1、基于交流異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的高性能主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院 朱濤 賈永樂摘 要 :文 章 提出 了一 種基 于交 流 異步 電 動(dòng) 機(jī) 矢 量 控 制 的 高 性 能 主 軸 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) , 詳 盡 地 介 紹 了 系 統(tǒng) 硬 件 結(jié) 構(gòu) 、 控制算法及軟件設(shè)計(jì)流程 。 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 , 該系統(tǒng)具有很高的控制精度和良好的動(dòng)態(tài)性能 。 關(guān)鍵詞 :主軸驅(qū)動(dòng) 矢量控制 解耦控制H i g hP e r f o r m a n c e S p i n d l e D r i v e S y s t e m B a s e do nA CA s y n c h r o n o u s Mo

2、 t o r V e c t o r C o n t r o lZ h uT a o J i a Y o n g l eA b s t r a c t :T h ep a p e r p r e s e n t sah i g hp e r f o r m a n c es p i n d l ed r i v es y s t e m b a s e do nA C a s y n c h r o n o u sm o t o r v e c t o r c o n t r o l . T h e s y s t e m h a r d w a r e s t r u c t u r e ,

3、 c o n t r o l a r i t h m e t i c a n dt h e s o f t w a r e d e s i g nf l o w a r e i n t r o d u c e di n d e t a i l . T h e e m u l a t i o n a n d e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e s y s t e m h a s h i g hc o n t r o l p r e c i s i o n a n d g o o d d y n a m -i c c

4、 h a r a c t e r i s t i c. K e y w o r d s :s p i n d l e d r i v e v e c t o r c o n t r o l d e c o u p l i n gc o n t r o l1系統(tǒng)的控制原理異步電動(dòng)機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 m -t上的 電壓方程為u m 1=(R s +L p i m 1-L e i t 1+m L r p q m r -m L re q t r (1u t 1=L e i m 1+(R s +L p i t 1 +m L r e q m r +m L r p q t r (r s =-m t r

5、i m 1t r+p q m r -s q t r (u s =-m t r i t 1+s q m r t r +p q t r (v 式中 pww 微分算子 s ww 轉(zhuǎn)差角頻率 eww 同步角頻率 L sww 為定子電感 L rww 轉(zhuǎn)子電感 L m 、 L 、 t rww 轉(zhuǎn) 子 互 感 、 漏 感 及 轉(zhuǎn) 子 時(shí) 間 常數(shù) , L =L s (1-L r m L s L r如果采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 , 則轉(zhuǎn)子 磁 鏈 在t 軸 上的 分量 q t r=s , 在 m 軸 上 的 分 量 q m r =額 定磁通 , 由式 (u 得 q m r =L m i m 1, 代入式 (r 合

6、并得 到電機(jī)在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制時(shí) , 在 m -t 坐標(biāo)系下 的方程為 u m 1=(R s +L p i m 1-L e i t 1(x u t 1=L s e i m 1+(R s +L p i t 1(y制 , 控制框圖如圖 1所示 。圖 1中u *m 1=u R s m 1+L p i *m 1-L e i *t 1(7u *t 1=u R s t 1+L s e i *m 1-L p i *t 1(8 對(duì)照式 (5 、 式 (7 和式 (6 、 式 (8 ,可 以 看 出 u R s m 1=i *m 1R s , u R s t 1=i *t 1R s, 在 穩(wěn) 態(tài) 情 況 下 ,

7、 從 電 流 環(huán) P I 2、 P I3調(diào)節(jié)器的輸出可以得到定子電阻的變化 信息 。 一般情況下 , 由于 i *m 1比較穩(wěn)定 , u R s m 1變化范 圍較小 , 而采用式 R s =u R s m 1/i *m 1來(lái)計(jì)算 R s 。 如果 R s參數(shù)辨識(shí)不準(zhǔn)或者隨著溫度變化發(fā)生變化時(shí) , 可 以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié) 。 更為重要的是可以根據(jù) R s 的 變化間接求出 R r 的變化 , 做到轉(zhuǎn)子參數(shù)間接自適 應(yīng) , 從而達(dá)到一定自適應(yīng)的目的 。2系統(tǒng)組成及功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)由主回路 、 控制電路和輔助電路構(gòu)成 , 如 圖 2所示。 上接第 :1頁(yè) 從實(shí)驗(yàn)和仿真的波形可以看出 . 本系統(tǒng)的啟 動(dòng)特

8、性良好 . 轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 +仿真階躍啟 動(dòng)的速度響應(yīng)時(shí)間為 1:-J 左右 . 轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng) 時(shí) 間 為 :-J 左 右 . 突 加 減 1r 負(fù) 載 動(dòng) 態(tài) 速 降 小于 H 5rs 實(shí)驗(yàn)機(jī)組階躍啟動(dòng)時(shí)間小于 5-J . 突減 1r 負(fù)載時(shí) . 轉(zhuǎn)速跌 落 小 于 :r. 速 度 恢 復(fù) 時(shí)間小于 :-J +5結(jié)論1 基于解耦控制的有速度傳感器雙閉環(huán)矢量 控制系統(tǒng) . 具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能 +: 電流內(nèi)環(huán)對(duì)于 >? 參數(shù)依賴性較小 . 能夠直 接 實(shí) 現(xiàn) 定 子 電 阻 自 適 應(yīng) 和 轉(zhuǎn) 子 電 阻 的 間 接 自 適 應(yīng) . 從而保證冷熱態(tài)的調(diào)速精度 +< 系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 . 完全可以滿足高精度機(jī) 床主軸驅(qū)動(dòng)的要求 . 可應(yīng)用于負(fù)載變動(dòng)大 . 動(dòng)態(tài)響 應(yīng)要求快的場(chǎng)合 +參考文獻(xiàn)1高景德 . 王祥珩 . 李發(fā)海 p 交流電機(jī)及其系統(tǒng)的分析 p 清華大 學(xué)