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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