基於人工神經網路的超聲馬達性能壽命預測研究

《基於人工神經網路的超聲馬達性能壽命預測研究》是依託哈爾濱工業大學，由曲建俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於人工神經網路的超聲馬達性能壽命預測研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曲建俊

項目摘要

針對制約超聲馬達套用可靠性的關鍵問題，凝練出性能壽命預測科學問題，將摩擦材料磨損引入到超聲馬達建模和性能預測中，提出建立計及磨損的超聲馬達性能壽命預測模型的學術構想。藉助於人工神經網路方法，解析超聲馬達摩擦界面複雜的參數耦合問題。以構建超聲馬達性能壽命預測基礎理論為目標，探索摩擦材料磨損對超聲馬達關鍵參數的影響規律；建立計及磨損的超聲馬達動態接觸模型，獲得馬達輸出性能隨磨損厚度的演變規律；基於Archard磨損公式，建立超聲馬達摩擦材料磨損壽命模型，獲得摩擦材料磨損壽命隨磨損厚度的演變規律；通過磨損耦合馬達輸出性能與運行時間關係，建立超聲馬達性能壽命的人工神經網路預測模型。項目突破傳統的超聲馬達靜態建模研究模式，賦予超聲馬達接觸模型參數隨磨損演變的動態特徵，創新出超聲馬達性能壽命預測新理論和新方向，構建超聲馬達摩擦界面科學問題的完整分析體系，為超聲馬達的性能評估和主動控制提供理論依據。

結題摘要

該項目針對超聲馬達性能壽命預測研究中存在的問題，以整個超聲馬達系統為研究對象並考慮機械特性和電特性之間的耦合作用，建立了超聲馬達剩餘性能壽命預測模型，實現了對超聲馬達剩餘性能壽命的預測。 首先針對超聲馬達摩擦材料磨損緩慢的問題，提出了超聲馬達壽命加速實驗方法。研製出開放式預壓力可控的超聲馬達性能測試裝置。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。基於研究結果提出了超聲馬達壽命加速試驗方法，並通過實驗驗證了壽命加速實驗方法的合理性。 針對超聲馬達摩擦材料磨損和剝落兩種故障，研究了其故障信號及故障診斷方法。以噪聲信號、電壓信號機溫度信號等為故障信號，設計了收斂速度快、準確度相對較高的BP神經網路模型對行波超聲電機摩擦材料故障類型及故障程度進行診斷，為超聲馬達的性能壽命預測提供指導。 以整個超聲馬達系統為研究對象，研究了超聲馬達在摩擦材料全壽命過程中機械和電特性的耦合作用。利用超聲馬達壽命加速實驗方法研究了摩擦材料全壽命過程中機械特性和電特性變化規律。最後基於研究結果，將超聲馬達能量傳遞過程分為4個部分，揭示出超聲馬達各能量傳遞過程的耦合作用機理。為超聲馬達剩餘性能壽命預測模型提供了理論依據和歷史失效數據。 針對定轉子粘彈性模型的不足，提出預壓力係數和負載係數修正了粘彈性接觸模型。針對預壓力和負載對定子驅動效果的影響，提出預壓力係數和負載係數，並計算出各係數的值，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能夠較為精確地預測超聲馬達的輸出性能。 基於數據驅動的方法結合粘彈性接觸模型，建立了超聲馬達剩餘性能壽命預測模型。該模型以電信號為輸入，採用神經網路和支持向量機為學習方法。首先預測出的摩擦材料厚度再將其代入到計及預壓力和負載作用的粘彈性接觸模型，即可預測出超聲馬達的輸出性能。最後，根據預測的輸出性能可以制定出合理的維修策略。建立的預測模型可以對超聲馬達剩餘性能壽命實時線上的預測，實現了項目的研究目的。 項目突破傳統的超聲馬達靜態建模研究模式，賦予超聲馬達接觸模型參數隨磨損演變的動態特徵，創新出超聲馬達性能壽命預測新理論和新方向，構建超聲馬達摩擦界面科學問題的完整分析體系，為超聲馬達的性能壽命預測提供理論指導。