（答辩稿）交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计（CAD图纸+DOC论文）㊣精品文档值得下载

（答辩稿）交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计（CAD图纸+DOC论文）

交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计摘要钢对初级铁心有很强的吸引力，为了顺利把初级装配到直线导轨上，且保证设计的精度要求，我们采用如下装配方法将定子分成等长两段，先把导轨固定好，在侧安装固定定子磁钢和纯铁板，把初级动子推到没有安装磁钢的另侧。安装完毕后把动子顺着导轨推到已经固定好磁钢的侧，然后把另块定子磁钢安装固定。如图所示并在每个底座上设计个定位销孔，来给磁钢纯铁板定位，有效地避免了磁吸力的干扰，而且动子分段后，各段的尺寸变小，有利于动子的储运安装和防止变形。另外，定子磁钢对下方的铸铁底座也有很强的吸力，所以要有方便卸下定子的设计。本设计就是将定子分成等长两段，采用分别卸下的办法。在每段的纯铁板上置有若干螺孔，卸下时，先用螺栓将定子段顶离底座，然后水平拖出。第章交流永磁直线同步电机的数学模型和控制算法研究.交流永磁直线同步电机的控制策略的选择现阶段，同步电机的调速控制策略主要有两种，分别为矢量控制及直接转矩控制。为构成高性能伺服传动系统，首先要选择合适的控制策略。目前，直接转矩控制和矢量控制均有成功的应用实例，它们的应用研究仍在不断深入地进行着，不论何种控制方法，或多或少都会有其不足。但随着研究的深入，技术水平的提高，硬件条件的逐渐具备，许多问题都将会被解决。对于交流电机来说，目前使用最广泛并已在实际系统中应用的当属年由德国西门子公司的首先提出的矢量控制理论。此理论自诞生之日起，就受到人们的广泛重视，在理论应用方面进行了深入的研究。从理论上讲，矢量控制是建立在被控对象准确的数学模型上，通过控制电机电枢电流实现电磁力矩控制。电机所产生的电磁力矩平稳，电机可以运行的转速较低，调速范围较宽。电机启动制动时，所有电流均用来产生电磁力矩，可以充分利用电机过载能力，提高电机启制动速度，保证电机具有优良的启制动性能。直接转矩控制则不然，它只保证实际力矩与给定力矩的吻合程度，并根据力矩误差磁链误差及磁链所在扇区，选择主电路器件开关状态，使电机磁链按照指定轨迹运行。电磁转矩及磁链滞环控制时，电机转矩不可避免地存在脉动，直接影响电机低速运行平稳性和调速范围。另外，通过电机反电势积分求得定子磁链，这种磁链电压模型在低速时准确性很差，受逆变器死区时间电机电阻及电压检测误差的影响，影响电机低速运行性能，影响电机转速运行范围。且电机静止需要启动时，因电机定子初始磁链位置未知，系统无法发出正确的控制信号，电机启动困难。通常是将电机转子拉到固定位置再进行启动。矢量控制技术经历三十多年研究完善历程，在调速系统中应用所获得的性能优异，不论在低速还是在高速，其抗扰特性启制动特性稳速特性均达到或者超过直流调速系统。在高精度传动系统中，调速范围达﹕以上，使用矢量控制技术的通用伺服传动系统调速范围达﹕﹕。而且目前，直接转矩控制用于控制永磁同步电机时，由于控制周期较长，电机定子电感又小，启动及负载变动过程中，电流冲击大，磁链及转矩脉动较大。如果在永磁同步电机上实施直接转矩控制，必须要有足够短的控制周期，才可改善系统的动静态性能。此外，低速情况下的磁链观测和转矩观测很难准确实现，转矩及磁链难以实现高性能控制，电机的速度调节范围不宽。因此，在本实验中，我们选择矢量控制作为控制策略。.交流永磁直线同步电机的数学模型交流永磁直线同步电机与旋转同步电机在数学模型上是统的，都可以按电机统理论进行分析。取永磁体基波磁场的方向为轴，轴超前于轴度的方向，此坐标轴随电机转子以同步速旋转。则三相永磁同步电动机的轴电压方程为上式中，磁链方程为带入上式可得上面各式中，轴电压，轴电压，轴电感定子相电阻转子电角速度永磁体基波磁链微分算子永磁同步直线电机的电磁推力为其中为电机极对数。将磁链方程代入上式得设为定子电流合成空间矢量，则有与轴间的角度为，则有将式和式带入式得电磁转矩方程为上式中第项是由定子电流合成磁场与永磁体励磁磁场相互作用产生的电磁转矩第二项是磁阻转矩，它是由转子凸极效应引起的，并与两轴电感参数的差值成正比交流永磁直线电机及其伺服控制系统的设计摘要交流,交换,永磁,直线,电机,机电,及其,伺服,控制系统,设计,毕业设计,全套,图纸摘要直线电机在各行各业中发挥着越来越重要的作用，特别是在机床进给驱动系统中。本文以平板式交流永磁同步直线电机为研究对象，从电机机体到伺服驱动系统的软硬件设计作了深入研究。本文首先介绍了交流永磁同步直线电机机体设计过程中电枢绕组铝芯和定子磁钢的设计和改进方法，较大程度上减小了推力波动，并且结合大推力直线电机的特点设计了方便有效的装配过程。建立交流永磁同步直线电机的数学模型，在此基础上分析了当今最通用的伺服控制策略，选择了矢量控制方法。确定的矢量控制实现形式。通过方法进行脉宽调制，合成三相正弦波。选用公司系列最新，深入研究了以上算法在中的实现形式。采用了语言和汇编语言混合编程的实现方法。在功率放大装置中，以智能功率模块为核心，设计了功率伺服驱动系统。还包括电流采样光电隔离过压欠压保护和电源模块等。由于知识和能力的限制，本次课题只对直线电机做些理论研究。关键词永磁同步直线电机矢量控的作用在直线电机上，因此对直线电机的伺服控制系统的性能好坏，又决定了直线电机的整体性能。目前国外对直线电机的研究已处于应用阶段，技术已经很成熟，但价格昂贵，为了提高我国机床和制造业水平，国内已经开始了直线电机特别是机床进给系统用的直线伺服电机的研究，但还处在探讨和试制阶段。为了掌握自己的知识产权，清华大学制造所于年开始研究大推力长行程交流永磁直线同步电机进给单元的。之前，第代样机已经制造出来，但控制性能有待改善，有必要进步研究直线电机的交流伺服控制单元。本课题是根据上述背景和研究所现有条件提出来，针对现有的样机进行了三相交流伺服控制系统的研究。作为高速加工中心的关键功能部件之，直线电机的核心技术和应用市场都被国外的大公司如等所拥有，因此自主开发套直线电机及其伺服控制系统对于提高我国制造业水平和高速加工设备国产率有着较大的实际意义和经济价值。此外，直线电机还应用于军事交通等领域，作为种新技术有着很高的推广价值。.直线电机的运行原理及特点直线电机的基本运行原理所谓直线电机就是利用电磁作用原理将电能直接转换直线运动动能的设备。可以想象把旋转电机的定子和转子沿半径剖开后展平，可以得到直线电机的初级和次级，在实际应用中，为了保证在整个行程之内初级与次级之间的耦合保持不变，般要将初级与次级制造成不同的长度。直线电机与旋转电机类似，通入三相交流电流后，也会在气隙中产生磁场，如果不考虑端部效应，磁场在直线方向呈正弦分布，只是这个磁场是平移而不是旋转的，因此称为行波磁场图.。行波磁场与次级相互作用便产生电磁推力，使初级和次级产生相对运动，这就是直线电机运行的基本原理。直线电机进给系统优缺点分析现代制造技术的高速加工系统中，直线电机系统已成为标志性元件，直线电机的特点在于能直接产生直线运动，与间接产生直线运动的“旋转伺服电机滚珠丝杠”相比具有以下优点具体性能见表．没有机械接触，传动力是在气隙中产生的，因此没有金属和金属的接触，除了直线导轨外没有其它摩擦．结构简单，体积小，以最少的零部件数量实现直线驱动，而且是只有个运动的部件．行程理论上不受限制，而且性能不会因为行程的改变而受到影响．可以提供很宽的速度范围，从每秒几微米到数米，特别是高速是直线电机个突出的优点．加速度很大，最大可达．运动平稳，这是因为除了起支撑作用的直线导轨或气浮轴承外，没有其它机械连接或转换装置的缘故．精度和重复精度高，因为消除了影响精度的中间环节，系统的精度取决于位置检测元件，有合适的反馈装置可达亚微米级．维护简单，由于部件少，运动时无机械接触，从而大大降低了零部件的磨损，只需很少甚至无需维护，使用寿命更长。表直线电机与“旋转伺服电机滚珠丝杠”传动性能比较性能旋转伺服电机滚珠丝杠直线电机精度.重复精度.最高速度最大加速度静态刚度动态刚度速度平稳性调整时间寿命,任何事物都有两面性，直线电机也有自身的缺点，主要表现在以下几点．存在纵向端部效应首先，直线电机的结构特点导致绕组在电机中的几何位置不再具有对称性，对多相电机来说这种不对称性会造成各相参数的不对称性，从而引起电机性能的波动。另方面，磁场在纵向端部断开并衰减，使行波磁场的基波减弱而谐波得到加强，导致电机推力密度下降损耗增加，而且存在较大的推力波动。直线电机中由于纵向端部的存在而引起的各种效应称为纵向端部效应，直线电机的结构特点决定了纵向端部效应是不可避免的。．控制难度大直线电机虽消除了机械传动链所带来的些不良影响，但却增加了控制难度。因为在电机的运行过程中负载如工件重量切削力等