[发明专利]一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统及方法

说明书

本发明提供一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统及方法，根据永磁同步电主轴的实际转速与给定转速的差值作为PI调节器的给定值，计算出电主轴的转矩；通过采用传感器检测电主轴定子电流和电压，在定子坐标系下观测电主轴的磁链和转矩，并把观测值分别与PI调节器计算出的转矩和给定的磁链进行比较，差值经过双滑模控制器，得到直轴定子电压和交轴定子电压，经过坐标变换、SVPWM变换，作用在主电路逆变器上的功率开关器件，实现永磁同步电主轴的直接转矩控制。本发明结构简单，易于实现，鲁棒性好，具有转矩响应速度快和跟踪误差小的优点，提高了系统的稳定性和零件的加工精度。

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，具体涉及一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统及方法。

背景技术

永磁同步电主轴作为高精度数控机床的核心部件之一，具有结构简单、功率因素高、低速性能好、损耗小等优点，在高精度和高可靠性要求场合获得广泛应用。直接转矩控制是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制，与矢量控制不同，直接转矩控制不需要解耦，采用定子磁链定向和空间矢量的概念，通过对定子电压进行积分，直接在定子坐标系下观测电主轴的磁链和转矩，并将此观测值与给定磁链和转矩值通过两个滞环比较，在依据当前的定子磁链矢量的位置从预制的开关状态表中选择相应电压空间矢量，实现了对永磁同步电主轴的直接控制。直接转矩控制虽然省去了电流环，主开关频率也比较低，但是直接转矩控制的永磁同步电主轴启动困难，在负载突变时，电流冲击较大，导致转矩和磁链的脉动大，引起噪声和抖振等问题。

专利201510334532.3，提供了永磁同步变频电动机直接驱动的锤式破碎机，是井下顺槽运输设备中的一种重要设备。传统锤式破碎机的驱动系统一般是异步电动机+减速器+液力耦合器(机械软启动装置)或者是异步电动机+小、大皮带轮+皮带。而本发明结构特征：锤式破碎机的驱动系统就是永磁同步变频电动机，与传统驱动系统相比，永磁同步变频电动机替代异步电动机提供源动力，去掉了减速器或皮带轮及皮带等变速装置和液力耦合器等机械软启动装置等中间环节。本发明的永磁同步变频电动机直接驱动的锤式破碎机启动转矩大、运行平稳，工艺实现简单、可靠，运行过程高效、节能、低噪、免维护，达到节能降耗的目的。

专利201721529638.X，涉及一种高压辊磨永磁直驱系统，属于机械传动技术领域，该系统包括永磁直驱变频电机、高压辊磨设备和系统控制柜，在高压辊磨驱动方式上采用永磁直驱电机的方式，取代原有的异步电机与减速器和万向联轴器联合驱动的方式；驱动电机采用变频调速技术，并利用变频器实现两台电机转速同步；本实用新型的有益效果是，减小了土建面积，保证了两个辊筒速度相同，提升了整个传动系统的传动效率，实现了节能、结构简单、维护量小、实用性强、启动平稳、控制精确。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了解决现有永磁同步电主轴传统直接转矩控制策略引起的较大的磁链和转矩的脉动，系统在低速段难以精确控制，以及由于磁链和转矩脉动引起的噪声和抖振等问题，本发明提供了一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统及方法，用以减小磁链和转矩的脉动，提高系统的动静态性能，保证了数控加工精度。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统，包括主电路、控制电路、信号检测电路；

所述主电路包括逆变器和永磁同步电主轴；

所述控制电路包括转速环调节器、滑模控制器、坐标变换模块、 SVPWM模块、定子磁链电磁转矩估计模块、转子位置速度估计模块；

所述信号检测电路包括传感器；