[发明专利]用于高速电主轴变频调速控制的电压矢量给定方法

权利要求书

1.一种用于高速电主轴变频调速控制的电压矢量给定方法，以下简称电压矢量给定方法，其步骤如下：

A.电压矢量给定方法运行所用装置及操作：

用于高速电主轴变频调速控制的电压矢量给定方法所用装置，包括转速给定模块、DSP控制模块、功率电路、高速电主轴、母线电源模块和驱动控制电源模块，其中，驱动控制电源模块为转速给定模块、DSP控制模块和功率电路进行供电，母线电源模块为功率电路提供可逆变的直流电；转速给定模块、DSP控制模块、功率电路和高速电主轴依次用导线连接；

B.电压矢量给定方法运行步骤：

第一步，确定定子电压幅值：

通过转速给定模块设定高速电主轴运行的转速n_s，将该转速带入转速计算公式得到调速控制系统运行所需的实际频率，然后通过恒压频比控制得到高速电主轴的初始定子电压的幅值；再通过定子电流进行定子电压补偿，进而通过公式(1)得到最终的定子电压幅值U_s；

$U_s=k\frac{n_s\·p}{60}+I\·R---\left(1\right)$

式中，k＝U/f，U为电主轴额定电压，f为电主轴额定频率，k为恒压频比系数，p为电机极对数，I为定子电流，R为定子绕组的电阻值；

第二步，确定高速电主轴运行的转速n_s与定子空间电压矢量个数m的关系：

通过DSP控制模块读取对应高速电主轴运行转速为n_s时电压矢量的作用时间Δt，并根据定子空间电压矢量个数m与电压矢量的作用时间Δt与第一步设定高速电主轴运行的转速n_s之间的如下关系公式(2)

$\mathrm{\Δt}=\frac{60}{n_s\·m}---\left(2\right),$

计算高速电主轴运行转速为n_s时，对应的定子空间电压矢量个数m；再将得到的所有的空间电压矢量个数m与高速电主轴运行的转速n_s进行统计，最终得到，高速电主轴运行的转速n_s与定子空间电压矢量个数m之间的关系为：

当设定的高速电主轴运行的转速n_s为30001-60000r/min时，选定定子空间电压矢量个数m为12；当设定的高速电主轴运行的转速n_s为15001-30000r/min时，选定定子空间电压矢量个数m为24；当设定的高速电主轴运行的转速n_s为1000-15000r/min时，选定定子空间电压矢量个数m为48；

第三步，确定定子空间电压矢量：

根据第一步设定的高速电主轴运行的转速n_s和按照第二步确定的空间电压矢量个数m，由位置已经确定的6个基本电压矢量根据如下的公式(3)合成m个定子空间电压矢量将第一步中得到的定子电压矢量幅值U_s带入如下的公式(3)；

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{xy}}=(\frac{\sqrt{3}}{3}{\stackrel{\·}{U}}_x+\frac{\sqrt{3}}{3}{\stackrel{\·}{U}}_y)\frac{U_s}{U_{\max }}---\left(3\right)$

上式中表示需要合成的定子空间电压矢量，U_s表示定子电压幅值，U_max表示定子电压幅值的最大值，和分别表示对应的基本定子电压矢量；

当定子空间电压矢量个数为12个时，将已确定的6个基本定子电压矢量带入公式(3)，即可得到确定位置的12个定子空间电压矢量；若定子空间电压矢量个数为24个，则以确定位置的12个定子空间电压矢量为基础，再根据公式(3)得到24个定子空间电压矢量，以此类推，得到48个定子空间电压矢量；

第四步，列出定子空间电压矢量对应的三相SVPWM信号的占空比关系的控制表格：

根据第三步得到的定子空间电压矢量，再根据六个基本的定子电压矢量对应的功率电路的逆变器开关状态，得到所有定子空间电压矢量对应的三相SVPWM信号的占空比，并列出在定子空间电压矢量个数为m的情况下，每个定子空间电压矢量与对应的三相SVPWM信号占空比关系的控制表格；

第五步，实现用于高速电主轴变频调速控制的电压矢量给定：

将第四步得到的空间电压矢量对应的三相SVPWM信号的占空比关系的控制表格中对应的数据输入DSP控制模块中，然后通过转速给定模块重新设定高速电主轴运行的转速，再根据公式(1)得到新的定子电压幅值，由重新设定高速电主轴运行的转速，然后根据第二步的方法确定此转速下的定子空间电压矢量个数，将此步骤得到的新的定子电压幅值和定子空间电压矢量个数信息输入DSP控制模块中，DSP控制模块直接进行列表查询程序，输出相应的SVPWM信号，该SVPWM信号经过功率电路的处理进而控制高速电主轴以给定的转速运行，实现用于高速电主轴变频调速控制的电压矢量给定，进而实现了高速电主轴变频调速控制的运行。

2.根据权利要求1所述的用于高速电主轴变频调速控制的电压矢量给定方法，其特征在于所述DSP控制模块中的DSP控制芯片为美国德州仪器TMS320LF2812。