基于模糊滑模切换控制的PMSMS弱磁调速控制策略

针对表贴式永磁同步电主轴(PMSMS)弱磁控制方案中,主轴系统调速性能欠佳的问题,提出一种基于模糊滑模切换控制(FSMSC)的超前角弱磁调速策略。在转速误差大于设定阈值时,使用模糊控制器实现主轴转速快速趋近给定值,利用模糊控制的特点对控制器进行实时的参数调整,使系统具有更强的鲁棒性;在转速误差小于设定阈值时,使用趋近律滑模控制器提高系统抗干扰能力,减小加工过程中因负载突变造成的加工误差,进一步增强系统鲁棒性。实验结果表明,基于FSMSC的超前角弱磁调速策略能有效抑制定子电流震荡以及电磁转矩脉动,并且控制器对抖动因子参数敏感性低,参数调节便捷,在实际加工中具有重要意义。     

计及套圈变形的电主轴角接触球轴承动刚度分析

针对高速电主轴结构特点,应用弹性力学和滚动轴承动力学理论,建立考虑内圈弯曲变形影响的角接触球轴承动刚度分析模型,探讨不同工况下内圈的径向挠度及其对轴承动刚度的影响,最后在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承动刚度测试。理论和实验结果表明,内圈径向挠度和轴承的轴向载荷成正比、与转速成反比,在重载条件下其值不容忽视。考虑内圈径向挠度的轴承动刚度计算结果更接近实验结果。     

改进杂草算法求解WSN节点分布优化问题

对改进杂草算法性能及其在无线传感器网络节点分布优化问题中的应用进行研究。在保证节点相互连通的前提下,建立无线传感器网络对目标区域覆盖的数学模型,并将节点分布优化问题转换为求解函数最大值问题;通过杂草算法优越的寻优能力来实现网路节点的最优分布,在此基础上,引入立方映射混沌算子来提高算法的局部搜索能力,利用高斯变异算子来增强种群的多样性;最后,通过标准函数测试与无线网络覆盖优化仿真对该算法进行验证。仿真结果表明:该算法具有收敛速度快、鲁棒性好、数据开采能力强的优点,能有效解决无线传感器网络节点分布优化问题。     

转子辅助槽对高速电主轴齿槽转矩的影响机理研究

针对高速永磁同步电主轴中永磁体与有槽铁心相互作用产生的齿槽转矩过高,从而导致电主轴产生振动与噪声的问题,通过在转子齿上开辅助槽来优化电主轴结构。以一台FL系列永磁同步电主轴三相星接Y型电机为模型,利用Ansoft软件对它进行运动仿真和磁场瞬态分析,得到了能有效削弱电主轴齿槽转矩的转子齿辅助槽设计方案。研究结果表明,在转子上选择合理的辅助槽位置和深度,齿槽转矩较优化前降低23.8%,并且对电主轴的性能几乎没有影响。     

高速电主轴联合矢量直接转矩控制建模与仿真

矢量控制和直接转矩控制是高速电主轴的高性能驱动控制方法,由于其良好的动态控制性能,被广泛应用于高速机床的核心部件高速电主轴的驱动中。根据高速电主轴矢量控制和直接转矩控制的基本方程,对这两种控制方法的共性进行了深入探讨。在此基础上,建立了联合矢量直接转矩控制系统原理框图及其Simulink仿真模型,并对额定转速为15000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了联合矢量直接转矩控制仿真。仿真结果验证了所建模型的正确性,并具有优良的动态性能。     

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。     

高速电主轴驱动控制技术研究综述

高速电主轴是高速数控机床核心功能部件,主轴单元融合了高速电机、精密轴承、驱动控制等关键技术。高速主轴电机的驱动控制技术是决定主轴动静态性能的关键因素之一。因此,有必要对现有的主轴电机驱动控制技术进行系统分析和深入总结。根据主轴电机驱动控制技术的发展历史:从V/f控制、矢量变频控制、直接转矩控制到混合驱动控制以及智能控制等关键控制技术进行逐一分析和评述。在此基础上总结各控制技术客观存在的问题并进行对比分析,最后对高速电主轴驱动控制技术的发展趋势进行了预测和展望。     

不同控制策略对高速电主轴动态性能影响

针对高阶、强耦合、非线性复杂机电耦合系统的高速电主轴,内置的电机控制效果直接影响其动态性能问题,对各种控制策略控制特点进行系统研究,建立高速电主轴动态数学模型;重点对U/f控制及矢量控制,利用实验研究高速电主轴的控制精度与主轴机械参数间动态关系,为改善高速电主轴动态性能、寻找更优控制策略提供试验依据及分析方法;并展望高速电主轴系统控制策略的未来发展趋势。     

预紧高速角接触球轴承运行刚度研究

基于滚动轴承拟静力学分析理论,从微观的角度探讨定位预紧下轴承内外圈位移存在约束时其内部的动力学状态;以B7004轴承为例,分析预紧方式对角接触球轴承运行刚度的影响,并利用电涡流位移传感器、LMS数据采集分析仪等仪器,在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承刚度测试,对理论关系进行验证。结果表明:理论值能准确描述轴承运行刚度变化规律;定位预紧相比定压预紧更能提高轴承的支承刚度。     

基于有限集模型预测控制BPMSMS输出性能研究

针对无轴承电机支撑的永磁同步电主轴运行时的电流响应不灵敏、转矩脉动和转子振动等问题,提出基于有限集模型预测控制算法的BPMSMS控制策略。在完整的BPMSMS电压模型基础上,考虑转矩电流和转子位移的影响,进一步推导悬浮绕组模型预测电流方程,建立完整的无轴承永磁同步电主轴模型预测控制下的电流数学模型。根据使用的代价函数分别求出转矩控制和悬浮力控制的最优开关状态量,使得实际电流与参考电流误差更小,以此获得更好的转矩控制效果和转子振动抑制效果。仿真实验结果表明：在有限集模型预测控制下,BPMSMS具有更好的电流跟踪效果,转矩脉动小;在外加负载和干扰力时也能实现转子的稳定悬浮,系统鲁棒性较好。