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第1章 电主轴工作原理1

1.1电主轴概述1

1.1.1电主轴分类1

1.1.2电主轴结构3

1.1.3电主轴电机工作原理5

1.1.4电主轴技术参数9

1.1.5电主轴技术发展趋势11

1.2电主轴关键技术12

1.2.1高速电主轴轴承技术13

1.2.2电主轴电动机及控制技术18

1.2.3电主轴润滑及冷却技术22

1.2.4电主轴动平衡技术26

1.2.5电主轴刀具接口技术27

1.3电主轴运行性能30

1.3.1精度和刚度30

1.3.2临界转速31

1.3.3残余动不平衡值及验收振动速度值31

1.3.4噪声与套筒温升值32

1.3.5拉紧刀具的拉力值和松开刀具所需压力的最小和最大值32

1.3.6使用寿命值32

1.3.7电主轴与刀具接口33

1.3.8其他伺服性能33

第2章 电主轴控制系统概述36

2.1电主轴发展现状36

2.1.1高速电主轴技术发展现状36

2.1.2电主轴单元运行特性研究现状42

2.2电主轴驱动系统构成50

2.2.1变频器外接端口52

2.2.2变频器功能参数54

2.3变频器主要功能55

2.3.1频率给定功能55

2.3.2运行控制功能63

2.3.3变频器控制方式及选择功能67

2.3.4制动控制功能77

第3章 脉宽调制技术83

3.1脉宽调制逆变原理83

3.1.1脉宽调制原理84

3.1.2脉宽调制逆变电路86

3.2三角载波脉宽调制87

3.2.1脉宽调制87

3.2.2脉宽调制方式89

3.3电流跟踪脉宽调制91

3.4磁通跟踪脉宽调制92

3.4.1电压空间矢量92

3.4.2电压空间矢量与磁通轨迹93

3.4.3磁通跟踪脉宽调制96

第4章 电主轴控制技术99

4.1电主轴恒压频比控制技术99

4.1.1电主轴控制方式与特性分析99

4.1.2电主轴电压-频率控制机械特性100

4.1.3电主轴恒压频比控制建模及仿真分析104

4.2电主轴矢量控制技术107

4.2.1坐标变换107

4.2.2电主轴动态数学模型109

4.2.3电主轴矢量控制112

4.2.4无速度传感器矢量控制系统建模与仿真分析112

4.2.5高速永磁电主轴矢量控制118

4.3电主轴直接转矩控制技术119

4.3.1电主轴直接转矩控制原理119

4.3.2逆变器数学模型与空间电压矢量122

4.3.3电主轴直接转矩控制系统模型125

4.3.4电主轴直接转矩控制系统仿真及结果分析133

4.3.5永磁同步电主轴直接转矩控制136

4.4直接转矩控制与矢量控制的内在联系与区别136

4.4.1直接转矩控制与矢量控制的内在联系137

4.4.2直接转矩控制与矢量控制的区别138

第5章 电主轴智能控制技术与应用141

5.1概述141

5.1.1电主轴控制的难点问题141

5.1.2基于智能控制的电主轴驱动技术143

5.2模糊控制技术在电主轴控制中的应用144

5.2.1基本模糊调节器145

5.2.2模糊神经网络（FNN）调节器147

5.2.3模糊神经网络控制器151

5.3人工智能技术辨识电主轴参数155

5.3.1定子电阻对直接转矩控制性能的影响155

5.3.2定子电阻特性分析158

5.3.3基于RBF神经网络定子电阻辨识164

5.3.4定子电阻混合智能辨识方法170

5.3.5定子电阻混合智能辨识仿真试验179

5.3.6定子电阻辨识直接转矩控制系统仿真验证181

第6章 变频器控制下电主轴损耗特性182

6.1电主轴损耗理论基础182

6.1.1电主轴损耗分类182

6.1.2电主轴基本铁耗183

6.1.3空载时铁芯中的附加损耗188

6.1.4电气损耗190

6.1.5负载时的附加损耗191

6.1.6机械损耗194

6.2变频器控制下电主轴损耗特性有限元分析196

6.2.1非正弦供电对电主轴损耗的影响196

6.2.2非正弦供电对电主轴损耗影响有限元分析197

6.3载荷对电主轴损耗影响分析201

6.3.1载荷对电主轴损耗影响的仿真分析202

6.3.2连接式电主轴自动加载试验装置及检测效果204

6.3.3载荷对电主轴损耗影响试验研究211

6.4电主轴温度特性214

第7章 变频器控制下电主轴振动特性216

7.1概述216

7.2电主轴电磁振动机理217

7.2.1电主轴空间谐波217

7.2.2电主轴时间谐波220

7.2.3电主轴三相合成磁势220

7.2.4谐波对电磁力的影响222

7.3电主轴电磁力分析及计算方法222

7.3.1电磁场计算解析法222

7.3.2电磁场计算有限元法226

7.4变频器控制模式对电磁振动的影响228

7.4.1变频器控制模式对电磁振动影响的仿真分析228

7.4.2变频器控制模式对电磁振动影响的试验研究230

7.5载荷对电磁振动的影响236

7.5.1载荷对电磁振动影响的仿真分析237

7.5.2载荷对电磁振动影响的试验研究242

7.6转轴材料对电磁振动的影响247

7.6.1转轴材料对电磁振动影响的仿真分析247

7.6.2转轴材料对电磁振动影响的试验研究250

第8章 变频器控制下陶瓷电主轴运行特性252

8.1陶瓷电主轴损耗特性252

8.1.1陶瓷电主轴与金属电主轴损耗对比252

8.1.2载荷对陶瓷电主轴损耗的影响259

8.1.3变频器载波比对陶瓷电主轴损耗的影响260

8.2陶瓷电主轴振动特性265

8.2.1 V/F控制下陶瓷电主轴振动性能试验265

8.2.2气隙对电磁振动影响的仿真分析268

8.3陶瓷电主轴抵抗单边磁拉力的能力分析271

8.3.1气隙偏心对陶瓷电主轴转子系统的影响272

8.3.2偏心条件下定子电流变化对单边磁拉力的影响276

8.3.3单边磁拉力作用下电主轴转轴位移有限元分析278

参考文献281