基于數據驅動的行波超聲電機剩余性能壽命預測研究.pdf

1、行波超聲電機是利用壓電材料的逆壓電效應，在彈性體表面激發(fā)出超聲頻率的微幅振動，通過定轉子之間的摩擦作用驅動轉子運動的。它是一個典型的強非線性系統(tǒng)，摩擦材料是其關鍵部件。摩擦材料的磨損不僅僅導致其厚度的減薄，還會降低定轉子間的預壓力并改變接觸界面的狀況，這些改變又會對定子的振動特性有不可忽視的影響。諸多因素的相互耦合，使精確預測超聲電機的性能壽命變得比較困難。為了超聲電機更好的應用，建立一個超聲電機剩余性能壽命預測模型具有重要的實際意義。

2、
　　預壓力是影響超聲電機運行的關鍵參數，為了準確地調節(jié)預壓力，設計制作了預壓力可控的超聲電機性能測試裝置。該裝置采用非封閉的加載方式，不改變電機的工況條件，可以方便快捷的調節(jié)預壓力的大小。利用該測試裝置，研究了接觸界面的磨損過程和不同磨損過程的磨損機制。以接觸界面的摩擦磨損規(guī)律為依據，提出了超聲電機壽命加速試驗方法，并通過實驗驗證了該方法的合理性。利用該方法可以節(jié)約大量的時間成本，為后續(xù)的研究提供實驗基礎。
　　利用壽命加

3、速實驗方法研究了超聲電機機械特性和電負載特征在摩擦材料全壽命過程中的變化，得到了預壓力、負載和摩擦材料厚度對電機特性的影響規(guī)律?；谘芯拷Y果，分析了超聲電機的能量傳遞過程，揭示出超聲電機機械特性和電負載特征的耦合作用，證明了電信號與摩擦材料壽命的相關性，為超聲電機剩余性能壽命預測模型的建立提供了理論依據和歷史數據。
　　分別從理論和實驗兩個方面研究了定子振動特性隨預壓力和負載的變化，得到了預壓力和負載對定子諧振頻率和振動速度的影響

4、規(guī)律。用改進的電接觸法測試了定轉子的接觸狀態(tài)，得到了定轉子相對接觸長度隨預壓力和負載的變化規(guī)律。從而揭示出預壓力和負載對定子驅動效果的作用機理，提出預壓力-振幅系數和負載-振幅系數，建立了計及預壓力和負載作用的粘彈性接觸模型。新建的粘彈性接觸模型可以較為精確地預測超聲電機的輸出性能。
　　基于數據驅動的方法結合粘彈性接觸模型，建立了超聲電機剩余性能壽命預測模型。該模型以電信號為輸入，采用神經網絡和支持向量機為學習方法。首先，優(yōu)化了

5、神經網絡的隱層結構，其最佳的結構為雙隱層的20-4結構和三隱層的20-7-3結構。采用徑向基函數為支持向量機的核函數，并優(yōu)化了核函數的參數（C，γ），其最佳值為（11.9，0.012）。相比支持向量機，神經網絡在摩擦材料厚度較小時具有更高的預測精度。然后，將預測出的摩擦材料厚度代入到新建的粘彈性接觸模型，即可預測出該厚度下超聲電機的輸出性能。最后，根據工況要求，確定失效厚度，計算剩余性能壽命百分比，并制定出合理的維修策略。建立的預測模型