永磁同步電主軸作為高精度數(shù)控機床的核心部件之一，在航空航天、汽車、精密儀器和模具加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。自主開發(fā)高速高剛度的大功率永磁同步電主軸系統(tǒng)，對于我國在高檔數(shù)控機床領(lǐng)域擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心競爭力將起到至關(guān)重要的作用。 

    永磁同步電主軸的高速化是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢之一，多年以來，國內(nèi)外廣大學(xué)者對此做了大量研究，但仍有許多理論和技術(shù)問題需要解決。下面小編帶大家了解下以大功率永磁同步電主軸為研究對象，圍繞如何提高其弱磁控制性能進行了深入地研究，涉及矢量控制、電流環(huán)控制策略、死區(qū)補償算法、弱磁控制算法、速度環(huán)控制策略等問題。

    1.概括總結(jié)了大功率永磁同步電主軸驅(qū)動系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢，詳細分析了永磁同步電主軸的數(shù)學(xué)模型、矢量控制策略和自抗擾控制理論，深入研究了永磁同步電主軸的弱磁控制策略。

    2.針對電流PI調(diào)節(jié)器存在的階躍響應(yīng)超調(diào)與跟蹤速度之間的矛盾，提出了采用快速跟蹤微分器為電流指令安排過渡過程的方法。

    仿真和實驗結(jié)果表明：此方法使電流更快速、平滑地跟蹤指令值，增強了電流控制的魯棒性。

    3.針對由于電流PI調(diào)節(jié)器對dq軸電流解耦不徹底所導(dǎo)致的電主軸高速運行時易產(chǎn)生較大電流跟蹤誤差的問題，提出了基于電壓前饋解耦的電流控制算法，通過在電壓指令中增加前饋補償以消除耦合項的影響。

    實驗結(jié)果表明：該算法實現(xiàn)了對dq軸電流的完全解耦，消除了電流跟蹤誤差，提高了電流控制性能。

    4.針對SVPWM死區(qū)效應(yīng)所造成的逆變器輸出電流波形嚴重畸變和零電流鉗位現(xiàn)象，在傳統(tǒng)電壓前饋死區(qū)補償算法的基礎(chǔ)上，提出了一種改進型死區(qū)補償算法。與傳統(tǒng)算法相比，該算法具有計算量小、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。

    實驗結(jié)果表明：該算法可以有效地改善輸出電流的波形，消除零電流鉗位現(xiàn)象，從而提高逆變器的輸出性能。

    5.針對表貼式永磁同步電主軸在弱磁控制中隨負載增大易產(chǎn)生速度響應(yīng)動態(tài)過程電流震蕩、速度穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)時速度波動變大的問題，在分析了傳統(tǒng)超前角弱磁控制算法原理的基礎(chǔ)上，將動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能變差的主要原因分別歸結(jié)于SVPWM逆變器電壓輸出能力不足和弱磁階段采用的電壓閉環(huán)控制，提出了一種改進型超前角弱磁控制算法。

    此方法使用一種運算量小的SVPWM過調(diào)制算法，同時采用以q軸電流誤 差閉環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電壓閉環(huán)的弱磁控制策略。

    實驗結(jié)果表明：該算法可以有效地減小動態(tài)過程的電流震蕩，避免加載時的穩(wěn)態(tài)速度下降，且穩(wěn)態(tài)速度波動小，從而提高了電主軸弱磁階段的帶載能力。 

    6.針對弱磁調(diào)速時速度PI調(diào)節(jié)器抗負載突變和負載擾動能力差的問題，提出一種基于自抗擾控制器的弱磁速度環(huán)控制策略。

    仿真結(jié)果表明：相較于傳統(tǒng)的速度PI調(diào)節(jié)器，該方法能夠提高弱磁調(diào)速時速度環(huán)對負載變化的抗擾能力。 

    7.構(gòu)建了大功率永磁同步電主軸驅(qū)動系統(tǒng)的硬件平臺，在此基礎(chǔ)上完成了本文提出算法的軟件設(shè)計與開發(fā)，并制作了樣機。進行了大功率永磁同步電主軸的高速運行實驗，驗證了本文提出算法的可行性。

    操作員在每天工作完后要使用吸塵器清理永磁同步電主軸的轉(zhuǎn)子端和電機接線端子上的廢屑，防止廢屑在轉(zhuǎn)子端和接線端子上堆積，以此避免廢屑進入軸承，加速高速軸承的磨損；避免廢屑進入接線端子，造成電機短路燒毀。

    每次對永磁同步電主軸更換刀具時，操作員必須要將壓帽卡頭擰下，電主軸不能使用直接插拔刀具的方法換刀！操作員要養(yǎng)成一個習(xí)慣，在卸刀后要將卡頭和壓帽清理干凈。

    每天開機后操作員必須檢查永磁同步電主軸的冷卻水流地工作狀態(tài)，要檢查水泵是否正常工作，要檢查冷卻水是否被水垢、微生物污染，要檢查管路狀態(tài)是否正常，必須要保證冷卻水正常循環(huán)！嚴禁在電主軸內(nèi)無冷卻水通過的情況下開啟電主軸！

    只有在正常冷卻的前提下電主軸才能處于良好的工作狀態(tài)。如果水管有死彎造成水流不暢或有污垢堵塞管道，就會造成電主軸無法正常工作，并會影響加工效果。