一种基于吸引子的周期激励机电设备的性能退化评价方法

本发明属于机电设备退化评价，具体涉及一种基于吸引子的周期激励机电设备的性能退化评价方法，尤其涉及一种基于吸引子的周期激励下的单轴式电动力隔振器的性能退化评价方法。

背景技术：

1、随着制造技术的发展，机械设备的设计和使用变得越来越复杂，其精密化的程度逐步提高，机械设备甚至是组成机械设备的各个零部件在长期运行和使用中性能逐渐退化将直接影响机械设备的整体性能。现已有大量的设备性能退化研究，如公告号为：cn109992895b、cn116029164b和cn113627088b的中国专利。

2、随着机电设备在工业生产和日常生活中的广泛应用，机电设备的性能退化问题逐渐引起人们的重视。通常来讲，机电设备的性能退化来源于设备在微观层次的多种退化机理的耦合作用，反映在机电设备的宏观性能发生退化，可能导致运行效率下降、故障率增加等问题。因此，如何在考虑多微观机理耦合下准确评价机电设备的性能退化是亟待解决的重要问题。

3、在机电设备中，周期激励是一类工程实践中应用非常广泛的激励类型，在周期激励作用下，机电设备通常具有周期时变的性能特征。现有技术在针对周期激励机电设备进行性能退化评价中，或是以设备的关键零部件代表系统，通过研究关键零部件的退化模式和退化机理，并建立关键零部件的性能退化方程的方式来代表设备整体；或是将设备视为黑盒，根据其输入输出采用数据驱动算法构建性能退化方程。然而前者尽管深入到了机电设备的微观退化机理，但是难以搭建微观退化到设备整体性能发生退化的桥梁，更不用说多微观退化机理的耦合影响了，而且不具有高通用性；后者缺乏物理基础，由于机电设备的各性能参数的退化是物理上耦合的，尤其是在周期激励作用下，性能参数的退化之间的耦合非常严重，数据驱动算法尽管具有较好的通用性，但是不具备辨识性能参数退化的物理耦合机制的能力。上述问题使得现有技术在评价周期机电设备的性能退化时难以考虑多微观退化机理的耦合效应，且难以给出具有通用性强且具有清晰物理机制的高准确性的性能退化评价结果。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种基于吸引子的周期激励机电设备的性能退化评价方法，解决了现有技术在针对周期激励机电设备进行性能退化评价中，难以考虑多微观退化机理的耦合效应，且难以搭建通用性强且物理机制清晰的性能退化模型的问题，进而给出周期激励机电设备的高准确性的性能退化评价结果。

2、本发明提供了一种基于吸引子的周期激励机电设备的性能退化评价方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

3、步骤1、根据周期激励的类型，构建关于广义变量的周期激励下机电设备的吸引子模型；

4、其中，周期激励下机电设备的吸引子模型由广义变量组成，广义变量包括广义坐标、广义速度、广义动量、广义外力、余能函数、余能系数矩阵、能量函数、能量系数矩阵、耗散函数、广义耗散力和耗散系数矩阵；

5、周期激励的类型包括简谐激励形式和非简谐周期激励形式；

6、周期激励下机电设备的吸引子包括广义坐标的收敛值和广义动量的收敛值；

7、步骤2，构建周期激励下机电设备的吸引子模型中广义变量与机电设备物理量的映射

8、步骤3，根据步骤2的映射，构建基于吸引子的周期激励下机电设备的退化模型；

9、步骤3.1，构建机电设备的微观参数退化模型；

10、步骤3.2，基于吸引子模型和微观参数退化模型构建周期激励机电设备的吸引子退化模型；

11、其中，吸引子退化模型包括广义坐标向量收敛值的退化模型和广义动量向量收敛值的退化模型；

12、步骤4，根据步骤2的映射关系，将待检测机电设备的物理量映射为广义变量；基于待检测机电设备的广义变量及周期激励机电设备的吸引子退化模型评价机电设备的寿命结果。

13、可选地，机电设备性能退化的微观退化机理映射到机电设备的广义变量上表现为余能系数、能量系数和耗散系数的退化。

14、可选地，周期激励机电设备的吸引子退化模型的表达式为：

15、

16、其中，为退化时间时广义坐标向量收敛值的退化量；为退化时间时广义动量向量收敛值的退化量；为退化时间时的正则坐标变换矩阵；为退化时间时正则广义坐标向量收敛值的退化量；为退化时间时的余能系数矩阵；为退化时间时正则广义速度向量收敛值的退化量。

17、可选地，机电设备的寿命的表达式为：

18、

19、式中，为机电设备的寿命，为的逆函数，表示周期激励机电设备的吸引子退化模型；表示吸引子阈值。

20、可选地，还基于周期激励机电设备的吸引子退化模型评价机电设备的功能状态。

21、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：

22、（1）本发明的方法提出三种广义变量（包括余能系数、能量系数和耗散系数）是导致机电设备宏观性能退化的微观共性退化原因，从退化机理的角度构建了这些广义变量的微观参数共性退化模型。

23、（2）本发明的方法将广义变量的微观参数共性退化模型与周期激励机电设备的吸引子模型相结合，构建了基于吸引子的定常激励机电设备的性能退化模型，适用于简谐激励和非简谐周期激励这两种工程常见的周期激励类型，而且能够实现多微观退化机理的耦合，并表征从微观参数退化到宏观性能退化的物理机制。

24、（3）本发明的方法通用性强，具备定常激励下多场景多类型的机电设备（包括纯机械和纯电磁设备）的高适应性。所提出的模型具有物理解析形式，能够避免对定常激励机电设备的运行状态进行建模和求解的过程，显著提高性能退化评价的效率。

技术特征：

1.一种基于吸引子的周期激励机电设备的性能退化评价方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的性能退化评价方法，其特征在于，步骤3.1中构建机电设备的微观参数退化模型时，分析导致机电设备性能退化的微观退化机理，将微观退化机理映射到机电设备的广义变量上获得导致机电设备性能退化的参数。

3.根据权利要求2所述的性能退化评价方法，其特征在于，导致机电设备性能退化的参数为余能系数、能量系数和耗散系数的退化。

4.根据权利要求3所述的性能退化评价方法，其特征在于，机电设备的寿命的表达式为：

5.根据权利要求1-4任一项所述的性能退化评价方法，其特征在于，还基于周期激励机电设备的吸引子退化模型评价机电设备的功能状态。

技术总结
本发明涉及一种基于吸引子的周期激励机电设备的性能退化评价方法，属于机电设备退化评价技术领域，解决了现有技术对周期激励机电设备进行性能退化评价中，难以考虑多微观退化机理的耦合效应，且难以搭建通用性强且物理机制清晰的性能退化模型的问题，进而给出周期激励机电设备的高准确性的性能退化评价结果。本发明方法的步骤为：步骤1、根据周期激励的类型，构建关于广义变量的周期激励下机电设备的吸引子模型；步骤2，构建周期激励下机电设备的吸引子模型中广义变量与机电设备物理量的映射；步骤3，构建基于吸引子的周期激励下机电设备退化模型；步骤4，基于待检测机电设备的广义变量及周期激励机电设备吸引子退化模型评价其寿命结果。

技术研发人员：陈文彬,李晓阳,康锐
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23