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摘 要

数控技术是现代机床装备制造业的核心，是制造自动化的关键技术。开发高性能的交流主轴驱动系统，完善国产数控系统的成套技术，以降低成本，提高国产数控产品的竞争能力，具有重要的现实意义。

本文以异步电动机为控制对象，重点研究了异步电机矢量控制下的弱磁技术，从控制系统的电机原理、弱磁控制技术、仿真平台三个方面对交流主轴驱动系统进行了深入的研究。

首先，对现代交流异步电机的控制方法进行一个简单的介绍，从三种控制方式：异步电动机的变压变频调速控制、异步电动机的矢量变换控制、异步电动机的直接转矩控制论述的主轴驱动技术的发展过程，以及弱磁方法的简述。然后对电机的原理结构做了详细介绍，以及研究弱磁控制时的几种坐标变换。同时我也对几种研究弱磁控制技术的关键部分做了分析。

仿真部分我用了matlab仿真软件搭建了异步电机矢量控制仿真模型，并对研究的弱磁控制方法进行验证。分析了每个波形图的意思是否达到预期的效果。最后，对系统的仿真结果和实验结果进行了分析和总结，并对下一步的研究工作提出了建议。

关键词：异步电动机 矢量控制技术 交流主轴驱动 弱磁控制

Abstract

Numerical Control (NC) technology is the brain of modern machine and equipment manufacturing. At the same time, it is also a key technology in manufacturing automation. As a main part of NC system, developing high-performance spindle drive system has great practical significance which will improve the competitiveness of homemade NC products.

In this paper, asynchronous motor as the control object, focusing on the weak magnetic technology asynchronous motor vector control principle from the motor control system, weakening control technology, simulation platform three aspects of AC spindle drive system conducted in-depth research.

First, the modern AC induction motor control method performed a brief introduction from the three control modes: direct torque control of induction motor are discussed variable voltage variable frequency speed control, vector control induction motor, induction motor spindle drive development of technology, and briefly weakening methods. Then the principle structure of the motor made a detailed presentation, as well as research in several coordinate transformation weakening control. I am also a key part of several research weakening control technology to do the analysis.

I used part of the simulation using matlab simulation software to build asynchronous motor vector control simulation model, and weakening control method to validate the study. Analysis of the meaning of each is a waveform diagram to achieve the desired effect. Finally, the simulation results and experimental results system were analyzed and summarized, and future research work are proposed.

Keywords: Asynchronous Motor Vector control technology

AC spindle drive Weakening control

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1课题应用背景及意义 1

1.2数控机床对主轴驱动系统的要求 1

1.3现代交流主轴驱动系统的控制策略 2

1.3.1异步电动机的变压变频调速控制 2

1.3.2异步电动机的矢量变换控制 3

1.3.3异步电动机的直接转矩控制 3

1.4弱磁控制方式的概述 5

1.5文章的主要研究内容 5

第二章 三相交流异步电机的主要特性和控制策略 7

2.1三相交流异步电机的工作原理 7

2.1.1三相交流异步电机的基本结构 7

2.1.2三相交流异步电机的基本原理 8

2.2三相交流异步电机矢量控制技术坐标变化 9

2.2.1三相交流异步电机坐标系 9

2.2.2 Clarke 变换 11

2.2.3 Park变换及逆变换 12

2.3交流异步电机矢量控制模型 13

第三章 三相交流异步电动机弱磁控制技术 16

3.1闭环弱磁运行区域分析 16

3.2理想弱磁控制曲线 17

3.3过调制技术 21

第四章 异步电机矢量控制仿真研究 24

4.1控制系统仿真模型 24

4.2弱磁控制仿真研究 26

4.2.1电流解耦控制效果 26

4.2.2死区电压补偿 27

4.2.3闭环弱磁控制 28

第五章 仿真波形分析、总结及展望 31

5.1仿真波形分析 31

5.2全文总结及展望 32

参考文献 33

致谢 36

第一章 引言

1.1课题应用背景及意义

数控机床主轴驱动系统作为机床的核心的关键部件之一,其输出性能对数控机床的整体水平是至关重要的。主轴驱动远不同于一般工业驱动,它不但要求较高的速度精度、动态刚度,而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。目前,各主要机床生产厂家和研究单位纷纷把目光投向交流主轴驱动系统^[1]。

现代机床主轴发展趋势是逐渐由传统机床主轴向电主轴过渡。传统机床主轴是通过传动装置带动主轴旋转而工作的,电主轴的主要特点是将电机置于主轴内部,通过驱动电源直接驱动主轴进行工作,实现了电机、主轴的一体化功能。与传统机床主轴相比,电主轴具有十分明显的优势。由于主轴由内装式电机直接驱动, 省去了皮带、齿轮、联轴节等中间变速和传动装置,具有结构简单紧凑、效率高、噪声低、振动小和精度高等特点。而且利用交流变频技术,电主轴可以在额定转速范围内实现无级变速,以适应机床工作时各种工况和负载变化的需要^[2]。

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