《高速电主轴变频控制与测试》毕业设计

重庆大学本科学生毕业设计（论文）高速电主轴变频控制的分析与测试学生：XX学号：20062230指导教师：林利红专业：机械设计制造及其自动化重庆大学机械工程学院二O一O年六月GraduationDesign(Thesis)ofChongqingUniversityAnalysisandTestofHighSpeedMotorizedSpindleUnderFrequencyControlUndergraduate:MaBiaoSupervisor:LinLihongMajor:MechanicalDesign,Manufacturing&AutomationCollegeofMechanicalEngineeringChongqingUniversityJune2010重庆大学本科学生毕业设计（论文）中文摘要I摘要高速加工能显著地提高生产率、降低生产成本和提高产品加工质量，是制造业发展的重要趋势，也是一项非常有前景的先进制造技术。高速加工的核心技术主要有高速机床技术、高速刀具技术、高速加工测试技术等，其中高速机床技术是实现高速加工的基本条件，而高速电主轴是高速机床的核心部件，它实现了机床的“零传动”，简化了结构，提高了机床的动态响应速度，是一种新型的机械结构形式，其性能好坏在很大程度上决定了整台机床的加工精度和生产效率。高速电主轴的关键技术之一是变频控制技术。当前高速电主轴主要采用的是高频交流异步电动机，变频控制技术的好坏对高速电主轴能否实现高速加工和加工质量的好坏具有重要影响。因此，对高速电主轴变频控制技术进行分析和性能测试，并进行仿真，是对高速电主轴性能研究的重要环节。本论文深入分析了高速电主轴变频控制的三种主要模式：V/F控制、矢量控制和直接转矩控制。对它们各自的控制特点及对高速电主轴性能的影响进行了比较。为了验证上述理论，对170MD15Y20型（15000r/min）高速电主轴进行V/F控制和矢量控制的性能测试实验，测取了该型电主轴的机械特性、电流、效率、功率因素等特性曲线，进而分析了各物理量之间的相互关系及其影响因素。最后，利用MATLAB/Simulink仿真平台对15000r/min高速电主轴的矢量控制进行仿真，并将仿真结果与实测数据进行了对比分析。关键词：高速电主轴，变频调速，V/F控制，变频控制测试，Simulink仿真重庆大学本科学生毕业设计（论文）ABSTRACTIIABSTRACTHighspeedmachining(HSM)hasbecomethemainstreamofmanufacturingfordrasticallyincreasingproductivity,reducingproductioncostsandimprovingtheproductquality.Thekeytechnologiesofhighspeedmachiningmainlyincludehighspeedmachinetooltechnology,highspeedcuttingtooltechnology,highspeedmachiningtestingtechnologyandsoon,inwhichhighspeedmachinetooltechnologyistheessentialfactortoachievehighspeedmachining,whilehighspeedmotorizedspindleisthecorecomponentofhighspeedmachinetool.Themachinetoolequippedwithhighspeedmotorizedspindlehascharacteristicofthezero-transmissionandsimplifiedofthemachinestructure.Withuseofnewmechanicalstructure,thehighspeedmotorizedspindlehasmuchbetterdynamicperformanceinresponsetothehighdemandsinthismachine.Ingeneral,overallperformanceofhighspeedmachineintermsofthemachiningprecisionandproductivityislargelydependentupontheperformanceoftheequippedhighspeedmotorizedspindle.Oneofthekeytechnologiesofhighspeedmotorizedspindleisfrequencycontrol.Highfrequencyinductionmotorisusedinhighspeedmotorizedspindlepredominantly,thequalityoffrequencycontrolforhighspeedmotorizedspindlehasanimportanteffectonthequalityofhighspeedmachining,eventherealizationofit.Therefore,theanalysisandtestofhighspeedmotorizedspindleunderfrequencycontrol,aswellasthesimulationofit,shouldbeemphasized.Inthispaper,threekindsoffrequencycontrolmodes,whichareV/Fcontrol,vectorcontrolanddirecttorquecontrol,areanalyzedindetailrespectively,aswellastheircharacteristicsandcontrolqualityforhighspeedmotorizedspindle.Inordertoverifythesetheory,testingexperimentson170MD15Y20(15000rpm)highspeedmotorizedspindleunderV/Fcontrolandvectorcontrolisdonerespectively,thespindle'smechanicalcharacteristiccurveandthecurvesaboutcurrent,efficiency,powerfactor,andsoon,areobtained,analysisofthemisfinished,andtherelationshipofthesephysicalquantitiesarerevealed.Atlast,asimulationonMATLAB/Simulinkfor15000rpmhighspeedmotorizedspindleisdone,andthesimulationresultsareanalyzedcomparedwiththemeasureddata.重庆大学本科学生毕业设计（论文）ABSTRACTIIIKeywords：Highspeedmotorizedspindle,frequencycontrolofmotorspeed,V/Fcontrol,Frequencycontroltest,Simulinksimulation重庆大学本科学生毕业设计（论文）目录IV目录中文摘要...................................................................................................ⅠABSTRACT..............................................................................................Ⅱ1绪论.........................................................................................................11.1引言.....................................................................................................11.2本课题研究的目的及意义..........................................................................11.2.1本课题研究的背景..............................................................................11.2.2本课题研究的目的..............................................................................21.2.2本课题研究的意义..............................................................................21.3国内外高速电主轴研究现状及发展趋势........................................................31.3.1国内高速电主轴的研究现状..................................................................31.3.2国外高速电主轴的研究现状..................................................................31.3.3高速电主轴的发展趋势........................................................................31.4高速电主轴关键技术................................................................................61.5本课题的研究内容...................................................................................61.6本章小结...............................................................................................102变频调速系统的控制及算法...............................................................122.1引言....................................................................................................132.2变频器的分类、结构及工作原理................................................................172.2.1变频器的分类....................................................................................72.2.2变频器的结构......................................................................