴的动态数学模型,并利用无速度传感器矢量控制逆变调速原理,将该模型的定子电流分解为励磁电流和转矩电流两个分量,组成两个独立的一阶线性子系统——磁链子系统和转矩子系统,实现励磁磁链和电磁转矩对各自参考值的全局渐进跟踪。试验结果表明,在无速度传感器矢量控制下,高速电主轴的励磁磁链受励磁电流的控制,且不受主轴负载和转速高低的影响,始终保持恒定;转矩电流控制高速电主轴的电磁转矩,与负载呈线性关系。有效控制励磁电流和转矩电流两个独立变量,不仅可以保证高速电主轴在负载状态下转差率小、转矩输出稳定性高的特点,而且当高速电主轴受到瞬间外力冲击时,其快速的转矩响应能力、动态速度跟随精度和抗挠动性等动态特性参数都可以通过控制励磁电流和转矩电流的精度实现。     

高速数字信号处理器控制的电主轴永磁同步电机交流伺服驱动系统

介绍一种用高速数字信号处理器（DSP）控制的全数字化电主轴永磁同步电机交流伺服驱动系统。根据矢量变换理论和弱磁控制理论，提出一种高效精确的定子电流矢量控制策略。通过对电主轴各种运行情况进行计算机仿真研究，得出一些重要结论。     

高精度数控机床主轴伺服控制系统研究

主轴伺服驱动技术作为数控机床的关键技术之一,在国内外受到普遍关注。本文在传统直接转矩控制的基础上,结合模糊控制技术与空间矢量调制技术,重点研究了基于模糊空间矢量调制(SVM)的异步电动机直接转矩控制系统。然后在Matlab/Simulink环境下建立了传统的基于圆形磁链的直接转矩系统仿真模型和基于改进的模糊SVM直接转矩控制系统仿真模型,对模型进行了分析,取得了较好的效果。     

异步电机直接转矩控制的仿真研究

在异步电动机α-β坐标系下介绍了异步电动机的数学模型、直接转矩控制(DTC)系统的工作原理和基本组成。针对直接转矩控制系统存在的转矩脉动问题,给出了一种新型的定子磁链控制器和转矩控制器,采用新型的电压矢量选择表代替传统的电压矢量选择表。并在Matlab/Simulink平台上搭建了异步电动机直接转矩控制调速系统的仿真模型,并对仿真模型中的主要模块进行了描述,简要说明了空间电压矢量的选择对转矩和磁链的作用和影响。仿真结果验证了该模型的正确性和整个系统的快速动态响应特性。     

永磁同步电动机DTC及SMC控制系统建模与仿真

介绍了永磁同步电动机(PMSM)驱动装置中直接转矩控制(DTC)及滑模变结构控制(SMC)原理和设计方法。在MATLAB6．5环境下,通过Simulink中的电力系统仿真库,建立相关模型进行仿真。仿真结果表明控制系统的动态和稳态性能良好,并且可以利用得到的波形直观地对两种控制方法以及普通的矢量控制方法进行对比和分析,是进一步进行硬件开发的基础。     

三相永磁同步电机直接转矩控制技术研究

电动机控制的核心是实现对其电磁转矩的控制,其控制方法有矢量控制和直接转矩控制等,相比矢量控制而言,直接转矩控制省去了磁场定向、矢量变换和电流控制等复杂环节,具有优良的动静态性能。介绍了直接转矩控制技术的原理,并在MATLAB/Simulink中建立了三相永磁同步电机的直接转矩控制模型,通过对模型仿真结果的分析,可以看到直接转矩控制具有良好的转矩控制效果和快速响应能力。     

CRH3型动车组牵引传动系统的直接转矩控制研究

为了研究高速动车组的具体模型结构及其牵引传动控制系统,采用直接转矩控制(DTC)系统控制异步牵引电机,建立了CRH3型高速动车组牵引传动系统的Matlab/simulink仿真模型,整流部分由四象限脉冲整流器输出3 000 V左右平滑的直流电压,逆变部分由直接转矩控制系统驱动牵引电机。该系统能根据CRH3型动车组的牵引、制动曲线模拟动车组牵引、惰行、制动等各种运行工况。整个运行过程中系统的谐波较小,电压/电流相位差基本能保持在同相或反相运行,功率因数基本接近1;在网压波动和突然失电情况下,机车也基本能保持恒速运行。最后,将该模型仿真结果与京津城际高速铁路的部分数据进行了对比验证。研究结果表明,该模型建模基本正确,同时系统具有良好的稳态和动态性能,验证了直接转矩控制方法的有效性。     

基于免疫遗传算法的模糊径向基函数神经网络在高速电主轴中的应用

为满足高速高性能电主轴系统快、稳、准的控制要求,结合免疫遗传算法寻优速度快及模糊神经网络控制不依赖主轴系统模型的优点,设计了一种将模糊逻辑控制、径向基函数(Radical basis function, RBF)神经网络和免疫遗传算法进行有机结合的高速电主轴系统全局优化的控制策略,并将该智能控制策略成功应用于高速电主轴系统双闭环矢量控制系统的转速控制器中。通过免疫遗传算法对该智能控制器三类参数的同步优化取得了最佳控制效果,从而实现了对主轴输出转速的精确控制。试验和仿真结果验证了所设计的控制器能够精确控制主轴的输出转速,而且当高速电主轴受到突加负载冲击时,具有很好的抗干扰性能及较强的鲁棒性,使主轴系统具有优良的动、静态性能,实现了高品质驱动。     

Dynamic design for motorized spindles based on an integrated model

With increasing popularity in high-speed machining for its high efficiency, motorized spindles have been widely utilized in modern production facilities. Due to the combination of tools and built-in motors, the dynamic characteristics of motorized spindles are more complex compared with conventional spindles, and it is becoming necessary for engineers to thoroughly realize the influences of the system parameters to the system dynamics with considering the multi-physics coupling property. This paper presents an integrated model to study the electro-thermo-mechanical dynamic behaviors of motorized spindles. The integrated model consists of four coupled submodels as follows: bearing, built-in motor, thermal, and shaft model. Based on the proposed model, a design flow chart is developed and six design parameters are identified. The integrated model is validated experimentally and a design sensitivity analysis of the six parameters is then conducted based on a 170MD15Y20 type spindle. The results show that the integrated model is capable of accurately predicting the dynamic characteristics of motorized spindles, and the sensitivities of the six design parameters to the nature frequencies of the spindle system are obtained with and without the influence of the multi-physics coupling property. The coupling relationship among the electrical, thermal, and mechanical behaviors of the spindle system becomes clear from the results.     

Comprehensive measurement and evaluation system of high-speed motorized spindle

Reducing the manufacturing time is the trend of high-precision manufacturing, and the precision of a work-piece is very important for manufacturing industry. The high-speed motorized spindle is the most critical part and becoming more widely used in the machine tool at present, and its precision may affect the overall performance of high-speed cutting. Most of the studies on high-speed cutting are focused on the cutting force, the vibration of the spindle and effects of the spindle’s thermal deformations; hence, how to roundly measure and objectively evaluate high-speed spindle is an imminence question of it because the comprehensive dynamic properties and evaluation system of spindles directly affect the cutting ability of the whole machine tool before they are manufactured. This paper presents a comprehensive measurement and evaluation system of high-speed motorized spindle, which reflects the overall performance of motorized spindle and bases on international standard.     

Speed sensorless model predictive current control of doubly-fed induction machine drive using model reference adaptive system

This paper presents a speed sensorless control scheme named as finite control set-model predictive current control (FCS-MPCC) using a modified fictitious ohmic quantity (R) based model reference adaptive system (MRAS) for grid-connected doubly-fed induction machine (DFIM) drive. The variables of the reference model of this speed sensorless scheme (R-MRAS) are represented in stationary reference frame while those for the adaptive model are denoted in synchronously rotating reference frame. The sensorless formulation thus obtained is completely independent of any stator/rotor resistance terms. The scheme is also devoid of any stator/rotor flux estimation. Moreover, the intuitiveness of FCS-MPCC brings in additional flexibility in comparison to the conventional control techniques like field oriented control (FOC) and direct torque control (DTC). The overall scheme demonstrates faster execution time than FOC/DTC based control of DFIM drive. The proposed control algorithm is simulated and tested for limited speed range application in MATLAB/Simulink. The validation of simulation results are further done by experimentation on a dSPACE-1103 based DFIM laboratory setup.     

The investigation of unbalanced vibration in flexible motorized spindle-rotor system

Unbalance is a significant concern for spindle-rotor dynamic systems and an important problem in high-speed machining. An active control scheme with built-in force actuator is proposed for unbalanced vibration of flexible motorized spindle-rotor, which is to improve the performance of high-speed machining system. At first, the motorized spindle motor with built-in force actuator and flexible motorized spindle-rotor are designed and then the experiment setup based on digital signal processor for controlling actively the unbalanced vibration of flexible spindle-rotor is tailored. Finally, the active vibration control scheme is investigated experimentally based on previous theoretical studies. The experimental results prove the feasibility of the active control scheme.     

基于性能退化的小子样电主轴可靠性试验研究

针对高速电主轴可靠性研究存在的问题,探讨了小子样电主轴性能退化可靠性试验方法,完成了两根170MD18Y16型电主轴的退化试验;依据选定的性能退化特征量和截尾时间,检测了主轴轴端径向跳动量,据此建立试样电主轴退化模型,分析其失效寿命;基于跳动量测试数据和Weibull分布函数,应用修正极大似然函数分析分布参数,得到170MD18Y16型电主轴特征寿命,并确定其寿命分布模型。电主轴寿命理论值与实际使用值基本一致,表明小子样电主轴性能退化试验方法合理,建立的退化模型较准确地反映了电主轴性能退化轨迹,且寿命分布模型分析方法有效。