机电耦合行星差动调速系统是一种基于变频驱动技术以及行星差动技术的新型机电耦合式无级调速系统。其中变频驱动技术具有高精度和高效率的优点,差动齿轮调速技术能够使需要变频驱动的功率降低,可以降低设备成本以及维护费用,该系统融合二者的优点,能够经济和高效地实现调速节能。十四五规划指出要加快先进节能技术和产品设备研发推广,发挥新型举国体制优势和企业创新主体作用,加快推广先进高效节能产品设备,淘汰落后低效设备。随着对节能降耗的重视,发电厂以及石油、天然气输送企业对原用于风机、水泵的定速设备实施变频调速改造是一大趋势,新型机电耦合式无级调速系统的优势逐渐显现。本文在国家自然科学基金“机电复合行星差动伺服驱传系统及其关键技术研究”（项目编号:51775309）的支持下,对新型机电耦合式无级调速系统进行了运动学分析与动力学建模,针对该系统为满足节能需求不断调速这一特点,重点研究了该机电耦合系统在变速变载工况以及逆变电源、时变啮合刚度、电磁激励联合作用下的机电动态特性。齿轮作为系统关键零部件,一旦发生故障,则会造成严重的经济损失甚至灾难,基于系统中潜在发生齿根断裂以及裂纹初始点萌生在齿轮内部的内部疲劳断裂和齿面断裂,使用有限元法和能量法对系统中的齿轮时变啮合刚度进行建模,模拟故障演变过程中故障特征变化,为新型机电耦合式无级调速系统的动力学设计和运行状态健康监测提供理论支撑。本文的主要研究内容如下:（1）对机电耦合行星差动系统进行了动力学分析和运动学建模。首先介绍了机电耦合行星差动调速系统的组成,通过对系统中轮系传动比的分析,研究了差动系统中多输入单输出的扭矩转速关系。基于现有机电系统模型对电动机电源的过于简化,本文充分考虑了包含恒压频比控制、SPWM以及逆变器的逆变电源模型,结合考虑刚体转动和时变啮合刚度的差动行星齿轮平移-扭转模型、二次方负载模型以及电动机等效电路模型,建立了复杂机电系统的完整驱动链耦合模型。运动学分析结果验证了动力学所建立复杂机电系统完整驱动链耦合模型的正确和合理性。（2）完成了机电耦合行星差动调速系统的动态特性研究。根据系统工作状态,将变速工况分为启动、稳态、升速、降速阶段,研究了这几种变速工况下考虑逆变电源的变频驱动模型与传统的直接驱动模型的区别,分析了两种电源模型对电机和齿轮系统的影响。在变速阶段,相比于直接驱动,变频驱动模型更加真实和合理地反映了在系统在瞬态时的动态特性。在稳态阶段,电机受到电气部分逆变器谐波和机械部分齿轮啮合谐波的耦合影响,表明在行星齿轮设计或逆变器选择时,要充分考虑电气部分载波频率、电源基频与机械部分齿轮啮合频率的相互影响,选择合适的转速,避免二者谐波频率相近产生共振。（3）完成了健康齿轮以及三种断裂故障演变过程中时变啮合刚度建模。首先采用能量法计算健康齿轮的基体刚度、弯曲刚度、剪切刚度、轴向压缩刚度和赫兹刚度随啮合位置的变化规律,然后将这些刚度集成为时变啮合刚度,通过有限元法仿真验证了能量法计算的合理性;然后根据断裂故障扩展路径将故障分为若干阶段,用能量法依据故障阶段以及齿轮受载区间的不同计算其时变啮合刚度,并用有限元法仿真验证;最后对三种断裂故障所对应的时变啮合刚度进行对比,通过对刚度的影响范围和影响程度这两种区分标准对三种断裂故障的异同点进行了对比。（4）完成了机电系统在断裂故障刚度激励下的故障特征研究。首先分析了齿根断裂、内部疲劳断裂和齿面断裂在故障演变过程种的故障特征变化;然后对三种断裂故障在初始裂纹以及完全断裂之后的故障特征进行对比,分析了三种断裂故障对机电系统的影响程度以及故障特征区别,为机电耦合行星差动调速系统的健康监测提供了理论依据。