论文部分内容阅读
近年来,随着我国数控技术的发展,机械制造行业取得了瞩目的成就。但国内针对五轴数控技术的研究却很少,导致国内的机械制造产业在形状复杂、加工精度高的零件加工上仍有很大的不足。由于外购主轴电机驱动器具有技术不开放、参数调整困难等缺点,不适于控制五轴精密数控机床中的主轴电机。本文以某精密工程研究所的攻关项目五轴精密数控机床为背景,对主轴电机的伺服控制系统进行了深入地研究并设计了一套适用于主轴电机控制的伺服控制系统。本文首先在两相旋转坐标系下对永磁同步电机(PMSM)进行数学建模,并对矢量控制以及空间电压矢量脉宽调制技术进行研究。在此基础上给出了永磁同步电机采用id=0控制方法的矢量控制系统结构原理图以及利用FPGA实现空间电压矢量脉宽调制技术的方法。其次,本文对标准粒子群优化算法进行了深入地研究,在此基础上提出了一种粒子群优化算法的改进算法——混沌粒子群优化算法,并将该算法应用于电机伺服控制系统的PID参数自整定。混沌粒子群优化算法对全局最优粒子的惯性权重进行了修正,并引入混沌序列,在保证全局最优解的基础上提高算法的收敛速度。对本文提出的混沌粒子群优化算法进行了收敛性测试,并与其他PID参数自整定算法进行比较。测试结果表明算法改进有效地提高了算法的收敛速度。利用混沌粒子群优化算法对永磁同步电机的双闭环控制进行Simulink仿真。仿真结果表明,利用本文提出的混沌粒子群优化算法进行参数自整定后的系统在准确性、鲁棒性、快速性等方面表现均有所改善。再次,本文以Altera公司的FPGA芯片为核心,采用模块化设计方法,利用VHDL语言对PMSM伺服控制系统的软件部分进行设计并验证其正确性。根据系统需要,对FPGA设计进行速度与面积的平衡优化。FPGA设计主要包括外围硬件接口模块、坐标变换模块、混沌粒子群PID参数自整定模块以及SVPWM模块的设计。最后,构建基于FPGA的永磁同步电机伺服驱动系统的硬件电路,并以此为硬件平台对整个系统进行性能测试实验。从实验结果可以看出,本设计验证了论文提出的混沌粒子群PID参数自整定算法的有效性。