时变性切削负载对异步型电主轴动态控制精度的影响

针对电主轴在高速切削过程中动态精度控制不稳定问题,提出一种依据电主轴定子输入端电压、电流值来预测主轴输出转矩和转速的方法。该方法根据无速度传感器矢量控制原理,结合主轴电阻、电感等电磁参数,以转子磁链幅值和相位角为桥梁,建立电主轴定子输入端的三相电压、电流与转子输出端转速、转矩之间的数学模型,从而构建无速度传感器矢量控制下速度外环和电流内环的双闭环控制系统。通过该双闭环系统,将电主轴在切削过程中定子输入端的三相电压、电流,转换成两相旋转坐标系下的电压、电流。并在此基础上,进一步将电流环分解为磁链环和转矩环两个独立控制的子系统,以分别控制转子磁链和电磁转矩,从而可以通过观测磁链环的励磁电流和转矩环转矩电流的变化趋势,判断主轴输出端转矩、转速的稳定性。最后通过切削实验,验证了上述方法的可行性。     

耦合电压对高速电主轴动态性能的影响

针对高速电主轴动态模型中耦合电压的非线性变化对主轴动态性能所产生的影响,通过对比前馈控制和内模控制(Internal model control,IMC)的电压解耦机理,指出IMC能够避免前馈控制时电压解耦效果依赖主轴模型参数与实际参数相匹配的不足,并利用170MD15Y20油雾润滑型电主轴和Matlab/Simulink软件分别对两种控制方法进行试验和仿真分析.结果表明,主轴的耦合电压主要受频率和转矩电流变化的影响,改变磁链子系统和转矩子系统的给定电压、以及耦合回路中无功功率在输入功率中的比例,不仅可以对主轴的功率因素、输出转矩、抗扰动能力和动态速度跟随精度等特性参数产生影响,而且使主轴的转矩脉动程度、带负载能力和转差率等随耦合电压的大小成反比例变化.因此可以根据包含上述特征信息的机械特性曲线、功率因素曲线和恒转矩曲线的变化趋势,准确判断高速电主轴的解耦效果,并预测主轴在该控制方式下的动态性能.     

高速电主轴动态非接触电磁加载研究

针对高速电主轴接触式加载存在结构复杂、磨损及振动大等问题,提出一种非接触式电磁加载方法。该方法中动态电磁力可模拟主轴实际切削力载荷,实现高速电主轴动态非接触加载。利用电磁理论建立了非接触电磁加载模型,分析了电磁力的影响因素。解决了实现电磁加载的关键技术,并完成加载实验台整体设计。在转速为9 000 r/min、励磁电流为40 mA的加载条件下,针对170MD18Y16型磨削电主轴进行了动态加载实验,并对比了励磁电流和转速变化时动态电磁力的理论和实测值。结果表明,动态加载理论值与实测值变化一致,二者误差较小,验证了动态非接触电磁加载方法的有效性,且改变励磁电流和转速可实现不同条件的加载。     

永磁同步电机直接转矩控制的改进研究

永磁同步电机直接转矩控制技术融合了逆变器和电机,分析逆变器产生的定子空间电压矢量对电机定子磁链和电磁转矩的作用效果,制定合适的逆变器开关表,根据转矩和磁链误差,在开关表中选择空间电压矢量直接控制定子磁链和电磁转矩。直接转矩控制解算均在定子坐标系中完成,依赖的参数少,相对矢量控制技术,系统简单,鲁棒性好,采用电压矢量直接控制电磁转矩,没有采用电流控制器时带来的延迟,所以转矩动态响应快,特别适合用于快速高响应高精度火炮伺服系统。     

九相感应电动机的矢量控制研究

以九相感应电动机的动态数学模型为基础,对九相感应电动机调速系统的矢量控制进行了研究。通过坐标变换,得到九相感应电动机在两相同步旋转d-q坐标系下的矢量控制方程。将定子电流分解成转矩分量和励磁分量,通过对这两个分量进行调节,可实现转子磁链和电磁转矩的控制。按转子磁链定向矢量控制的基本思想设计调节器,并在Simulink软件平台中搭建九相感应电动机的矢量控制模型进行仿真分析。结果表明,九相感应电动机的矢量控制系统具有较好的稳态和动态性能。     

电主轴直接转矩控制系统的设计与仿真研究

基于高速加工机床用电主轴及直接转矩控制基本工作原理,设计了电主轴直接转矩控制系统。利用MATLAB/Simulink模块库中提供的各种基本模块及子系统封装技术,建立完整的高速加工机床用电主轴直接转矩控制系统模型。并对该系统模型在恒定负载和负载变化两种情况进行了仿真研究。仿真结果表明,设计的电主轴直接转矩控制系统具有良好的动静态特性,将直接转矩控制方法应用于电主轴驱动控制系统是可行的,适应高速数控机床驱动控制系统的快速响应要求。     

高速电主轴矢量控制机械特性分析与仿真

根据异步电动机的矢量控制原理,推导了高速电主轴矢量控制固有机械特性曲线的数学表达式,据此分析了高速电主轴转速闭环矢量控制在负载条件下的调速机理,得出转速闭环矢量控制通过调节同步转速使电主轴工作在互不相同但互相平行的固有机械特性曲线上,从而获得优良的静动态性能的结论。为了验证理论分析的正确性,根据高速电主轴的矢量控制方程,建立了一个带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统模型。基于此模型,对额定转速为15000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了闭环矢量控制加载仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于电磁耦合无级变速器的混合动力车传动控制

研究基于电磁耦合无级变速器的混合动力传动系统,分析其基本原理和功率流模型,并对电磁耦合无级变速器的变速比控制目标、工作模式和控制策略进行详细研究,同时设计适用的整车传动控制器框架。为了研究混合励磁的动态控制效果,对混合动力汽车在低速大负载和高速工况下进行初步动力性仿真。通过仿真,分析车速跟踪的控制效果、发动机转速跟踪控制效果、电池组荷电状态的变化曲线、电磁耦合无级变速器的转速和转矩、发动机输出功率、电池组输出功率和行驶阻力功率等的变化规律,并得出直流励磁电流和电磁耦合无级变速器的磁链观测值变化规律。     

高速电主轴非接触电磁加载装置设计与实现

针对高速电主轴接触式加载存在的问题,设计了一套非接触电磁加载装置。该装置主要由高导磁加载盘、直流电磁铁、恒流源及测试部分组成。其中直径80mm、厚40mm的铁镍合金加载盘与直流气隙磁场相互作用,在加载盘上产生电磁力。利用该电磁力模拟主轴的切削力负载,可实现高速电主轴的非接触加载。使用所设计的装置对170MD18Y16型磨削电主轴进行加载试验,结果表明,加载值与设定值一致,所设计的装置能够满足高速电主轴加载的需要。当加载装置的气隙不变时,主轴转速、励磁电流是影响非接触电磁加载的主要因素。     

高速电主轴谐波转矩产生机理及对主轴振动的影响

高速电主轴的动态特性受轴承和高频谐波电磁力矩的共同影响,为了将两者的特征频率分离以便采取相应的控制方法,从气隙磁场的波形出发,利用傅里叶变换求出各次谐波磁动势,进而导出稳态谐波电磁转矩和脉动谐波电磁转矩的计算公式,得出稳态谐波转矩只影响主轴的转矩输出能力,脉动谐波转矩会导致系统产生周期性振动,且脉动频率为6的整数倍基波频率的结论。据此不仅可轻易分辨出由轴承运动和谐波电磁转矩所产生的振动频率及各自对系统动态性能的影响程度,而且可以根据系统的动态需求,采取有选择性的控制方法。最后以170MD15Y20型高速电主轴为例,对此结论进行了验证。     

直线式汽车怠速控制电磁阀的仿真与研究

通过对直线式电磁控制阀的结构和工作过程进行分析,建立了怠速控制阀的动态力学模型,并利用仿真分析软件对怠速控制电磁阀在不同工况下的响应进行了特性分析;根据发动机进气模型,进一步研究了电磁阀控制参数与发动机怠速工况下的进气量、发动机转矩以及发动机转速之间的关系。对怠速控制系统的闭环设计,稳定怠速工况转速、优化点火提前角以及确定合理的空燃比等要求提供重要的参考。     

自励式电磁涡流联轴器调速性能研究

针对永磁涡流联轴器调速结构复杂的问题,结合自励发电和涡流传动技术,提出一种新型自励式电磁涡流联轴器结构。通过建立自励发电和电涡流传动两部分的电磁场有限元数值模型,研究了自励式电磁涡流联轴器的发电特性和传动特性。通过对转速差、导体层和气隙长度对传动力矩影响的分析可以看出：转速差较小时,导体层选择电导率高的材料可以得到较大的力矩;铜层厚度由1mm增大到9mm时,传动力矩先增大后减小,在铜层厚度为5mm时达到最大;传动力矩随气隙长度增大而减小。     

一种新型异步电机直接转矩控制系统

在分析了异步电动机数学模型的基础上,利用Matlab/Simulink构建了一个异步电动机直接转矩控制系统.通过Matlab仿真试验,得到电压、电流、转速、转矩及其磁链等的仿真波形.仿真结果证明,该控制方法具有较好的动态响应和较强的鲁棒性.     

混合励磁同步电机低速大力矩控制策略的研究

根据混合励磁同步电机的特点,结合空间电压矢量控制算法,提出了一种在额定转速及以下时增大输出力矩的新型控制策略,同时对如何有效增磁以实现低速大力矩的控制算法进行了深入的研究。该控制思想是把电机控制分为常规力矩区与动态增磁区,在不同的区域下采用不同的控制方法,使得电机在整个运行中能表现出良好的动态性能。实验结果表明,所提出的控制策略,能够有效实现电机在额定转速以下力矩大幅的增加,且电机运行稳定,动态性能良好。     

基于矢量控制的异步电机转速和转矩调节技术

针对异步电动机系统的非线性,以及电流和转矩不成正比例,使得转矩瞬时调节困难的问题,提出了一种基于坐标变换磁场定向矢量控制理论,将异步电机定子电流解耦成励磁电流和转矩电流分别进行控制,使异步电机获得和直流电机一样的转矩、转速调节特性.建立了Simulink仿真模型,分析了异步电机在空载启动、稳定运行、变速和转矩加载情况下...     

永磁同步电机运行性能研究

针对凸极永磁同步电机,对其数学模型和定子电流最小控制方法进行了介绍,推导了定子电流最小控制方法对应的电流相角条件、基本转速和最大转矩。利用电机数学模型和不同电流控制规律建立了永磁同步电机运行性能仿真模型,避免了传统双闭环模型中控制器参数对仿真结果的影响。在此基础上深入研究了电机永磁磁链、凸极率、电枢电阻三个参数对电机基本转速、输出转矩等运行性能的影响,据此指出了电机电磁设计时应遵循的一般规律。     

超声电机伺服控制的研究评述

为改善超声电机性能,实现超声电机快速、准确、稳定的控制,对于超声电机的现有的伺服控制策略和方法进行评述和比较,并且根据超声电机运动机理不同于传统的电磁电机,具有复杂的动力学现象及时变、强非线性等特点,提出了基于参考模型的模糊神经网络控制方法、遗传算法或其他的组合控制方法将是适用于超声电机的控制策略。     

开关磁阻电机恒加速度起动方案研究

针对开关磁阻电机起动/发电系统起动时转矩过冲导致的断轴问题,开展了SR电机起动特性分析,根据SR电机机械特性方程,建立了电磁转矩随负载转矩变化特性与转子加速度之间的关系。为了对SR电机进行非线性的调速控制,基于Ansoft分析得到的转矩、电流、角度二维表,对负载转特性已知情况提出了利用插值查表法的转矩控制恒加速度法;基于PID控制原理,对负载特性未知情况提出了一种PI参数和开通关断角随转速变化的PWM控制恒加速法。运用Matlab/Simulink建立了非线性模型,进行了起动加速阶段的仿真试验。研究结果表明,恒加速度起动方案能使输出转矩跟随负载转矩变化,有效提高SR起动/发电系统的可靠性。     

基于Matlab/Simulink的异步电机直接转矩控制系统仿真

在异步电动机数学模型的基础之上,利用MATLAB／Simulink软件构建了一个异步电动机直接转矩控制调速系统。对仿真模型中的定子磁链观测器模块进行了描述,并简要说明了空间电压矢量对磁链和转矩的作用及影响。通过对异步电动机进行仿真实验,得到电压、电流、转速、转矩以及磁链的仿真波形。