本書詳細介紹了高速電主軸系統智能化技術中的故障診斷和預測維護方法，探討通過實時監測電主軸的運行狀態和數據分析，對電主軸的故障進行診斷和預測，提高設備的可靠性和可維護性。針對電主軸運行初期性能退化呈現隱含退化的特點，本書通過理論闡述和實踐案例相結合的方式，開展電主軸可靠工作時間預估與故障隱患預判研究，為相關領域的研究者、工程師和企業提供指導和參考。
范麗婷，工學博士，2014年畢業于東北大學，畢業后一直在沈陽建筑大學工作，現為沈陽建筑大學機械工程學院副教授，主要從事機械系統關鍵部件的健康評估與退化趨勢預測等研究。承擔“高速電主軸驅動單元的性能退化與健康預測研究”和“面向建筑工程裝備的智能制造專業實踐規劃與平臺建設”等省部級項目多項。發表相關學術論文二十余篇。
緒論001
0.1 研究背景和研究意義001
0.2 國內外研究現狀003
0.3 本書的主要內容008
第1章 電主軸的工作原理010
1.1 電主軸系統的組成010
1.1.1 電主軸的結構010
1.1.2 電主軸的分類012
1.1.3 電主軸的技術參數013
1.2 電主軸系統的工作原理015
1.2.1 驅動系統工作原理015
1.2.2 冷卻系統工作原理020
1.2.3 潤滑系統工作原理021
1.3 電主軸系統的常見故障024
1.3.1 電氣部分故障025
1.3.2 機械部分故障026
第2章 電主軸驅動系統與多域仿真建模技術027
2.1 電主軸驅動系統執行器027
2.1.1 電壓方程029
2.1.2 磁鏈方程030
2.1.3 轉矩方程032
2.1.4 運動方程032
2.2 電主軸驅動系統控制器033
2.2.1 恒壓頻比控制033
2.2.2 矢量控制040
2.2.3 直接轉矩控制043
2.3 多域仿真建模平臺044
2.3.1 物理系統建模軟件Simscape 044
2.3.2 控制系統仿真軟件Simulink 045
2.3.3 有限元理論及應用軟件Ansys-workbench 048
第3章 電主軸驅動系統故障建模技術050
3.1 變頻器主電路故障建模與仿真分析050
3.1.1 變頻器主電路的數學模型052
3.1.2 變頻器與PWM 波生成器054
3.1.3 主電路故障仿真分析063
3.2 定子繞組匝間短路故障071
3.2.1 定子繞組匝間短路故障的機理分析072
3.2.2 矢量控制原理及其數學模型077
3.2.3 定子繞組匝間短路故障仿真分析081
3.3 轉子斷條故障090
3.3.1 電主軸驅動系統電磁-溫度場基本理論090
3.3.2 電主軸驅動系統的多物理場耦合模型097
3.3.3 轉子斷條故障的仿真分析105
第4章 電主軸驅動系統性能退化評價研究 110
4.1 電主軸驅動系統退化機理分析 110
4.1.1 IGBT 對電主軸性能影響 111
4.1.2 IGBT 退化機理分析 111
4.2 基于隱含退化量的評價指標特征提取 113
4.2.1 控制系統的數學模型 113
4.2.2 模型參數的特征提取 117
4.2.3 評價指標的建立120
4.3 驅動系統的性能評價仿真分析與實驗驗證121
4.3.1 仿真模型的搭建121
4.3.2 模型參數的影響分析122
4.3.3 過流沖擊實驗126
4.3.4 剪斷鍵合線退化實驗130
第5章 電主軸冷卻系統特性分析136
5.1 冷卻系統結構及工作原理136
5.2 電主軸生熱及換熱過程機理137
5.2.1 電主軸損耗及生熱分析137
5.2.2 電主軸系統的換熱機制139
5.2.3 電主軸溫度場有限元基本方程142
5.3 冷卻系統性能退化原因145
第6章 電主軸冷卻系統性能退化評價研究147
6.1 電主軸冷卻系統性能退化實驗147
6.1.1 溫度測點的布置147
6.1.2 性能等級的劃分148
6.1.3 實驗數據的獲取與處理148
6.2 基于偏最小二乘法的冷卻系統性能評價151
6.2.1 偏最小二乘回歸建模流程152
6.2.2 自變量多重相關性分析156
6.2.3 數據奇異點診斷156
6.2.4 評價模型分析158
6.3 基于Fisher 判別的冷卻系統性能評價163
6.3.1 Fisher 判別性能評價方法163
6.3.2 評價方法的對比與分析166
第7章 高速電主軸系統的運行狀態綜合評價169
7.1 運行狀態評價指標體系的建立170
7.1.1 評價指標權重的確定171
7.1.2 數據特征的提取與匹配176
7.2 基于多元數據統計分析的運行狀態評價模型176
7.2.1 距離判別準則176
7.2.2 離線數據狀態等級識別177
7.2.3 在線數據狀態等級評價179
第8章 電主軸系統的可靠工作時間預估與故障隱患預判182
8.1 電主軸系統的可靠工作時間預估182
8.1.1 電主軸系統的可靠工作時間預估流程182
8.1.2 電主軸性能退化模型183
8.1.3 電主軸系統的可靠工作時間預估方法187
8.2 電主軸系統的故障隱患預判191
8.2.1 故障隱患預判技術與方法191
8.2.2 電主軸系統的故障隱患預判步驟193
參考文獻199
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