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全数字交流主轴驱动系统的研究和开发

刘洋  
【摘要】:制造自动化技术是先进制造技术的重要组成部分,它以数控机床为核心。随着科技的发展以及国内外市场竞争的加剧,制造自动化技术对数控机床主轴驱动系统的性能提出了更高的要求。因此,为了迎接21 世纪制造业的挑战,对主轴驱动系统进行研究和开发是非常必要的。 本文重点研究了基于磁场定向理论和数字信号处理器(DSP)的全数字PWM交流主轴驱动系统。主要内容如下: 从磁场定向理论出发,揭示交流异步电机高性能控制的本质,分析交流异步电机矢量控制原理与实现方法,得到交流电机数字化控制统一设计的理论根据。 基于规范化、统一化和全数字化设计原则,提出并设计了基于高性能DSP 的交流主轴驱动系统控制方案,建立了一个软、硬件资源丰富的系统研究平台。 从简化数字运算、便于参数修改出发,对控制变量表达形式及信号处理方式进行研究。采用标么值变量表述形式,指出不同数据格式变量的浮点数运算方法,提高了运算速度和控制精度。充分讨论了交流电机数字控制中的特殊问题和影响控制性能的因素,采用变步长和变PI 等技术手段,使系统性能得到了改善。大量的实验结果表明系统硬件设计合理、软件编写正确、采用的相关措施有效。 全数字PWM 交流主轴驱动系统的关键在于如何实时地得到PWM 开关信号。常用的PWM 波形算法有两种,即传统的正弦脉宽调制(SPWM)方法和空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。本文深入分析和比较了这两种调制方法,指出SVPWM方法在减小电动机电流谐波损耗方面、电压母线利用率和数字化实现等方面都具有明显的优势。 本文还对利用CPLD 实现多轴矢量控制运动系统进行了研究。


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