高速異步主軸電機控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、異步電機高速驅(qū)動系統(tǒng)廣泛應用于機床主軸、軌道牽引、電動汽車等領域，在重要自動化裝備中發(fā)揮重大作用。針對數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)中異步電機運行所要求的寬調(diào)速范圍、大轉(zhuǎn)矩、高的動態(tài)性能等要求，在分析國內(nèi)外參考文獻的基礎上，提出了一種基于轉(zhuǎn)子磁場定向的弱磁控制策略搭建的高性能異步主軸電機驅(qū)動控制系統(tǒng)。
　　數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)中通常采用的執(zhí)行電機是異步電機，按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制，能夠?qū)崿F(xiàn)電機的轉(zhuǎn)矩分量與磁鏈分量的解耦控制，是實現(xiàn)高性能調(diào)

2、速控制的基本方案。本文首先詳細分析了異步電機的轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制原理，建立了相關的數(shù)學模型以及對矢量控制中需要解決的幾個關鍵問題進行了深入的分析，例如坐標變換、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的設計、空間電壓矢量SVPWM的脈寬調(diào)制算法進行了分析。接著分析指出實現(xiàn)高速化驅(qū)動控制需要解決的關鍵問題，即:保證電機能夠最大化輸出轉(zhuǎn)矩的弱磁控制算法、電流解耦控制算法。
　　采用坐標變換并未實現(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，首先對同步PI調(diào)節(jié)器的電流控制方案進行分析與設計，然后考慮到不同的耦合因素下對電流解耦控制理論進行了分析，并設計了具有前饋解耦的PI控制器，但它對電機參數(shù)較敏感，這在高速運行區(qū)域參數(shù)變化很嚴重的情況下會導致解耦效果下降，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矢量PI控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的同步旋轉(zhuǎn)PI電流調(diào)節(jié)器，以消除耦合電壓對電流調(diào)節(jié)器的負面影響，相比前饋方案，提高了電機參數(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。
　　在一個需要轉(zhuǎn)矩控制的主軸電機驅(qū)動系統(tǒng)中，最大轉(zhuǎn)矩輸出和功率輸出依賴于逆變器的額定電流和逆變器能夠提供的可用電壓。為了讓電機運行在高速應用場合，弱磁控制策略應該被采用，但是可用的轉(zhuǎn)矩是下降的，一個特殊的控制策略，考慮電流與電壓的限制應該被用來獲得在整個速度運行區(qū)域的最大轉(zhuǎn)矩。本文在國內(nèi)外參考文獻分析的基礎上，采用了一種適合弱磁區(qū)域調(diào)速的控制方案，擴展了電機的運行范圍，提高了電機在弱磁區(qū)域的最大轉(zhuǎn)矩輸出能力。