一种基于id=0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于id=0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法，包括以下步骤：步骤1）将永磁同步电主轴的实际转速与给定转速的差值作为模糊PI调节器的输入，模糊PI调节器对输入的电流进行筛选，计算出电主轴的q轴电流i

【技术实现步骤摘要】
一种基于id＝0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法


[0001]本专利技术涉及数控加工领域，特别涉及一种基于id＝0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法。

技术介绍

[0002]高速电主轴的发展极大地推动了世界高速数控加工技术的发展。近年来随着现代控制理论和人工智能的发展，智能控制在电主轴控制技术上也有极大的应用。为了进一步提高永磁同步电主轴在高速运行工况下的加工精度和稳定性，需要对电主轴的驱动技术有更深入的研究。如今矢量控制运用较为广泛，id＝0的控制是矢量控制的一种，其本质是实现d
‑
q轴电流解耦，控制过程相对简单。传统id＝0控制转速环和电流环均是PID控制器，其原理简单，使用方便但控制过程中会出现电流波动大，转矩脉动大，鲁棒性差等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是克服现有技术缺陷，提供一种基于id＝0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法，引入模糊理论优化速度环PI控制，提出LADRC 代替电流环PI控制，提高了系统的鲁棒性。
[0004]本专利技术的目的是这样实现的：一种基于id＝0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1)将永磁同步电主轴的实际转速与给定转速的差值作为模糊PI调节器的输入，模糊PI调节器对输入的电流进行筛选，计算出电主轴的q轴电流i
q
；
[0006]步骤2)将模糊PI控制器输出的q轴电流i
q
和d轴电流i
d
＝0作为输入，再与闭环电流作差经过线性自抗扰电流控制器，得到直轴定子电压u
d
和交轴定子电压u
q
；
[0007]步骤3)根据电压u
α
和电压u
β
经过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id＝0控制。
[0008]本专利技术采用以上技术方案，与现有技术相比，有益效果为：本专利技术采用模糊PI
‑
LADRC组合控制方式，该方式通过分析速度环与电流环的特性，分别针对进行设计不同的控制器来达到良好的全局控制效果，首先通过电主轴输出的实际转速与额定转速作差并使其差值作为速度环模糊控制器的输入，模糊控制器对输入的电流起到优化筛选的作用，不需要人为去调节选择，在实际应用中起到很大作用。然后计算出的电流再经过线性自抗扰控制器，线性自抗扰控制器起到对信号进行跟踪和对不确定部分以及外部扰动进行实时估计、补偿，使系统具有极强的鲁棒性和抗干扰性。本专利技术提出表贴式id＝0 矢量控制策略，使电机控制简单有效；其中速度环采用模糊PI控制，减小了系统在高速阶段的电流波动性；电流环采用一阶线性自抗扰控制策略，提高了系统的抗扰动性能。
[0009]进一步的，所述模糊PI控制器位于速度环，所述模糊PI控制器将电主轴反馈回来的转速进行与系统给定值进行实时计算，得到模糊控制器所需的转速误差e与转速误差变化率e
c
，模糊PI调节器的Δk
p
、Δk
i
两个参数作为输出量，利用提出的模糊规则对转速误差e
与转速误差变化率e
c
进行模糊推理，最后查询模糊矩阵表进行参数调整。速度环采用模糊PI控制，减小了系统在高速阶段的电流波动性，使系统获得较好的稳态精度。
[0010]进一步的，所述线性自抗扰电流控制器将电流i
q
通过线性扩张观测器后输出z1、z2，z1为输出的电流观测值；z2输出的扰动观测值；z2直接输入到线性误差反馈中，将z1和电机反馈的电流进行作差输入到线性状态误差反馈中，通过线性误差反馈进行实时的补偿，消除扰动；所述线性扰动补偿控律为：K为比例增益。用线性自抗扰控制器代替电流环PI控制器，解决了PI控制器会出现电流波动大，抗干扰能力不足等问题，线性自抗扰控制器起到对信号进行跟踪和对不确定部分以及外部扰动进行实时估计、补偿，使系统具有极强的鲁棒性和抗干扰性。
[0011]进一步的，步骤1)中所述的永磁同步电主轴为表贴式永磁同步电主轴，数学建模为：
[0012]表贴式永磁同步电主轴在d
‑
q旋转坐标系的电压和磁链方程表示为
[0013][0014][0015]电磁转矩和运动方程为
[0016][0017][0018]对于表贴式永磁同步电主轴有L
d
＝L
q
，式(3)简化为
[0019][0020]式中：u
q
、u
d
为定子绕组q
‑
d轴的电压、i
q
、i
d
为定子绕组q
‑
d轴的电流、Ψ
q
、Ψ
d
为定子绕组q
‑
d轴的磁链、L
q
、L
d
为定子绕组q
‑
d轴的电感；Ψ
f
为电主轴内部转子永磁体产生的励磁磁场的基波磁链；R
s
为定子电阻；T
e
为电磁转矩；B为黏性摩擦系数；J为电主轴转子上的转动惯量，包括所施加的负载；ω
m
为转子机械角速度；T
L
为负载转矩。采用表贴式id＝0矢量控制策略，将d
‑
q 轴电流解耦，实现对转矩电流与励磁电流的独立控制。
附图说明
[0021]图1为本专利技术整体框图。
[0022]图2为本专利技术模糊PI控制器框图。
[0023]图3为本专利技术线性自抗扰控制器框图。
具体实施方式
[0024]如图1所示的一种基于id＝0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法，包括以
下步骤：
[0025]步骤1)将永磁同步电主轴的实际转速与给定转速的差值作为模糊PI调节器的输入，模糊PI调节器对输入的电流进行筛选，计算出电主轴的q轴电流i
q
；
[0026]步骤2)将模糊PI控制器输出的q轴电流i
q
和d轴电流i
d
＝0作为输入，再与闭环电流作差经过线性自抗扰电流控制器，得到直轴定子电压u
d
和交轴定子电压u
q
；
[0027]步骤3)根据电压u
α
和电压u
β
经过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id＝0控制。
[0028]步骤1)中的永磁同步电主轴为表贴式永磁同步电主轴，数学建模为：表贴式永磁同步电主轴在d
‑
q旋转坐标系的电压和磁链方程表示为
[0029][0030][0031]电磁转矩和运动方程为
[0032][0033][0034]对于表贴式永磁同步电主轴有L
d
＝L
q
，式(3)简化为
[0035][003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于id＝0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)将永磁同步电主轴的实际转速与给定转速的差值作为模糊PI调节器的输入，模糊PI调节器对输入的电流进行筛选，计算出电主轴的q轴电流i
q
；步骤2)将模糊PI控制器输出的q轴电流i
q
和d轴电流i
d
＝0作为输入，再与闭环电流作差经过线性自抗扰电流控制器，得到直轴定子电压u
d
和交轴定子电压u
q
；步骤3)根据电压u
α
和电压u
β
经过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id＝0控制。2.根据权利要求1所述的一种基于id＝0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法，其特征在于，所述模糊PI控制器位于速度环，所述模糊PI控制器将电主轴反馈回来的转速进行与系统给定值进行实时计算，得到模糊控制器所需的转速误差e与转速误差变化率e
c
，模糊PI调节器的Δk
p
、Δk
i
两个参数作为输出量，利用提出的模糊规则对转速误差e与转速误差变化率e
c
进行模糊推理，最后查询模糊矩阵表进行参数调整。3.根据权利要求1所述的一种基于id＝0控制的表贴式永磁同步电主轴矢量控制方法，其特征在于，所述线性自抗扰电流控制器将电流i
q
通过线性扩张观测器后输出z1、z2，z1为输出的电流观测值；z2输出的扰动观...

【专利技术属性】
技术研发人员：单文桃，恽之恒，白郭蒙，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：