永磁同步电机控制新技术研究及产品开发

     本项目属于自动控制系统学科,涉及的科学技术领域:机电一体化、先进制造。永磁同步电机具有效率高、体积小和重量轻等优点,随着永磁同步电机技术的日益成熟及国家节能减排战略实施,市场对永磁同步电机传动系统的需求越来越大,并带动了永磁同步电机控制技术的新的发展。本项目深入分析了永磁同步电机驱动控制系统的总体体系,重点研究高性能伺服驱动技术、直线永磁同步电机驱动控制技术和无位置传感器矢量控制技术。取得如下创新成果:
    1.全数字永磁同步电机驱动控制软、硬件开发平台
    永磁同步电机驱动控制系统正向高性能、智能化、柔性化、数字化方向发展。为了满足不同应用的需求,驱动产品有很高的系列化要求。因此本项目将驱动系统开发的共性技术部分整合成一套全数字式永磁同步电机驱动控制软、硬件开发平台,该平台着重关注永磁同步电机通用控制技术,并实现软、硬件的模块化处理。在此基础上,可根据实际应用的不同特点,添加相应的功能模块,可以实现系列产品的快速开发。
    2.基于全数字电机驱动控制开发平台的研发产品
    (1) 高性能伺服驱动器
    在开发平台通用软、硬件模块的基础上,根据高性能伺服的特点,完成的专用功能模块完全消除了温度漂移,性能一致性好,有利于批量生产。具有元器件集成度高,数量少,体积小,调速精度高,可在位置、速度、转矩控制模式下工作,并有强大的自诊断功能。
    (2)永磁同步直线电机驱动器
    针对直线电机驱动系统高速高精度发展需求,利用开发平台的半实物仿真系统对直线电机控制系统的电流环、速度环等控制策略进行深入研究,提出基于电流反馈的逆变器非线性补偿算法和神经滑模速度控制算法,开发出具有自主知识产权的直线电机驱动器。
    (3)基于滑膜观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制驱动器
    利用开发平台中无位置传感器永磁同步电机在低速和高速时的准确数学模型,分析永磁同步电机不同负载特性,并采用现代滑模控制技术,建立基于滑膜观测器的永磁同步电机无位置传感器磁场定向控制系统,研制出了具有自主知识产权的无位置矢量控制器。
    本项目研发的全数字式永磁同步电机驱动控制软、硬件开发平台在永磁同步电机控制的关键技术上取得了重大突破,打破了国外驱动产品垄断。开发出的驱动器到2010年已经累计销售64428套,销售额15222万元。形成知识产权30项,包括发明专利24项(授权5项),实用新型授权5项,外观设计授权1项;软件著作权2项;发表论文12篇。
    该项目推广应用情况:
    1、应用于XH714数控铣床,在2008年工博会上成功展出。现在成功地为上海江宁机床设备有限公司、上海仪表机床厂、上海庆强数控机床厂、上海江汉机电设备有限公司、重庆科菲数精密机械有限公司、佳木斯北飞机床厂、温岭市浩森机床厂等10多家数控机床上用作进给传动的配套,已替代国外同类产品,实现规模化应用。
    2、产品应用已扩展到纺织、包装、印染、冶炼等行业,在电脑绣花机中的应用效果已达到国外同类产品的水平。