毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
1. 交流主轴驱动技术研究课题背景与意义
装备制造业是为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性产业，是整个制造业的基础，其水平决定了国民经济发展的水平。数控技术是现代机床装备制造业的核心，是制造自动化设备的关键。数控机床主要由数控系统(CNC)、伺服系统、检测系统及机床本体组成[1]。数控系统是数控机床的核心，它根据加工工艺要求完成插补运算，发出各种控制指令。伺服系统是数控机床的驱动装置，它接受数控系统发出的各种指令，驱动机床执行机构完成指定的运动。伺服系统包括主轴伺服驱动系统和进给伺服驱动系统。进给伺服驱动系统完成数控机床各坐标轴的进给运动；主轴伺服驱动系统完成主轴的旋转运动，包括主轴的速度控制、主轴与进给驱动的同步控制、准停控制和角度分度控制，是数控机床核心关键部件之一，其产品质量和性能的好坏直接影响到我国数控产品和国外产品的竞争能力。
目前，我国的伺服驱动系统和主轴伺服驱动系统在产品性能、产品质量和结构工艺方面和国外名牌系统仍存在较大的差距，在用户的心目中还未建立起足够的信誉。在数控机床上，高性能数字交流主轴驱动系统依然是以国外产品为主，其中也有不少采用通用变频器的主轴驱动方案，但在高速区域内，其快速性能、稳定运行能以及带载性能等往往下降，因此深入研究高速区域内的驱动关键技术。因此，开发出高性能的主轴驱动系统，建立国产数控系统的成套技术，降低成本，以提高国产数控产品的竞争能力，是一项具有重要现实意义的课题[2 、3]。
2. 交流主轴驱动技术研究课题的国内外研究现状的介绍以及应用
中国在这个行业近几年取得了世界瞩目的快速发展，其中数控机床发展最为迅速，在多轴、高速、精密、复合以及自动化程度等方面都取得了明显的进步，尤其在数控机床的品种和高速化发展上进展明显。国内电主轴技术领域以洛阳轴承科技股份有限公司（原机械部洛阳轴承研究所）为代表，自从 1958 年由其为主研制的第一台电主轴问世以来，目前该公司已经自主研发成功国内最为先进的扭矩为 200Nm、最高转速为50000r/min 的一系列用于加工中心的电主轴[4-6]。除此之外，国内的电主轴企业还有无锡开源、安阳莱泰等开发生产磨削用电主轴的老企业和新成长起来的无锡博华、靖江星晨、济宁博特等一批专业新公司。目前国内已开发生产了转速从 3000～240000r/min 的各种用途电主轴，涵盖内外表面磨削、加工中心、高速数控雕铣、高速数控车、PCB 板数控钻铣、高速旋碾、高速离心、高速试验等领域[7]。国内作为商品供应市场的电主轴最高转速可达 150000r/min，最大输出转矩可达 1000 Nm，最大输出功率可达 150kW。 虽然我国的电主轴技术已经取得较大的进展，但是不论在产品的质量、种类方面，还是在产品的性能、标准化等方面与发达国家仍然存在不小的差距[8、9]。目前国产的高转速、高精度数控机床和加工中心所应用的电主轴，仍然主要从国外进口。最近及今后一段时间，国内着重研发能够实现高速大功率、宽调速范围、高回转精度、高可靠性、高工作寿命、能实现快速制启动、准确定位、自动对刀等要求的高标准电主轴单元[10]。近几年美国、日本、德国、意大利、英国、加拿大和瑞士等工业强国争相投入巨资大力开发此项技术。著名的有德国的GMN公司、Siemnes公司、意大利Gamfior公司及日本三菱公司和安川公司等,它们的技术水平代表了这个领域的世界先进水平。具有功率大、转速高,采用高速、高刚度轴承,精密加工与精密装配工艺水平高和配套控制系统水平高等特点[11] 。
2.1各方法控制原理的介绍
1、恒压频比控制与转差频率控制
恒压频比控制即通过调节驱动器输出侧的电压频率比(U/f比)的方法，来改变电动机在调速过程中机械特性的控制方式[12]。开环恒压频比只是控制了电机的气隙磁链，不能对转矩进行调节，可满足一般平滑调速的要求，动态性能有限。 转差频率控制采用转子转速闭环控制，转速调节器的输出是转差角频率，逆变器输出的实际角频率是由转差信号和电机的实际转速信号相加后得到的，它随着电机转子角速度同步上升或下降。在分析转差频率控制规律时，是从异步电动机的稳态等效电路和稳态转矩公式出发的，并不能真正控制动态过程中的转矩特性。保持磁通恒定是转差频率控制的关键所在，但是系统中并没有严格的磁通控制，因此对系统的控制只是粗略的。
2、磁场定向控制
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