数控刀架是数控机床的重要组成部分,是机床的主要功能部件。目前,数控刀架按照与主机配套场合主要有分为高、中、低三个档次,其中,中、低档数控刀架采用机械结构初定位,普通力矩电机作动力,结构复杂,可靠性不高。高档的伺服刀架,采用伺服电机作动力,实现位置闭环控制,没有用机械初定位结构,机械结构简单,可靠性高,广泛应用到高档数控机床上。而伺服刀架的核心技术就是伺服电机的位置控制技术。 随着现代电力电子技术、控制技术和计算机技术的发展,电机的应用技术也得到了进一步的发展,电机应用已由过去简单的起停控制、提供动力为目的应用,上升到对其速度、位置、转矩等进行精确的控制,使被驱动的机械运动符合预想的要求,使被控机械运动实现精确的位置控制、速度控制,以及这些被控机械量的综合控制。 本文选自沈阳机床的高速、高性能伺服刀架开发项目。采用三维实体造型软件Solidworks完成伺服刀架的机械结构设计。完成了伺服刀架控制系统的硬件和软件设计以及伺服刀架实时监控软件—伺服刀架控制系统开发。 论文在数字电机控制专用芯片DSP TMS320LF2407A的基础上,以永磁同步电机为研究对象,对其控制器系统进行了研究与设计。分析了永磁同步电机的数学模型,研究了永磁同步电机的矢量控制方法和空间矢量脉宽调制原理(SVPWM),讨论了位置环、速度环和电流环的控制方法,设计了模型参考模糊自适应位置控制器、PI速度控制器和PI电流控制器,组建了永磁同步电机交流伺服控制系统,应用于刀架控制。 从仿真和试验结果看,以DSP芯片为核心的刀架控制系统采用矢量控制、PI控制、模糊控制是可行的,本文对推动我国高档数控刀架具有很大的现实意义。