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第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.1.1 研究背景概述 1

1.1.2 国内外研究发展现状 3

1.1.3 课题的应用前景和现实意义 4

1.2 永磁同步电主轴系统 5

1.2.1 数控机床对永磁同步电主轴系统的要求 5

1.2.2 永磁同步电主轴系统构成 6

1.3 永磁同步电主轴驱动系统相关领域发展概况 11

1.3.1 数字处理器技术 11

1.3.2 电力电子技术 12

1.3.3 电机控制策略研究现状 13

1.3.4 未来发展趋势 18

1.4 本书的主要研究内容 20

第2章 永磁同步电主轴矢量控制原理及自抗扰控制理论 23

2.1 引言 23

2.2 PMSS的数学模型 23

2.2.1 定子电压和磁链方程 24

2.2.2 转矩方程 27

2.2.3 运动方程 27

2.3 电压极限椭圆和电流极限圆 28

2.3.1 电压极限椭圆 28

2.3.2 电流极限圆 28

2.4 基速和转折速度 29

2.5 PMSS矢量控制策略 30

2.5.1 id＝0控制 30

2.5.2 最大转矩／电流比控制（MTPA） 31

2.5.3 cosφ＝1控制 34

2.5.4 恒磁链控制 35

2.6 自抗扰控制基本原理 35

2.6.1 经典PID控制的缺陷 35

2.6.2 自抗扰控制器 36

2.7 本章小结 39

第3章 永磁同步电主轴的弱磁扩速技术 40

3.1 引言 40

3.2 永磁同步电主轴弱磁扩速技术的研究现状 40

3.2.1 从电动机本体角度 40

3.2.2 从控制角度 44

3.3 永磁同步电主轴弱磁控制原理与控制策略 45

3.3.1 永磁同步电主轴弱磁控制原理 45

3.3.2 永磁同步电主轴弱磁控制策略 47

3.3.3 弱磁运行区域分析 51

3.4 永磁同步电主轴弱磁控制系统仿真模型 53

3.5 本章小结 54

第4章 大功率永磁同步电主轴电流控制算法研究 55

4.1 引言 55

4.2 永磁同步电主轴电流控制方法的研究现状 55

4.3 大功率永磁同步电主轴驱动系统 56

4.4 采用快速跟踪微分器为电流指令安排过渡过程 57

4.4.1 快速跟踪微分器 58

4.4.2 仿真结果 60

4.4.3 实验结果 61

4.5 电压前馈解耦控制 65

4.5.1 电流反馈解耦控制 65

4.5.2 电压前馈解耦控制原理 66

4.5.3 实验结果 68

4.6 改进型死区补偿算法 70

4.6.1 死区效应分析 71

4.6.2 改进型电压前馈死区补偿算法 73

4.6.3 实验结果 76

4.7 本章小结 78

第5章 大功率永磁同步电主轴弱磁控制算法研究 80

5.1 引言 80

5.2 改进型超前角弱磁控制算法 80

5.2.1 传统超前角弱磁控制算法 81

5.2.2 超前角弱磁控制电流轨迹分析 82

5.2.3 改进的SVPWM过调制算法 83

5.2.4 基于q轴电流误差的超前角弱磁控制 87

5.2.5 实验结果 88

5.3 一种基于陷波滤波器的弱磁控制算法 94

5.3.1 超前角弱磁控制谐波分析 94

5.3.2 基于陷波滤波器的超前角弱磁控制算法 96

5.3.3 实验结果 98

5.4 本章小结 103

第6章 大功率永磁同步电主轴速度控制算法研究 105

6.1 引言 105

6.2 增量式脉冲编码器Z脉冲校正与丢失检测算法 105

6.2.1 角位移偏差分析 106

6.2.2 增量式正交脉冲编码器脉冲信号分析 108

6.2.3 Z脉冲校正和丢失检测算法实现方案 109

6.2.4 实验结果 110

6.3 基于自抗扰控制器的弱磁速度环控制方法 112

6.3.1 负载扰动观测器 113

6.3.2 速度环自抗扰控制器 114

6.3.3 参数整定 115

6.3.4 仿真与实验结果 116

6.4 结语 119

第7章 大功率永磁同步电主轴驱动系统的设计与实现 121

7.1 引言 121

7.2 大功率永磁同步电主轴驱动装置 121

7.2.1 硬件的设计与实现 121

7.2.2 软件的设计与实现 129

7.3 永磁同步电主轴的电气参数 132

7.4 永磁同步电主轴系统的其他部分 133

7.4.1 油气润滑及冷却系统 133

7.4.2 高速轴承 134

7.4.3 刀具装卡系统 134

7.5 实验结果 134

7.6 本章小结 136

第8章 总结与展望 138

8.1 本书的主要结论和创新点 138

8.2 今后研究工作展望 140

参考文献 141