高速数控机床电主轴控制技术

前言

第1章 电主轴工作原理

1.1 电主轴概述

1.1.1 电主轴分类

1.1.2 电主轴结构

1.1.3 电主轴电机工作原理

1.1.4 电主轴技术参数

1.1.5 电主轴技术发展趋势

1.2 电主轴关键技术

1.2.1 高速电主轴轴承技术

1.2.2 电主轴电动机及控制技术

1.2.3 电主轴润滑及冷却技术

1.2.4 电主轴动平衡技术

1.2.5 电主轴刀具接口技术

1.3 电主轴运行性能

1.3.1 精度和刚度

1.3.2 临界转速

1.3.3 残余动不平衡值及验收振动速度值

1.3.4 噪声与套筒温升值

1.3.5 拉紧刀具的拉力值和松开刀具所需压力的*小和*大值

1.3.6 使用寿命值-

1.3.7 电主轴与刀具接口

1.3.8 其他伺服性能

第2章 电主轴控制系统概述

2.1 电主轴发展现状

2.1.1 高速电主轴技术发展现状

2.1.2 电主轴单元运行特性研究现状

2.2 电主轴驱动系统构成

2.2.1 变频器外接端口

2.2.2 变频器功能参数

2.3 变频器主要功能

2.3.1 频率给定功能

2.3.2 运行控制功能

2.3.3 变频器控制方式及选择功能

2.3.4 制动控制功能

第3章 脉宽调制技术

3.1 脉宽调制逆变原理

3.1.1 脉宽调制原理

3.1.2 脉宽调制逆变电路

3.2 三角载波脉宽调制

3.2.1 脉宽调制

3.2.2 脉宽调制方式

3.3 电流跟踪脉宽调制

3.4 磁通跟踪脉宽调制

3.4.1 电压空间矢量

3.4.2 电压空间矢量与磁通轨迹

3.4.3 磁通跟踪脉宽调制

第4章 电主轴控制技术

4.1 电主轴恒压频比控制技术

4.1.1 电主轴控制方式与特性分析-

4.1.2 电主轴电压一频率控制机械特性

4.1.3 电主轴恒压频比控制建模及仿真分析

4.2 电主轴矢量控制技术

4.2.1 坐标变换

4.2.2 电主轴动态数学模型

4.2.3 电主轴矢量控制

4.2.4 无速度传感器矢量控制系统建模与仿真分析

4.2.5 高速永磁电主轴矢量控制

4.3 电主轴直接转矩控制技术

4.3.1 电主轴直接转矩控制原理

4.3.2 逆变器数学模型与空间电压矢量

4.3.3 电主轴直接转矩控制系统模型

4.3.4 电主轴直接转矩控制系统仿真及结果分析

4.3.5 永磁同步电主轴直接转矩控制

4.4 直接转矩控制与矢量控制的内在联系与区别

4.4.1 直接转矩控制与矢量控制的内在联系

4.4.2 直接转矩控制与矢量控制的区别

第5章 电主轴智能控制技术与应用

5.1 概述

5.1.1 电主轴控制的难点问题

5.1.2 基于智能控制的电主轴驱动技术

5.2 模糊控制技术在电主轴控制中的应用

5.2.1 基本模糊调节器

5.2.2 模糊神经网络（FNN）调节器

5.2.3 模糊神经网络控制器

5.3 人工智能技术辨识电主轴参数

5.3.1 定子电阻对直接转矩控制性能的影响

5.3.2 定子电阻特性分析

5.3.3 基于RBF神经网络定子电阻辨识

5.3.4 定子电阻混合智能辨识方法

5.3.5 定子电阻混合智能辨识仿真试验

5.3.6 定子电阻辨识直接转矩控制系统仿真验证

第6章 变频器控制下电主轴损耗特性

6.1 电主轴损耗理论基础

6.1.1 电主轴损耗分类

6.1.2 电主轴基本铁耗

6.1.3 空载时铁芯中的附加损耗

6.1.4 电气损耗

6.1.5 负载时的附加损耗

6.1.6 机械损耗

6.2 变频器控制下电主轴损耗特性有限元分析

6.2.1 非正弦供电对电主轴损耗的影响

6.2.2 非正弦供电对电主轴损耗影响有限元分析

6.3 载荷对电主轴损耗影响分析

6.3.1 载荷对电主轴损耗影响的仿真分析

6.3.2 连接式电主轴自动加载试验装置及检测效果

6.3.3 载荷对电主轴损耗影响试验研究

6.4 电主轴温度特性

第7章 变频器控制下电主轴振动特性

7.1 概述

7.2 电主轴电磁振动机理

7.2.1 电主轴空间谐波

7.2.2 电主轴时间谐波

7.2.3 电主轴三相合成磁势

7.2.4 谐波对电磁力的影响

7.3 电主轴电磁力分析及计算方法

7.3.1 电磁场计算解析法

7.3.2 电磁场计算有限元法

7.4 变频器控制模式对电磁振动的影响

7.4.1 变频器控制模式对电磁振动影响的仿真分析

7.4.2 变频器控制模式对电磁振动影响的试验研究

7.5 载荷对电磁振动的影响

7.5.1 载荷对电磁振动影响的仿真分析

7.5.2 载荷对电磁振动影响的试验研究

7.6 转轴材料对电磁振动的影响

7.6.1 转轴材料对电磁振动影响的仿真分析

7.6.2 转轴材料对电磁振动影响的试验研究

第8章 变频器控制下陶瓷电主轴运行特性

8.1 陶瓷电主轴损耗特性

8.1.1 陶瓷电主轴与金属电主轴损耗对比

8.1.2 载荷对陶瓷电主轴损耗的影响

8.1.3 变频器载波比对陶瓷电主轴损耗的影响

8.2 陶瓷电主轴振动特性

8.2.1 V／F控制下陶瓷电主轴振动性能试验

8.2.2 气隙对电磁振动影响的仿真分析

8.3 陶瓷电主轴抵抗单边磁拉力的能力分析

8.3.1 气隙偏心对陶瓷电主轴转子系统的影响

8.3.2 偏心条件下定子电流变化对单边磁拉力的影响

8.3.3 单边磁拉力作用下电主轴转轴位移有限元分析

参考文献

《高速数控机床电主轴控制技术》较系统地介绍了高速数控机床电主轴的工作原理，以及电主轴的常用控制技术，即恒压频比控制技术、矢量控制技术及直接转矩控制技术。
　　通过仿真技术及实验数据，详细分析了变频器控制下电主轴的电磁损耗及电磁振动问题。结合国家自然科学基金项目及国家863计划项目的理论研究成果及技术上的*新进展，对比分析了变频器控制下陶瓷电主轴与金属电主轴的电磁损耗及电磁振动的区别。将智能控制应用于电主轴的直接转矩控制，在分析定子电阻对控制系统性能影响的基础上，介绍了采用智能控制技术进行电主轴定子电阻辨识的新方法。
　　《高速数控机床电主轴控制技术》可供研究院（所）、高等院校、企业从事数控、自动化、电气传动技术及电主轴关键技术研究和开发的人员阅读，也可供高等院校相关专业的研究牛参考。