基于交流异步电动机矢量控制的高性能主轴驱动系统_图文

1、基于交流异步电动机矢量控制的高性能主轴驱动系统北京机械工业学院 朱涛 贾永乐摘 要 :文 章 提出 了一 种基 于交 流 异步 电 动 机 矢 量 控 制 的 高 性 能 主 轴 驱 动 系 统 , 详 尽 地 介 绍 了 系 统 硬 件 结 构 、 控制算法及软件设计流程 。 仿真和实验结果表明 , 该系统具有很高的控制精度和良好的动态性能 。 关键词 :主轴驱动 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系统的控制原理异步电动机在两相同步旋转坐标系 m -t上的 电压方程为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 转差角频率 eww 同步角频率 L sww 为定子电感 L rww 转子电感 L m 、 L 、 t rww 转 子 互 感 、 漏 感 及 转 子 时 间 常数 , L =L s (1-L r m L s L r如果采用转子磁场定向控制 , 则转子 磁 链 在t 轴 上的 分量 q t r=s , 在 m 轴 上 的 分 量 q m r =额 定磁通 , 由式 (u 得 q m r =L m i m 1, 代入式 (r 合

6、并得 到电机在转子磁场定向控制时 , 在 m -t 坐标系下 的方程为 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 , 控制框图如图 1所示 。图 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 对照式 (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 稳 态 情 况 下 ,

7、 从 电 流 环 P I 2、 P I3调节器的输出可以得到定子电阻的变化 信息 。 一般情况下 , 由于 i *m 1比较稳定 , u R s m 1变化范 围较小 , 而采用式 R s =u R s m 1/i *m 1来计算 R s 。 如果 R s参数辨识不准或者随着温度变化发生变化时 , 可 以实现自适应调节 。 更为重要的是可以根据 R s 的 变化间接求出 R r 的变化 , 做到转子参数间接自适 应 , 从而达到一定自适应的目的 。2系统组成及功能实现系统由主回路 、 控制电路和辅助电路构成 , 如 图 2所示。 上接第 :1页 从实验和仿真的波形可以看出 . 本系统的启 动特

8、性良好 . 转矩和转速动态响应快 +仿真阶跃启 动的速度响应时间为 1:-J 左右 . 转矩阶跃响应 时 间 为 :-J 左 右 . 突 加 减 1r 负 载 动 态 速 降 小于 H 5rs 实验机组阶跃启动时间小于 5-J . 突减 1r 负载时 . 转速跌 落 小 于 :r. 速 度 恢 复 时间小于 :-J +5结论1 基于解耦控制的有速度传感器双闭环矢量 控制系统 . 具有良好的动静态性能 +: 电流内环对于 >? 参数依赖性较小 . 能够直 接 实 现 定 子 电 阻 自 适 应 和 转 子 电 阻 的 间 接 自 适 应 . 从而保证冷热态的调速精度 +< 系统经实验验证 . 完全可以满足高精度机 床主轴驱动的要求 . 可应用于负载变动大 . 动态响 应要求快的场合 +参考文献1高景德 . 王祥珩 . 李发海 p 交流电机及其系统的分析 p 清华大 学