基于人工神经网络的超声马达性能寿命预测研究

针对制约超声马达应用可靠性的关键问题，凝练出性能寿命预测科学问题，将摩擦材料磨损引入到超声马达建模和性能预测中，提出建立计及磨损的超声马达性能寿命预测模型的学术构想。借助于人工神经网络方法，解析超声马达摩擦界面复杂的参数耦合问题。以构建超声马达性能寿命预测基础理论为目标，探索摩擦材料磨损对超声马达关键参数的影响规律；建立计及磨损的超声马达动态接触模型，获得马达输出性能随磨损厚度的演变规律；基于Archard磨损公式，建立超声马达摩擦材料磨损寿命模型，获得摩擦材料磨损寿命随磨损厚度的演变规律；通过磨损耦合马达输出性能与运行时间关系，建立超声马达性能寿命的人工神经网络预测模型。项目突破传统的超声马达静态建模研究模式，赋予超声马达接触模型参数随磨损演变的动态特征，创新出超声马达性能寿命预测新理论和新方向，构建超声马达摩擦界面科学问题的完整分析体系，为超声马达的性能评估和主动控制提供理论依据。

该项目针对超声马达性能寿命预测研究中存在的问题，以整个超声马达系统为研究对象并考虑机械特性和电特性之间的耦合作用，建立了超声马达剩余性能寿命预测模型，实现了对超声马达剩余性能寿命的预测。.首先针对超声马达摩擦材料磨损缓慢的问题，提出了超声马达寿命加速实验方法。研制出开放式预压力可控的超声马达性能测试装置。利用该测试装置，研究了接触界面的磨损过程和不同磨损过程的磨损机制。基于研究结果提出了超声马达寿命加速试验方法，并通过实验验证了寿命加速实验方法的合理性。.针对超声马达摩擦材料磨损和剥落两种故障，研究了其故障信号及故障诊断方法。以噪声信号、电压信号机温度信号等为故障信号，设计了收敛速度快、准确度相对较高的BP神经网络模型对行波超声电机摩擦材料故障类型及故障程度进行诊断，为超声马达的性能寿命预测提供指导。.以整个超声马达系统为研究对象，研究了超声马达在摩擦材料全寿命过程中机械和电特性的耦合作用。利用超声马达寿命加速实验方法研究了摩擦材料全寿命过程中机械特性和电特性变化规律。最后基于研究结果，将超声马达能量传递过程分为4个部分，揭示出超声马达各能量传递过程的耦合作用机理。为超声马达剩余性能寿命预测模型提供了理论依据和历史失效数据。.针对定转子粘弹性模型的不足，提出预压力系数和负载系数修正了粘弹性接触模型。针对预压力和负载对定子驱动效果的影响，提出预压力系数和负载系数，并计算出各系数的值，建立了计及预压力和负载作用的粘弹性接触模型。新建的粘弹性接触模型能够较为精确地预测超声马达的输出性能。.基于数据驱动的方法结合粘弹性接触模型，建立了超声马达剩余性能寿命预测模型。该模型以电信号为输入，采用神经网络和支持向量机为学习方法。首先预测出的摩擦材料厚度再将其代入到计及预压力和负载作用的粘弹性接触模型，即可预测出超声马达的输出性能。最后，根据预测的输出性能可以制定出合理的维修策略。建立的预测模型可以对超声马达剩余性能寿命实时在线的预测，实现了项目的研究目的。.项目突破传统的超声马达静态建模研究模式，赋予超声马达接触模型参数随磨损演变的动态特征，创新出超声马达性能寿命预测新理论和新方向，构建超声马达摩擦界面科学问题的完整分析体系，为超声马达的性能寿命预测提供理论指导。