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數(shù)控機床專用伺服電機-永磁同步電機控制策略研究及數(shù)控機床伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)作為數(shù)控機床的一個重要組成部分，其性能直接決定了機床加工性能的優(yōu)劣。永磁同步電機伺服系統(tǒng)是目前數(shù)控機床普遍采用的高性能進給伺服系統(tǒng)，其核心部分是伺服驅(qū)動器所實現(xiàn)對電機速度和轉(zhuǎn)矩（電流）的控制，且轉(zhuǎn)矩控制更關(guān)鍵。為了能夠深入了解和掌握機床伺服驅(qū)動方法，也為給研究直接驅(qū)動方式的永磁直線電機和力矩電機等的控制提供方法論依據(jù)，本文首先對目前采用的永磁同步電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略和方法進行了研究。在建立永磁同步電機動態(tài)數(shù)學模型的基礎上，詳細介紹和分析了目前普遍使用的矢量控制的伺服控制方法原理和特點，并對id=0控制方式進行了Matlab仿真建模分析，驗證了這種控制策略的有效性。基于直接轉(zhuǎn)矩控制的成熟伺服產(chǎn)品所見不多，這種控制策略是目前電機控制領域眾多學者研究的熱點之一。本文在對直接轉(zhuǎn)矩控制原理深入分析的基礎上，對這種方法進行了研究。根據(jù)這種控制存在的轉(zhuǎn)矩波動大、逆變器開關(guān)頻率不恒定等問題，提出采用零矢量和空間矢量調(diào)制（SVM）進行改進。針對預測磁鏈的SVM-DTC方法，認為該方法中計算磁鏈位置角變化量時不考慮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)和考慮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)兩種情況下引起的轉(zhuǎn)矩角變化量可能對系統(tǒng)性能造成影響，并針對這幾種控制方式分別構(gòu)建Matlab/Simulink永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)模型。仿真實驗驗證了這些控制方法在減小轉(zhuǎn)矩脈動上的顯著作用，并表明SVM-DTC中考慮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化比不考慮轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的預測磁鏈模型控制更加準確。在國內(nèi)數(shù)控機床應用的伺服產(chǎn)品大多依賴進口的背景下，本文在前面研究的基礎上探討了提高機床進給伺服系統(tǒng)性能的伺服驅(qū)動優(yōu)化方法。立足于某臥式加工中心，針對數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)采用的FANUC驅(qū)動控制系統(tǒng)，采用實驗方法，利用FANUC伺服系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整軟件Servo-Guide和機床循圓誤差測量器件球桿儀Ball Bar，測量速度環(huán)、位置環(huán)重要伺服參數(shù)調(diào)整后的機床性能變化，分析總結(jié)出了部分伺服參數(shù)優(yōu)化的一般方式方法，為機床廠實際的伺服優(yōu)化工作提供可行的依據(jù)。