[发明专利]一种数控机床陶瓷电主轴直接转矩控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械控制系统，特别是涉及一种数控机床陶瓷电主轴直接转矩控制系统。

背景技术

直接转矩控制避免了矢量控制中两次静止与旋转坐标系之间的变换，以及确定转子磁链大小与相位的复杂计算，而直接在静止的定子坐标系上，借助三相定子电压和电流，计算电机的磁链和转矩来直接控制，从而简化了控制系统，且克服了转子参数随温度变化所产生的影响，使控制系统的动静态性能指标都十分优越，是一种很有发展前途的交流调速方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控机床陶瓷电主轴直接转矩控制系统，采用智能功率模块作为逆变器模块，三相电压、电流传感器输出逆变器输出的电压和电流，控制模块采用umac控制卡，上位机通过软件对控制卡进行编程，用较少的元件实现直接转矩控制，大大缩短了研发时间。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种数控机床陶瓷电主轴直接转矩控制系统，包括有逆变部分、电压、电流信号检测、控制模块及通讯部分，其逆变部分逆变器模块为智能IPM功率模块，其驱动电路、保护电路和制动电路内置； 电压、电流信号检测，为霍尔三相电压、电流传感器采集电压和电流信号；控制模块控制部分为umac控制卡，为光纤通讯方式，输出信号形式:±10V模拟量,数字量，脉冲+方向,PWM脉宽调制，通用I/O接口；通讯部分为上位机通过网线对umac控制卡进行编程和控制。

所述的一种数控机床陶瓷电主轴直接转矩控制系统，其所述的逆变部分，IPM自身带有报警，警报信号输出到umac卡，并禁止PWM信号输出，使IPM停止工作起到对IPM的保护。

所述的一种数控机床陶瓷电主轴直接转矩控制系统，其所述的控制模块部分，采用Motorola DSP56303系列数字信号处理器集中控制的CPU， 为国际标准结构，

所述的一种数控机床陶瓷电主轴直接转矩控制系统，其所述的电主轴定子三相绕组嵌在定子铁心槽中，空间互差120度电角度，且固定不动。 

本发明的优点与效果是：

用较少的元件实现直接转矩控制，大大缩短了研发时间。

附图说明

图1为本发明的电主轴直接转矩控制原理图；

图2为本发明的电主轴直接转矩控制硬件系统原理图；

图3为本发明的磁链空间矢量示意图；

图4为本发明的磁链调节器框图；

图5为本发明的转矩调节器示意图；

图6为本发明的转矩调节过程时序图；

图7为本发明的具有容差限的圆形磁链轨迹示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行详细说明。

本发明控制部分的逆变部分的逆变器模块使用智能IPM功率模块，其驱动电路、保护电路和制动电路内置，因而简化了片外的驱动电路，减少了系统的故障率。IPM自身带有报警功能，将警报信号输出到umac卡，禁止PWM信号输出，使IPM停止工作从而起到对IPM的保护。电压、电流信号检测，使用霍尔三相电压、电流传感器精确采集电压和电流信号。控制模块的控制部分使用umac控制卡，采用Motorola DSP56303系列数字信号处理器(80MHZ)，集中控制的CPU， 采用国际标准结构,可靠性强，具有光纤等通讯方式，输出信号形式:±10V模拟量,数字量，(脉冲+方向),PWM脉宽调制，可以独立工作，通用I/O接口等，本身的特点使其适合直接转矩控制器的要求。通讯部分上位机通过网线对umac控制卡进行编程和控制，安全、便捷。

本发明的控制原理：

1)三相到两相的转换

电主轴定子三相绕组都嵌在定子铁心槽中，空间互差120度电角度，且固定不动。跟据电机学原理，完全可以用空间上互相垂直的两个静止的绕组                                                、来代替电主轴三相定子绕组A、B、C的作用。在与A轴重合的前提条件下，它们之间有固定的变换关系：

              电流转换

            电压转换

2)两相静止坐标系下定子磁链方程

3)磁链幅值运算器

磁链运算器的作用是利用定子磁链空间矢量在α-β坐标系上的两个分量、计算得到磁链幅值。、与磁链幅值的关系如下图所示。

图3中，为定子磁链矢量空间角。取与a轴同向时，=0。由图4-5可得定子磁链幅值计算式：