数控系统伺服电机控制论文提纲

论文题目：数控机床永磁同步电机驱动控制系统研究

摘要：数控机床是现代机械工业的基础,在国民经济发展和提升国家综合国力中占有及其重要的地位。而发展数控机床的伺服驱动控制技术是改善和提高机床各方面性能的关键。永磁同步电机因其具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高、转动惯量低、转矩电流比高、过载能力强、调速范围宽、可靠性高等显著优点,已经成为现代机床交流伺服驱动控制系统的主流。直接转矩控制是继矢量控制后出现的一种新型高性能变频调速技术,它能直接跟踪转矩和定子磁链,控制方式简单,运算量小,对电机参数依赖小,是一种具有高动静态性能的调速方式。现阶段,研究数控机床永磁同步驱动控制系统的直接转矩调速控制策略已成为交流驱动控制发展的热点之一。本文就是以数控机床用三相交流永磁同步电机直接转矩控制系统为研究对象,对电机的调速控制策略进行了详细的研究。针对直接转矩控制技术的发展及特点,重点阐述了直接转矩控制用于永磁同步电机调速系统的工作原理,设计了数控机床永磁同步电机直接转矩调速控制系统的仿真模型,通过仿真分析,表明本文所建系统能满足机床用永磁同步电机的基本调速要求。考虑到直接转矩控制会产生转矩和转速脉动问题,本文将自抗扰控制技术引入到数控机床交流伺服系统中,它能实时估计和补偿系统的内外扰动,且具有鲁棒性好、响应速度快、稳态误差小、抗干扰性强等优点。同时,仿真结果也验证了自抗扰控制能改善数控机床永磁同步驱动控制系统的稳态性能,提高系统的抗干扰能力,也能使转矩和转速脉动得到一定程度的抑制。数控机床伺服驱动控制系统采用速度传感器会影响调速装置的可靠性,而利用一种较先进的能检测出电机控制系统相关信息的无速度传感器控制技术,可以消除安装传感器带来的弊端,提高数控机床的加工精度。论文研究的是模型参考自适应无速度传感器控制技术,且为获得高品质的数控机床永磁同步电机调速控制性能,又将模型参考自适应技术与自抗扰控制技术进行有机整合,得出一种新型的复合控制策略,并将此混合控制方法在数控机床永磁同步驱动控制系统的仿真模型中进行研究,仿真结果表明此算法能提高数控机床交流伺服电机的控制精度和效率,改善电机调速系统的动静态响应性能。

关键词：永磁同步电机;直接转矩控制;数控机床;自抗扰控制;模型参考自适应控制

学科专业：检测技术与自动化装置

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 数控机床交流永磁伺服系统的研究现状

1.3 永磁同步电机控制策略

1.3.1 PMSM经典控制策略

1.3.2 PMSM现代控制技术

1.3.3 PMSM无传感器控制

1.4 课题研究目的与主要内容

第二章 永磁同步电机建模与控制策略

2.1 PMSM结构和种类

2.2 PMSM物理模型

2.3 PMSM数学模型

2.3.1 坐标变换与变换矩阵

2.3.2 永磁同步电机数学模型

2.4 PMSM直接转矩控制

2.4.1 直接转矩控制技术

2.4.2 直接转矩控制技术特点

2.4.3 PMSM直接转矩控制策略

2.5 数控机床PMSM直接转矩仿真设计

2.5.1 控制系统整体仿真模型

2.5.2 控制系统各部分仿真模型

2.5.3 仿真结果及分析

2.6 本章小结

第三章 永磁同步电机自抗扰控制

3.1 自抗扰控制

3.2 自抗扰控制器

3.2.1 ADRC结构

3.2.2 跟踪微分器

3.2.3 扩张状态观测器

3.2.4 非线性状态误差反馈控制律

3.3 数控机床PMSM自抗扰控制

3.3.1 PMSM自抗扰控制器结构

3.3.2 PMSM自抗扰控制器数学模型

3.3.3 数控机床PMSM自抗扰控制器仿真模型

3.3.4 数控机床PMSM自抗扰控制器仿真结果

3.4 线性自抗扰控制器参数整定

3.5 本章小结

第四章 永磁同步电机无速度传感器控制

4.1 PMSM无速度传感器控制技术

4.2 永磁同步电机MRAS算法

4.2.1 MRAS参考模型和可调模型

4.2.2 MRAS自适应控制律

4.2.3 数控机床永磁同步电机MRAS仿真模型

4.2.4 数控机床永磁同步电机MRAS仿真结果分析

4.3 数控机床永磁同步电机MRAS与ADRC混合控制

4.3.1 MRAS与ADRC控制算法基本原理

4.3.2 永磁同步电机MRAS与ADRC控制算法仿真及结果分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢