[發(fā)明專利]一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811114908.X
• 申請(qǐng)日: 2018-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN109412491A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單文桃;李永俊;張健榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H02P23/00
• 分類號(hào): H02P23/00;H02P23/30;H02P25/022
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 高姍

本發(fā)明提供一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)及方法，根據(jù)永磁同步電主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的差值作為PI調(diào)節(jié)器的給定值，計(jì)算出電主軸的轉(zhuǎn)矩；通過采用傳感器檢測(cè)電主軸定子電流和電壓，在定子坐標(biāo)系下觀測(cè)電主軸的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并把觀測(cè)值分別與PI調(diào)節(jié)器計(jì)算出的轉(zhuǎn)矩和給定的磁鏈進(jìn)行比較，差值經(jīng)過雙滑模控制器，得到直軸定子電壓和交軸定子電壓，經(jīng)過坐標(biāo)變換、SVPWM變換，作用在主電路逆變器上的功率開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)永磁同步電主軸的直接轉(zhuǎn)矩控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，魯棒性好，具有轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快和跟蹤誤差小的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和零件的加工精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

永磁同步電主軸作為高精度數(shù)控機(jī)床的核心部件之一，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率因素高、低速性能好、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，在高精度和高可靠性要求場(chǎng)合獲得廣泛應(yīng)用。直接轉(zhuǎn)矩控制是以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行磁鏈、轉(zhuǎn)矩的綜合控制，與矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制不需要解耦，采用定子磁鏈定向和空間矢量的概念，通過對(duì)定子電壓進(jìn)行積分，直接在定子坐標(biāo)系下觀測(cè)電主軸的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并將此觀測(cè)值與給定磁鏈和轉(zhuǎn)矩值通過兩個(gè)滯環(huán)比較，在依據(jù)當(dāng)前的定子磁鏈?zhǔn)噶康奈恢脧念A(yù)制的開關(guān)狀態(tài)表中選擇相應(yīng)電壓空間矢量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)永磁同步電主軸的直接控制。直接轉(zhuǎn)矩控制雖然省去了電流環(huán)，主開關(guān)頻率也比較低，但是直接轉(zhuǎn)矩控制的永磁同步電主軸啟動(dòng)困難，在負(fù)載突變時(shí)，電流沖擊較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和磁鏈的脈動(dòng)大，引起噪聲和抖振等問題。

專利201510334532.3，提供了永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的錘式破碎機(jī)，是井下順槽運(yùn)輸設(shè)備中的一種重要設(shè)備。傳統(tǒng)錘式破碎機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般是異步電動(dòng)機(jī)+減速器+液力耦合器(機(jī)械軟啟動(dòng)裝置)或者是異步電動(dòng)機(jī)+小、大皮帶輪+皮帶。而本發(fā)明結(jié)構(gòu)特征：錘式破碎機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)，與傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)替代異步電動(dòng)機(jī)提供源動(dòng)力，去掉了減速器或皮帶輪及皮帶等變速裝置和液力耦合器等機(jī)械軟啟動(dòng)裝置等中間環(huán)節(jié)。本發(fā)明的永磁同步變頻電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的錘式破碎機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行平穩(wěn)，工藝實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠，運(yùn)行過程高效、節(jié)能、低噪、免維護(hù)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

專利201721529638.X，涉及一種高壓輥磨永磁直驅(qū)系統(tǒng)，屬于機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括永磁直驅(qū)變頻電機(jī)、高壓輥磨設(shè)備和系統(tǒng)控制柜，在高壓輥磨驅(qū)動(dòng)方式上采用永磁直驅(qū)電機(jī)的方式，取代原有的異步電機(jī)與減速器和萬向聯(lián)軸器聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的方式；驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，并利用變頻器實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速同步；本實(shí)用新型的有益效果是，減小了土建面積，保證了兩個(gè)輥筒速度相同，提升了整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)量小、實(shí)用性強(qiáng)、啟動(dòng)平穩(wěn)、控制精確。

發(fā)明內(nèi)容

(一)解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有永磁同步電主軸傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制策略引起的較大的磁鏈和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，系統(tǒng)在低速段難以精確控制，以及由于磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)引起的噪聲和抖振等問題，本發(fā)明提供了一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)及方法，用以減小磁鏈和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，提高系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能，保證了數(shù)控加工精度。

(二)技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)，包括主電路、控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路；

所述主電路包括逆變器和永磁同步電主軸；

所述控制電路包括轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器、滑模控制器、坐標(biāo)變換模塊、 SVPWM模塊、定子磁鏈電磁轉(zhuǎn)矩估計(jì)模塊、轉(zhuǎn)子位置速度估計(jì)模塊；

所述信號(hào)檢測(cè)電路包括傳感器；