机械工程与技术—高速电主轴矢量控制与直接转矩控制仿真及分析VIP专享VIP免费

MechanicalEngineeringandTechnology机械工程与技术,2012,1,7-13doi:10.4236/met.2012.12002PublishedOnlineJune2012(http://www.hanspub.org/journal/met)SimulationandAnalysisofVectorControlandDirectTorqueControlforHigh-SpeedMotorizedSpindles*MinghongZhou,Xiao’anChenStateKeyLabofMechanicalTransmission,ChongqingUniversity,ChongqingEmail:zhoumhcn@gmail.com,xachen@cqu.edu.cnReceived:Apr.27th,2012;revised:May10th,2012;accepted:May11th,2012Abstract:Vectorcontrol(VC)andDirecttorquecontrol(DTC)arebothhigh-performancedrivecontrolmethodsforhigh-speedmotorizedspindles,andtheircontrolperformanceshaveasignificantimpactonthemachiningqualityofthespindle.TostudyVC,DTCandtheircomparisononhigh-speedmotorizedspindles,accordingtotheirbasiccontrolequations,aVCmodelandaDTCmodelareconstructedrespectivelytocarryoutVCandDTCsimulationonatype170MD15Y20high-speedmotorizedspindle,whoseratedspeedis15,000rpm.Thesimulationresultsareanalyzedandcompared,andthefeaturesofVCandDTCaresummarized.Keywords:High-SpeedMotorizedSpindle;VectorControl;DirectTorqueControl;Simulation高速电主轴矢量控制与直接转矩控制仿真及分析*周明红，陈小安重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆Email:zhoumhcn@gmail.com,xachen@cqu.edu.cn收稿日期：2012年4月27日；修回日期：2012年5月10日；录用日期：2012年5月11日摘要：矢量控制和直接转矩控制是高速电主轴的高性能驱动控制方法，其控制性能对高速电主轴的加工质量有重要影响。为了研究高速电主轴的矢量控制、直接转矩控制以及它们之间的差异，本文根据其控制基本方程，分别建立一个矢量控制仿真模型和一个直接转矩控制模型，对额定转速为15,000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了矢量控制和直接转矩控制仿真，并对仿真结果进行了分析、对比，最后总结了矢量控制和直接转矩控制的特点。关键词：高速电主轴；矢量控制；直接转矩控制；仿真1.引言高速电主轴作为高速机床的核心部件，其驱动控制方法的静、动态性能对高速加工质量有重要的影响。矢量控制和直接转矩控制作为两种高性能控制方法，是目前高速电主轴的主要控制方法。因此，研究高速电主轴的矢量控制和直接转矩控制，是进一步改善高速电主轴高速加工质量的基础。鼠笼式异步型高速电主轴结构简单，坚固耐用，但要实现其高性能驱动控制，是比较困难的。上世纪70和80年代，德国学者Blaschke[1]和DeDepenbrock[2]针对交流异步电动机动态性能较低的问题，分别提出了矢量控制和直接转矩控制，实现了对异步电动机磁链和电磁转矩的独立、瞬态控制。之后，DeDoncker[3]、Pandya[4]等人在这两位学者的基础上，对矢量控制和直接转矩控制进行了多种改进和深入研究，使它们在*资助信息：国家自然科学基金(51005259)、重庆大学机械传动国家重点实验室访问学者基金项目(KFKT-200801)、中央高校基本科研业务费资助，基金编号：CDJXS11111143。Copyright©2012Hanspub7高速电主轴矢量控制与直接转矩控制仿真及分析交流异步电动机的驱动中得到广泛应用。国内方面，陈小安[5]、张珂[6]等人对矢量控制和直接转矩控制在高速电主轴上的应用进行了较深入的研究，获得了高速电主轴良好的动态性能。高速电主轴转速很高，高达几万、几十万转，并且是直接用来夹装刀具对工件进行加工的，对驱动控制提出了更高的要求。上述工作主要对交流异步电动机的矢量控制和直接转矩控制做了深入的研究，但对矢量控制和直接转矩控制在高速电主轴上的应用及其对比研究，还不是很充分。本文根据高速电主轴矢量控制和直接转矩控制的基本方程，在MATLAB/Simulink中搭建了一个矢量控制和一个直接转矩控制仿真系统，完成了控制器参数整定，对额定转速为15,000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了额定转速下的空载启动和加载，并对仿真结果进行了对比分析，总结了矢量控制和直接转矩控制的特点，并展望了它们一个发展方向。2.高速电主轴矢量控制与直接转矩控制方程本文研究的高速电主轴的内置...