【正文】 ............................................................................................................ 16 軟件介紹 ................................................................................................ 16 簡(jiǎn)介 ............................................................................................ 16 動(dòng)態(tài)仿真工具 Simulink .......................................................................... 16 建立直接轉(zhuǎn)矩控制仿真模型 .............................................................................. 17 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 Ⅲ 仿真的主要對(duì)數(shù)設(shè)置 ......................................................................................... 21 本章小結(jié) ........................................................................................................... 21 4 仿真及結(jié)果分析 .................................................. 22 仿真結(jié)果 ........................................................................................................... 22 改變轉(zhuǎn)速 ........................................................................................................... 24 改變負(fù)載 ........................................................................................................... 26 本章小結(jié) ........................................................................................................... 27 總 結(jié) ............................................................... 29 致 謝 ............................................................... 30 參考文獻(xiàn) ............................................................. 31 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 1 1 緒論 國(guó)內(nèi)高速電主軸的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)外高速電主軸的現(xiàn)狀 我國(guó)電主軸研發(fā)生產(chǎn)起源于磨加工，特別是軸承的內(nèi)表面磨加工，這是根據(jù)行業(yè)的生產(chǎn)需要而發(fā)展起來的的。由 于一般的電主軸技術(shù)門檻相對(duì)較低，國(guó)內(nèi)企業(yè)技術(shù)實(shí)力雄厚，在電主軸性價(jià)比方面占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此國(guó)外產(chǎn)品一般很少用到。不同軸承的運(yùn)用場(chǎng)合不同，其中陶瓷軸承和液體動(dòng)靜壓軸承主要應(yīng)用在高速精密主軸上，空氣潤(rùn)滑軸承和磁懸浮軸承主要用于特殊場(chǎng)合。在這個(gè)技術(shù)潮流下，瑞士 IBAG 的鉆、銑用電主軸HF42 的轉(zhuǎn)速最高可達(dá) 140000r/min，英國(guó) WestWind 公司的 PCB 鉆孔機(jī)電主軸D1733 更是達(dá)到了 250000r/min；瑞士 FISCHER 的 加工中心志用電主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)到 420xxr/min，意大利 CAMFIOR 達(dá)到了 75000r/min。大多數(shù)企業(yè)目光短淺，基本上是在模仿國(guó)內(nèi)外的電主軸產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)，這種短期效益帶來的后果是企業(yè)技術(shù)實(shí)力落后，嚴(yán)重缺乏創(chuàng)新能力，使行業(yè)畸形發(fā)展。 (2)在最高輸出轉(zhuǎn)速上，國(guó)外用于加工中心的電主軸的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到 75000r／ min，而我國(guó)最高只到 20xx0r/min。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1895 年，德國(guó)的 提出直接轉(zhuǎn)矩控制 [3]的理論，就是在實(shí)現(xiàn)對(duì)磁鏈的控制的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)對(duì)直接轉(zhuǎn)矩的控制。 最近研究出一種更新型的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，為了解決超大功率傳動(dòng)的問題，其逆變器采用軟件開關(guān)式，這使得開關(guān)頻率可以達(dá)到幾千 Hz。這使 無速度傳感器研究逐漸興起，并成為當(dāng)前交流傳動(dòng)中的熱門話題。 論文主要內(nèi)容 本文主要介紹了高速電主軸直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和基本原理，并用MATLAB/SUMILINK 軟件根據(jù)高速電主軸內(nèi)置的異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立仿真模型，從而進(jìn)一步組建異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型。 (21) 上式中 ：、 — 依次 為定子和轉(zhuǎn)子相電壓 、 — 依次為定子和轉(zhuǎn)子相電流； 、 — 依次為定子和轉(zhuǎn)子繞組的磁鏈； 微分算子。 根據(jù)上述規(guī)定，在定子坐標(biāo)系下，可推導(dǎo)出異步電動(dòng)機(jī)的方程 : （ 25） （ 26） 根據(jù)上述方程，可推導(dǎo)出定子磁鏈 、轉(zhuǎn)子磁鏈方程式： （ 27） （ 28） （ 29） 逆變器的開頭狀態(tài)及電壓空間矢量 逆變器的開關(guān)狀態(tài) 逆變器（見圖 22）由三組、六個(gè)開關(guān)（、）組成。三相定子繞組相三相電壓、進(jìn)行 PARK 矢量變換后，得到合成量。 電流模型法 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本原理 11 一般在高速段，采用電壓 電流模型法 。定子磁鏈方程如下所示： (212) (213) (214) (215) 其中： 、 為轉(zhuǎn)子磁鏈在坐標(biāo)系上的分量； 、為定子磁鏈在坐標(biāo)系上的分量。為解決這一難題，可將兩種模型綜合到一起，這就是電壓 速度模型法。其中，電壓空間矢量對(duì)定子磁鏈的控制可通過以下方式實(shí)現(xiàn)： （ 1） 在正常電壓空間矢量作用期間，有規(guī)律的插入零矢量對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，當(dāng)有效的電壓空間矢量作用時(shí)，定子磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡沿著電壓空間矢量作用方向運(yùn)動(dòng)。 （ 2） 減小轉(zhuǎn)矩：插入零電壓空間矢量，定子磁鏈會(huì)停止不動(dòng)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)速度下降，進(jìn)而小于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，從而減小磁通角，使對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩減小。轉(zhuǎn)矩給定值可由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出得到，也可單獨(dú)給定得到。 因此， 可以用 計(jì)算機(jī)仿真 來代替需要 用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的， 再根據(jù) 被仿真系統(tǒng)的工作特點(diǎn) ， 選擇最佳參數(shù)和設(shè)計(jì)最合理的系統(tǒng)方案。 Simulink 由于 采用可視化組態(tài)技術(shù)建模，具有 簡(jiǎn)潔 直觀、方便的優(yōu)點(diǎn)。之后直接從 SUMILINK 的模塊庫(kù)中找出直流電源（ DC）、逆變器（ Universal Bridge）、三相測(cè)量模塊 ThreePhase VI Measurement 及高速電主軸組成主電路，兩根據(jù)圖 27，將各模塊按一定原則連接起來，這就組成了一個(gè)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。在 1?QT作用下，得到相應(yīng)的電壓空間矢量，使得定子磁鏈前轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩上升。引入容差寬度??? ，它是定子磁鏈幅值 g? 與給定幅值 f? 之間允許的波動(dòng)范圍，磁鏈調(diào)節(jié)器輸重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的 MATLAB/SIMULINK 仿真 19 入量為給定磁鏈幅值與反饋磁鏈幅值之差，輸出兩為磁鏈量開關(guān)信號(hào)Q? 圖 34 磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器 磁鏈調(diào)節(jié)的主要任務(wù)調(diào)節(jié)磁鏈大小。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的 MATLAB/SIMULINK 仿真 21 圖 38 開關(guān)電壓選擇 仿真的主要對(duì)數(shù)設(shè)置 在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) SIMULINK 仿真中，異步電動(dòng)機(jī)模型規(guī)定參數(shù)設(shè)定為：額定功率 W20KpN ? ，額定電壓 v350?NU ，額定頻率 Hz500?Nf ，定子電阻?? ，轉(zhuǎn)子電阻 ?? ，定子漏感 ?sL ，轉(zhuǎn)子電感 ， 定 、轉(zhuǎn) 子互 感 ?mL ， 極 對(duì)數(shù) 2?np ， 轉(zhuǎn) 動(dòng)慣 量?J 2mkg? 。 改變轉(zhuǎn)速 在負(fù)載 TL=0 時(shí)，轉(zhuǎn)速每隔 按照 15000r/min、 5000r/min、 10000r/min變化，得到以下曲線。由 41 412 可看出電機(jī)的轉(zhuǎn)速在不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度不變，且到達(dá)穩(wěn)定后，波形變化不大，說明在穩(wěn)定狀態(tài)下受到負(fù)載影響很小，幾乎可以忽略不計(jì)。 隨著現(xiàn)代科技 不斷 進(jìn)步 ， 直接轉(zhuǎn)矩控制 以及 現(xiàn)代的最新科技 的加入 是提升生產(chǎn)力的必然選擇。 重 慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) 31 參考文獻(xiàn) [1] 張伯霖 . 高速切削技術(shù)及應(yīng)用 [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社 , 20xx. 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