插入式永磁同步电主轴无传感器弱磁控制技术研究

为了提高电主轴的电流利用率和鲁棒性,在矢量控制的基础上,对插入式永磁同步电主轴进行研究。对最大转矩电流比控制的四阶方程进行标幺化处理,采用拟合曲线的方式对方程进行近似求解;利用弱磁调速扩展主轴的速度范围。通过滑模观测器估算电主轴转速,为了改善传统滑模观测器的抖振问题,将Sigmoid函数引进传统滑模观测器中,通过李雅普诺夫判据对所提策略的稳定性进行推导说明。以实验室中高速磨削电主轴FL170-20-15为例,通过以上算法搭建基于MATLAB的仿真实验平台进行实验验证,并分析该控制策略的效果。实验结果表明:采用该方法的高速磨削电主轴减小了滑模观测的抖振现象,提高了控制系统的鲁棒性。

插入式永磁同步电主轴弱磁控制策略

为提高永磁同步电主轴的性能,在矢量控制坐标变换的基础上,对插入式永磁同步电主轴进行研究。首先,根据拉格朗日定理构造函数得到关于i_(d)、i_(q)与T_(e)关系的四阶方程,采用拟合曲线的方式对其进行近似求解,实现最大转矩电流比控制,提高了主轴电流利用率;然后利用电压极限椭圆的梯度下降法对最大转矩电流比控制产生的分配电流i_(d)、i_(q)进行修正,从而实现弱磁控制,扩展了主轴的调速范围;最后以实验室中高速磨削电主轴FL170-20-15为例,通过以上算法搭建基于MATLAB的仿真实验平台进行实验验证,并分析该控制策略的效果。实验结果显示,仿真结果和试验结果吻合较好,该控制策略下主轴系统上升时间为3.4 s,超调量仅为0.25%,由此表明:采用拟合曲线法最大转矩电流比控制和梯度下降法弱磁控制策略在理论和工程应用上均具有重要意义。

永磁同步电主轴的热态特性分析

为深入探讨永磁同步电主轴内部传热和散热的机制,对其内置永磁电机和轴承产热进行了理论分析,并对主轴内部轴承和电机的发热进行定量计算。依据现代传热学的知识,确定了温度场的定解条件。在Ansys中对电主轴进行了热特性分析,通过热-结构耦合分析求解温度场对结构中应力应变和位移的影响。分析结果表明:电主轴内部各部件之间温差较大,轴承端与主轴前端温升严重,与定转子之间温差较大,主轴内部各部件的温升趋势基本相同。因此,提出了改善电主轴热特性的措施,如加强温升严重部位的散热和减小轴承发热等。

基于ANSYS的高速磨削电主轴动静态性能分析

以国产120MD60Y6型高速磨削电主轴为研究对象,使用有限元分析方法,基于ANSYS Workbench建立高速电主轴模型,先分析其静态特性,计算工作条件下电主轴前端所受径向力和轴承径向刚度;然后分析其动态特性,通过模态分析得到其前6阶固有频率和临界转速,再通过谐响应分析得到电主轴在不同频率下响应位移大小。研究表明,其静刚度满足工作需求,且固有频率和临界转速远大于其工作频率和最大转速。