[發明專利]一種數控機床陶瓷電主軸直接轉矩控制系統

無效

• 申請號: 201010565239.5
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102025316A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 張珂;張麗秀;吳玉厚
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: H02P27/06
• 分類號: H02P27/06;H02P21/14
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司 21205
• 代理人: 王德榮

技術領域

本發明涉及一種機械控制系統，特別是涉及一種數控機床陶瓷電主軸直接轉矩控制系統。

背景技術

直接轉矩控制避免了矢量控制中兩次靜止與旋轉坐標系之間的變換，以及確定轉子磁鏈大小與相位的復雜計算，而直接在靜止的定子坐標系上，借助三相定子電壓和電流，計算電機的磁鏈和轉矩來直接控制，從而簡化了控制系統，且克服了轉子參數隨溫度變化所產生的影響，使控制系統的動靜態性能指標都十分優越，是一種很有發展前途的交流調速方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種數控機床陶瓷電主軸直接轉矩控制系統，采用智能功率模塊作為逆變器模塊，三相電壓、電流傳感器輸出逆變器輸出的電壓和電流，控制模塊采用umac控制卡，上位機通過軟件對控制卡進行編程，用較少的元件實現直接轉矩控制，大大縮短了研發時間。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種數控機床陶瓷電主軸直接轉矩控制系統，包括有逆變部分、電壓、電流信號檢測、控制模塊及通訊部分，其逆變部分逆變器模塊為智能IPM功率模塊，其驅動電路、保護電路和制動電路內置；?電壓、電流信號檢測，為霍爾三相電壓、電流傳感器采集電壓和電流信號；控制模塊控制部分為umac控制卡，為光纖通訊方式，輸出信號形式:±10V模擬量,數字量，脈沖+方向,PWM脈寬調制，通用I/O接口；通訊部分為上位機通過網線對umac控制卡進行編程和控制。

所述的一種數控機床陶瓷電主軸直接轉矩控制系統，其所述的逆變部分，IPM自身帶有報警，警報信號輸出到umac卡，并禁止PWM信號輸出，使IPM停止工作起到對IPM的保護。

所述的一種數控機床陶瓷電主軸直接轉矩控制系統，其所述的控制模塊部分，采用Motorola?DSP56303系列數字信號處理器集中控制的CPU，?為國際標準結構，

所述的一種數控機床陶瓷電主軸直接轉矩控制系統，其所述的電主軸定子三相繞組嵌在定子鐵心槽中，空間互差120度電角度，且固定不動。?

本發明的優點與效果是：

用較少的元件實現直接轉矩控制，大大縮短了研發時間。

附圖說明

圖1為本發明的電主軸直接轉矩控制原理圖；

圖2為本發明的電主軸直接轉矩控制硬件系統原理圖；

圖3為本發明的磁鏈空間矢量示意圖；

圖4為本發明的磁鏈調節器框圖；

圖5為本發明的轉矩調節器示意圖；

圖6為本發明的轉矩調節過程時序圖；

圖7為本發明的具有容差限的圓形磁鏈軌跡示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發明進行詳細說明。

本發明控制部分的逆變部分的逆變器模塊使用智能IPM功率模塊，其驅動電路、保護電路和制動電路內置，因而簡化了片外的驅動電路，減少了系統的故障率。IPM自身帶有報警功能，將警報信號輸出到umac卡，禁止PWM信號輸出，使IPM停止工作從而起到對IPM的保護。電壓、電流信號檢測，使用霍爾三相電壓、電流傳感器精確采集電壓和電流信號。控制模塊的控制部分使用umac控制卡，采用Motorola?DSP56303系列數字信號處理器(80MHZ)，集中控制的CPU，?采用國際標準結構,可靠性強，具有光纖等通訊方式，輸出信號形式:±10V模擬量,數字量，(脈沖+方向),PWM脈寬調制，可以獨立工作，通用I/O接口等，本身的特點使其適合直接轉矩控制器的要求。通訊部分上位機通過網線對umac控制卡進行編程和控制，安全、便捷。

本發明的控制原理：

1)三相到兩相的轉換

電主軸定子三相繞組都嵌在定子鐵心槽中，空間互差120度電角度，且固定不動。跟據電機學原理，完全可以用空間上互相垂直的兩個靜止的繞組????????????????????????????????????????????????、來代替電主軸三相定子繞組A、B、C的作用。在與A軸重合的前提條件下，它們之間有固定的變換關系：

??????????????電流轉換

????????????電壓轉換

2)兩相靜止坐標系下定子磁鏈方程

3)磁鏈幅值運算器

磁鏈運算器的作用是利用定子磁鏈空間矢量在α-β坐標系上的兩個分量、計算得到磁鏈幅值。、與磁鏈幅值的關系如下圖所示。

圖3中，為定子磁鏈矢量空間角。取與a軸同向時，=0。由圖4-5可得定子磁鏈幅值計算式：