【正文】 矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。矢量控制算法已被廣泛地應(yīng)用在siemens，AB，GE，F(xiàn)uji 等國際化大公司變頻器上。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準確的被控異步電動機的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時需要準確地輸入異步電動機的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機參數(shù)自動檢測、自動辨識、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動異步電動機進行正常運轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機的參數(shù)進行辨識，并根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制。 數(shù)控車床主軸變頻的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運行模式 主軸變頻控制的基本原理由異步電機理論可知，主軸電機的轉(zhuǎn)速公式為：n=(60f/p)(1s)。其中 P—電動機的極對數(shù)，s —轉(zhuǎn)差率，f—供電電源的頻率，n—電動機的轉(zhuǎn)速。從上式可看出，電機轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，而對于變頻器而言，其頻率的調(diào)節(jié)范圍是很寬的，可在 0～400Hz(甚至更高頻率)之間任意調(diào)節(jié)，因此主軸電機轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。當然，轉(zhuǎn)速提高后，還應(yīng)考慮到對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，一般可以通過設(shè)定最高頻率來進行限定。圖 31變頻器在數(shù)控上的應(yīng)用圖 31所示為變頻器在數(shù)控車床的應(yīng)用，其中變頻器與數(shù)控裝置的聯(lián)系通常包括：①數(shù)控裝置到變頻器的正反轉(zhuǎn)信號；②數(shù)控裝置到變頻器的速度或頻率信號；③變頻器到數(shù)控裝置的故障等狀態(tài)信號。因此所有關(guān)于對變頻器的操作和反饋均可在數(shù)控面板進行編程和顯示。 主軸變頻控制的系統(tǒng)構(gòu)成不使用變頻器進行變速傳動的數(shù)控車床一般用時間控制器確認電機轉(zhuǎn)速到達指令速度開始進刀，而使用變頻器后，機床可按指令信號進刀，這樣一來就提高了效率。如果被加工件如圖 32所示所示形狀，則由圖 22中看出，對應(yīng)于工件的 AB段，主軸速度維持在 1000rpm，對應(yīng)于 BC段，電機拖動主軸成恒線速度移動，但轉(zhuǎn)速卻是聯(lián)系變化的，從而實現(xiàn)高精度切削。圖 32 主軸變頻器系統(tǒng)構(gòu)成示意在本系統(tǒng)中，速度信號的傳遞是通過數(shù)控裝置到變頻器的模擬給定通道(電壓或電流)，通過變頻器內(nèi)部關(guān)于輸入信號與設(shè)定頻率的輸入輸出特性曲線的設(shè)置，數(shù)控裝置就可以方便而自由地控制主軸的速度。該特性曲線必須涵蓋電壓/電流信號、正/反作用、單/雙極性的不同配置，以滿足數(shù)控車床快速正反轉(zhuǎn)、自由調(diào)速、變速切削的要求。 無速度傳感器的矢量控制變頻器目前較為簡單的一類變頻器是 V/F控制(簡稱標量控制)，它就是一種電壓發(fā)生模式裝置，對調(diào)頻過程中的電壓進行給定變化模式調(diào)節(jié)，常見的有線性 V/F控制(用于恒轉(zhuǎn)矩)和平方 V/F控制(用于風機水泵變轉(zhuǎn)矩)。　　標量控制的弱點在于低頻轉(zhuǎn)矩不夠(需要轉(zhuǎn)矩提升)、速度穩(wěn)定性不好(調(diào)速范圍 1:10)，因此在車床主軸變頻使用過程中被逐步淘汰，而矢量控制的變頻器正逐步進行推廣?！　∷^矢量控制，最通俗的講，為使鼠籠式異步機像直流電機那樣具有優(yōu)秀的運行性能及很高的控制性能，通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及其相位，用以維持電機內(nèi)部的磁通為設(shè)定值，產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)矩?！　∈噶靠刂葡鄬τ跇肆靠刂贫?，其優(yōu)點有:①控制特性非常優(yōu)良，可以直流電機的電樞電流加勵磁電流調(diào)節(jié)相媲美；②能適應(yīng)要求高速響應(yīng)的場合；③調(diào)速范圍大(1:100)；④可進行轉(zhuǎn)矩控制?！　‘斎幌鄬τ跇肆靠刂贫?，矢量控制的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計算煩瑣，而且必須存貯和頻繁地使用電動機的參數(shù)。矢量控制分無速度傳感器和有速度傳感器兩種方式，區(qū)別在于后者具有更高的速度控制精度(萬分之五)，而前者為千分之五，但是在數(shù)控車床中無速度傳感器的矢量變頻器的控制性能已經(jīng)符合控制要求，所以這里推薦并介紹無速度傳感器的矢量變頻器。 無速度傳感器的矢量變頻器無速度傳感器的矢量變頻器目前包括西門子、艾默生、東芝、日立、LG、森蘭等廠家都有成熟的產(chǎn)品推出，總結(jié)各自產(chǎn)品的特點，它們都具有以下特點： ①電機參數(shù)自動辯識和手動輸入相結(jié)合；②過載能力強，如 50%額定輸出電流 2min、180%額定輸出電流10s。③低頻高輸出轉(zhuǎn)矩，如 150%額定轉(zhuǎn)矩/1HZ；④各種保護齊全(通俗地講，就是不容易炸模塊)。無速度傳感器的矢量控制變頻器不僅改善了轉(zhuǎn)矩控制的特性，而且改善了針對各種負載變化產(chǎn)生的不特定環(huán)境下的速度可控性。圖 33所示，為某品牌無速度傳感器變頻器產(chǎn)品在低頻和正常頻段時的轉(zhuǎn)矩測試數(shù)據(jù)(電機為 )。從圖中可知，其在低速范圍時同樣可以產(chǎn)生強大的轉(zhuǎn)矩。在實驗中，我們同樣將 2Hz的矢量變頻控制和 V/F控制變頻進行比較發(fā)現(xiàn)，前者具有更強的輸出力矩，切削力幾乎與正常頻段(如 30Hz或50Hz)相同。圖 33無傳感器矢量變頻器的轉(zhuǎn)矩特性 矢量控制中的電機參數(shù)辨識 由于矢量控制是著眼于轉(zhuǎn)子磁通來控制電機的定子電流，因此在其內(nèi)部的算法中大量涉及到電機參數(shù)。從圖 34的異步電動機的 T型等效電路表示中可以看出，電機除了常規(guī)的參數(shù)如電機極數(shù)、額定功率、額定電流外，還有 R1(定子電阻)、X11(定子漏感抗)、R2(轉(zhuǎn)子電阻)、X21(轉(zhuǎn)子漏感抗)、Xm(互感抗)和 I0(空載電流)。　　參數(shù)辨識中分電機靜止辨識和旋轉(zhuǎn)辨識 2種，其中在靜止辨識中，變頻器能自動測量并計算頂子和轉(zhuǎn)子電阻以及相對于基本頻率的漏感抗，并同時將測量的參數(shù)寫入。在旋轉(zhuǎn)辨識中，變頻器自動測量電機的互感抗和空載電流。圖 34 異步電動機穩(wěn)定態(tài)等效電路　　在參數(shù)辨識中，必須注意：①若旋轉(zhuǎn)辨識中出現(xiàn)過流或過壓故障，可適當增減加減速時間；②旋轉(zhuǎn)辨識只能在空載中進行。③如辨識前必須首先正確輸入電機銘牌的參數(shù)。 數(shù)控車床主軸變頻矢量控制的功能設(shè)置從圖 11中可以看出，使用在主軸中變頻器的功能設(shè)置分以下幾部分：① 矢量控制方式的設(shè)定和電機參數(shù)；②開關(guān)量數(shù)字輸入和輸出；③ 模擬量輸入特性曲線；④SR 速度閉環(huán)參數(shù)設(shè)定。結(jié) 論畢業(yè)設(shè)計是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次畢業(yè)設(shè)計—《數(shù)控車床主軸及驅(qū)動故障與維修》，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。和老師的溝通交流更使我對數(shù)控車床有了新的認識，也對自己提出了新的要求。通過這次畢業(yè)設(shè)計讓我了解了數(shù)控相關(guān)的知識，這是很珍貴的。在設(shè)計過程中有些東西讓我很頭痛，例如數(shù)控機床主軸控制系統(tǒng)故障與維修和數(shù)控車床相關(guān)變頻器參數(shù)設(shè)置過程及優(yōu)化這兩大部分。數(shù)控機床主軸控制系統(tǒng)故障與維修，這個我了解不多，知道的也不多；數(shù)控車床相關(guān)變頻器參數(shù)設(shè)置過程及優(yōu)化，這個我沒有接觸過，最后在老師的幫助下我克服了相關(guān)的問題。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我能力得到了很大提升。提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。在這次畢業(yè)設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)了自己的不足，只有發(fā)現(xiàn)問題面對問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進的知識，更好的為祖國的四化服務(wù)。謝 辭三年的美好的大學(xué)生活仿佛就要在這篇畢業(yè)論文最后的謝辭里緩緩落幕，青春散場，時光依然，有些悵然若失，卻又收獲滿載?；厥浊奥?，曾經(jīng)的點點滴滴在我的心頭涌起，難忘林蔭蔽日的和平路上雄健秀麗的梧桐，難忘曲徑幽深的三好塢里招搖的白鵝，難忘通宵自習(xí)后滿身疲憊時的一杯熱茶，難忘籃球場上帶著汗水淋漓飆進的三分…… 在這里，想說的只有兩個字：謝謝，衷心的謝謝，衷心感謝大學(xué)三年里教導(dǎo)過我的每一位師長，你們嚴謹致學(xué)的態(tài)度、高風亮節(jié)的品質(zhì)是我人生路上的楷模和坐標；感謝和我一起共渡三年的兄弟姐妹，感謝你們在我脆弱無助時溫暖的鼓勵和真誠的幫助，你們的友情永遠是我生命里最珍貴的財富；感謝校園里的一草一木，一亭一榭，你們陪伴著我歷經(jīng)了每一個壯麗的清晨和如血的殘陽，你們永遠是我生命里最亮麗的那一道風景；感謝同濟大學(xué)給予我的一切：知識、信任、勇氣和力量，這一切凝聚成兩個字，最珍貴的兩個字：同濟。這兩個字，歷經(jīng)百年，走過風雨，它是在夾縫里不屈不撓的精神，它是在角落里默默耕耘的低調(diào)。它是同舟共濟，自強不息的同濟之魂，它是同心砥礪，濟世興邦的同濟之志。同濟，這兩個字已經(jīng)在我的靈魂里打下了深深的烙印，無論明天同濟是否能以我為榮，我都要告訴每一個人，我永遠以同濟為榮，永遠。 在這里要特別感謝我的指導(dǎo)老師黃國祥、高錦南老師，感謝您在整個畢業(yè)論文的創(chuàng)作過程對我的幫助和指導(dǎo)，感謝您在我懈怠散漫時的督促與教誨；感謝曾在我的畢業(yè)設(shè)計中予以我?guī)椭乃型瑢W(xué)，朋友。感謝他們陪我一起走過大學(xué)本科生涯的最后一段，使得我的論文能夠如期順利的完成。 人的一生里能有幾個三年，在同濟大學(xué)的三年里，讓我脫胎換骨，讓我化蛹成蝶。這是我生命里最珍貴最美好的財富。寫到這里，我的心里充滿了希望與力量。未來的路還有很長很長，但我會一直堅定的走下去，向著我的理想，向著我的天堂，無論遇到怎樣的困難與險阻，我都不會退縮，我會一直帶著自己的執(zhí)著，毅然前行。謹以此文獻給我的父親和母親，感謝他們長久以來對我默默的支持和鼓勵。參考文獻[1] 王侃夫. 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