关键词:
外啮合传动
永磁同步电机
非线性交叉耦合
同速同相
摘要:
当前,随着新能源以及航空航天的兴起,齿轮加工行业前景较好,且伴随传统制造业的转型升级,高性能珩齿加工技术快速迭代,为实现高精密的齿轮强迫外啮合珩削加工提供了可能。本文基于珩磨轮与工件齿轮动态强迫外啮合传动珩削加工的运动特性与双永磁同步电机的磁场定向控制理论,提出了一种适用于双电机分别独立驱动两强迫外啮合齿轮的非线性交叉耦合控制策略,并对此进行数学建模和仿真分析,最后通过搭建珩磨轮与工件齿轮动态强迫外啮合传动伺服系统实验平台验证了模型和仿真的有效性。本文主要进行了如下研究工作:
(1)根据珩齿机珩磨轮与工件齿轮动态强迫外啮合传动珩削加工的运动特性以及所凝练的受力模型和双永磁同步电机在d、q轴坐标系下的各数学模型共同构建出珩磨机伺服系统的电机与齿轮形成的机电一体化模型,并根据永磁伺服系统特点和外啮合分析深度进行降阶优化。随后针对实际啮合切削时的运动特征设计了双电机以速度相位非线性交叉耦合的控制模式下独立驱动两外啮合齿轮的同速同相模型结构,并以传递函数的形式表示各个模块,之后对控制系统各个环路进行优化合并,最后解耦分离探究出了动态负载变化对速度相位的理论影响。
(2)以永磁同步电机的理想模型和其伺服控制系统控制理论为基准于simulink搭建单、双电机控制系统仿真兵验证了前者可靠性。而后针对前述的理论模型设计构建双电机非线性交叉耦合控制的伺服控制系统的仿真模型并通过仿真波形重点分析并验证了在理想情况下的满足外啮合珩齿的同速同相理论模型的有效性。
(3)针对外啮合珩齿机伺服系统所需实物条件进行了实验平台搭建,主要为软硬件的设计与实现。硬件方面大致分为DSP28377D控制板和永磁同步电机驱动板的供电和数据上下行转换电路;软件方面主要是永磁同步电机磁场定向控制各类程序模块的编写和电机系统各个环路的跳转设计。最后,进行外啮合珩齿机控制系统实验验证与分析,主要为在搭建的平台基础之上利用单、双电机的各类波形验证了前述的基础理论、仿真以及实物平台的正确性以及重点通过非线性交叉耦合控制的双电机速度和相位同步验证了外啮合珩齿机控制系统实现同速同相控制的实际效果。