超高速永磁同步电主轴无传感器直接转矩控制系统的研究

摘要

随着社会实际生产要求不断提高，电机的种类不断增多，电机控制技术也得以不断升级。在PCB加工设备行业中，高的主轴旋转速度可以提高孔位的加工质量使孔位更加小型化，这样促使主轴电机转速不断提高。电主轴是一种直接驱动的电机，超高速永磁同步电主轴是由超高速永磁同步电动机直接驱动的。永磁同步电机(PMSM)具有效率高、结构简单、气隙密度高、转矩脉动小等优点，在现代交流电机调速中占有十分重要的地位，并在要求高控制精度和高可靠性的场合获得了广泛的应用。
　　 本文首先对永磁同步电机结构及其特点进行分析，然后给出了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型和运动方程。在分析、总结已有的理论与实践的基础上，阐述了常规直接转矩控制技术，探讨了直接转矩控制在永磁同步电机上的应用，在此基础上给出了永磁同步主轴电机直接转矩控制原理结构框图，借助Matlab/SimuLink工具箱，对永磁同步电机直接转矩控制系统各环节进行了建模仿真，完成了永磁同步主轴电机直接转矩控制系统的仿真实验。由于使用传统的位置、速度传感器降低了系统的可靠性，增加了系统的成本，并且很难安装在超高速电机的转轴上，因而使得无传感器算法尤为重要，本文通过对滑模变结构控制原理和特性的分析，介绍了一种基于滑模变结构的无传感器算法，并对其进行MATLAB仿真。最后设计了适用于超高速的系统架构和硬件结构，并且具体分析了多种功能电路。在硬件基础上，给出了部分软件流程图，并且采用C语言编写了部分软件程序。