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矢量变频器在高速铣床中的应用研究

作　者: 李祖光
导　师: 王新生
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 矢量变频器 高速铣床 直接转矩控制 谐波 多段速
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着科技的进步,现代机械制造行业对各种零部件的质量要求越来越高,高速铣床是能够完成多种加工任务机床,它的性能提升对制造行业的发展起着促进作用,使用矢量变频器驱动高速铣床主轴,能够保证高速铣床稳定进行高速切削加工,提高工作效率,降低生产成本。本文研究了矢量变频器的控制算法和输出电压谐波分布情况,并设计了MFC710变频器驱动高速电主轴的外部控制电路。课题介绍了变频器的发展现状和在铣床中的应用情况,说明使用高速电主轴进行高速铣削的优越性,建立高速电主轴的数学模型,研究了双极性SPWM和电压空间矢量脉宽调制技术,然后对MFC710变频器采用的恒定压频比(U/f)比标量控制策略和电压空间矢量直接转矩(DTC-SVPWM)控制策略进行仿真,并对两种控制策略的系统仿真结果进行分析,得出选择矢量控制策略的变频器驱动电主轴运动系统性能优于标量控制策略的驱动系统。变频器的输出电压中包含有谐波,这些谐波将会对高速电主轴产生异步转矩和同步转矩影响,降低电主轴的工作效率,本文在对变频器的控制策略进行仿真分析后,对变频器的输出电压进行谐波分析,得到变频器的输出电压谐波分布状况,给出优化逆变器开关频率和调制深度的方法改善电压输出,并采用自适应陷波器来消除指定的某次谐波,尽量减少谐波对高速电主轴稳定运行的不良影响。本文在研究了托威达MFC710矢量变频器的硬件结构后,提出了选择多段速运行模式驱动高速电主轴的方法,高速铣床的主轴转速输出更加精确,并设计了变频器的本地和远程外部控制电路,电路采用光电耦合和继电器隔离的双重保护保护电路,采用MFC710变频器驱动电主轴多段速运行,主轴转速能够达到稳定、准确运行的目标。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究意义  8-10
  1.2 变频器的国内外发展概状  10-13
    1.2.1 变频器的国外发展概况  10-11
    1.2.2 变频器的国内发展现状  11-12
    1.2.3 变频器在高速铣床中的发展现状  12-13
  1.3 论文研究的主要内容  13-14
第2章 变频器原理及主轴传动控制系统分析  14-26
  2.1 变频器拓扑结构及原理分析  14-21
    2.1.1 变频器的拓扑结构  14-16
    2.1.2 变频器的工作原理  16-17
    2.1.3 变频器的控制模式  17-21
  2.2 高速铣床主轴传动控制系统分析  21-25
    2.2.1 高速铣床电主轴原理  21-22
    2.2.2 高速铣床电主轴数学模型  22-24
    2.2.3 高速铣床主传动控制系统  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第3章 矢量变频器驱动电主轴运动控制系统仿真  26-42
  3.1 恒定U/f 比电主轴运动控制系统仿真  26-32
    3.1.1 三相SPWM 逆变器  26-29
    3.1.2 基于SPWM 的恒定U/f 比电主轴运动控制系统仿真  29-32
  3.2 直接转矩控制策略仿真研究  32-39
    3.2.1 坐标变换  33-34
    3.2.2 电压空间矢量调制技术  34-36
    3.2.3 基于DTC-SVPWM 的电主轴运动控制系统仿真  36-39
  3.3 仿真结果分析  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章 矢量变频器输出电压谐波分析及抑制策略  42-54
  4.1 变频器电压谐波对电主轴的影响  42-44
  4.2 矢量变频器输出电压谐波分析  44-48
    4.2.1 恒定U/f 比控制的变频器输出电压谐波  44-46
    4.2.2 DTC-SVPWM 变频器输出电压谐波  46-48
  4.3 谐波抑制策略  48-53
    4.3.1 载波频率和调制深度抑制策略  48-49
    4.3.2 基于自适应滤波的谐波抑制策略  49-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章 MFC710 矢量变频器在高速铣床中的应用  54-63
  5.1 MFC710 变频器拓扑结构  54-56
    5.1.1 MFC710 变频器主电路  54-55
    5.1.2 MFC710 变频器控制电路  55-56
  5.2 MFC710 矢量变频器在高速铣床中的应用  56-62
    5.2.1 高速铣床主运动系统  56-58
    5.2.2 高频多段速分布控制  58-59
    5.2.3 本地/远程控制  59-62
  5.3 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动（电气传动） > 控制系统 > 变频控制系统
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