基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的行波超聲電機剩余性能壽命預(yù)測研究.pdf

1、行波超聲電機是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，在彈性體表面激發(fā)出超聲頻率的微幅振動，通過定轉(zhuǎn)子之間的摩擦作用驅(qū)動轉(zhuǎn)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(guān)鍵部件。摩擦材料的磨損不僅僅導(dǎo)致其厚度的減薄，還會降低定轉(zhuǎn)子間的預(yù)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(yù)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(yīng)用，建立一個超聲電機剩余性能壽命預(yù)測模型具有重要的實際意義。

2、
　　預(yù)壓力是影響超聲電機運行的關(guān)鍵參數(shù)，為了準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)預(yù)壓力，設(shè)計制作了預(yù)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(diào)節(jié)預(yù)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(jù)，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(chǔ)。
　　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(fù)載特征在摩擦材料全壽命過程中的變化，得到了預(yù)壓力、負(fù)載和摩擦材料厚度對電機特性的影響規(guī)律?；谘芯拷Y(jié)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(fù)載特征的耦合作用，證明了電信號與摩擦材料壽命的相關(guān)性，為超聲電機剩余性能壽命預(yù)測模型的建立提供了理論依據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。
　　分別從理論和實驗兩個方面研究了定子振動特性隨預(yù)壓力和負(fù)載的變化，得到了預(yù)壓力和負(fù)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(zhuǎn)子的接觸狀態(tài)，得到了定轉(zhuǎn)子相對接觸長度隨預(yù)壓力和負(fù)載的變化規(guī)律。從而揭示出預(yù)壓力和負(fù)載對定子驅(qū)動效果的作用機理，提出預(yù)壓力-振幅系數(shù)和負(fù)載-振幅系數(shù)，建立了計及預(yù)壓力和負(fù)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(yù)測超聲電機的輸出性能。
　　基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法結(jié)合粘彈性接觸模型，建立了超聲電機剩余性能壽命預(yù)測模型。該模型以電信號為輸入，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機為學(xué)習(xí)方法。首先，優(yōu)化了

5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱層結(jié)構(gòu)，其最佳的結(jié)構(gòu)為雙隱層的20-4結(jié)構(gòu)和三隱層的20-7-3結(jié)構(gòu)。采用徑向基函數(shù)為支持向量機的核函數(shù)，并優(yōu)化了核函數(shù)的參數(shù)（C，γ），其最佳值為（11.9，0.012）。相比支持向量機，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在摩擦材料厚度較小時具有更高的預(yù)測精度。然后，將預(yù)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(yù)測出該厚度下超聲電機的輸出性能。最后，根據(jù)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(yù)測模型