一种基于吸引子的定常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定常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定常激励下的三相无刷直流电机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，定常激励是一类工程实践中典型的激励类型，在定常激励作用下，机电设备通常具有稳态的性能特征。现有技术在针对定常激励机电设备进行性能退化评价中，主要存在两类方法：一类是关注机电设备具体的关键部组件，进行退化模式和机理研究，这类方法能够深入到机电设备的微观层次，从物理机制上实现对微观退化机理的解释，但是难以上升到机电设备的宏观性能层面，给出多微观退化机理对机电设备的宏观性能退化的耦合影响机制，而且这类方法的特异性很强，不具备能够适用于多类机电设备的通用性；另一类是基于数据驱动原理，根据输入输出直接构建性能退化模型开展性能退化评估，由于应用了数据驱动方法，这类方法能够具有较强的通用性，但是同样难以从物理层面给出多微观退化机理是如何耦合影响机电设备的宏观性能退化的。上述问题使得现有技术在评价定常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定常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定常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，进而给出定常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定常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、构建关于广义变量的定常激励下机电设备的吸引子模型；
4、其中，定常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、根据机电设备的能量函数与广义坐标向量之间的关系，将定常激励下机电设备的吸引子模型设置为三种情况；
6、步骤2、构建定常激励下机电设备的吸引子模型中广义变量与机电设备对应物理量的映射；
7、步骤3，根据步骤2的映射，构建基于吸引子的定常激励下机电设备的退化模型；
8、步骤3.1，构建机电设备的微观参数退化模型；
9、步骤3.2，基于吸引子模型和微观参数退化模型构建定常激励机电设备的吸引子退化模型；
10、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定常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。
11、可选地，步骤3.1中构建机电设备的微观参数退化模型的具体步骤为：
12、分析导致机电设备性能退化的微观退化机理，并映射到机电设备的广义变量上；
13、针对导致机电设备性能退化的参数构建微观参数退化模型。
14、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。
15、可选地，微观参数退化模型的表达式为：
16、
17、式中，为退化时间时会发生退化的广义变量的退化量；为会发生退化的广义变量的退化初始值；为表征会发生退化的广义变量退化方向的示性函数，性能随退化时间增大取+1，反之取-1；为会发生退化的广义变量的性能退化速率；为会发生退化的广义变量退化的时间尺度函数。
18、可选地，会发生退化的广义变量的性能退化速率的表达式为：
19、
20、式中，表示不考虑外界应力影响时的退化速率参数；为第个影响会发生退化的广义变量退化的外界应力；表示外界应力对退化速率的影响程度参数；， u为影响会发生退化的广义变量退化的外界应力类型数；为外界应力的归一化函数。
21、可选地，根据会发生退化的广义变量的性能退化速率与第个影响会发生退化的广义变量退化的外界应力之间的关系，外界应力的归一化函数的表达式为：
22、
23、式中，和分别为机电设备的外界应力的上限和下限。
24、可选地，还基于定常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。
25、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：
26、（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。
27、（2）本发明的方法针对三种类型的定常激励机电设备，将广义变量的微观参数共性退化模型与其吸引子模型相结合，构建了基于吸引子的定常激励机电设备的性能退化模型，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。
28、（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定常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的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的性能退化评价方法，其特征在于，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。
4.根据权利要求3所述的性能退化评价方法，其特征在于，微观参数退化模型的表达式为：
5.根据权利要求4所述的性能退化评价方法，其特征在于，会发生退化的广义变量的性能退化速率的表达式为：
6.根据权利要求5所述的性能退化评价方法，其特征在于，根据会发生退化的广义变量的性能退化速率与第个影响会发生退化的广义变量退化的外界应力之间的关系，外界应力的归一化函数的表达式为：
7.根据权利要求1-6任一项所述的性能退化评价方法，其特征在于，还基于定常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定常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，解决了现有技术对定常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，进而给出定常激励机电设备的高准确性的性能退化评价结果。本发明的方法步骤为：步骤1、构建关于广义变量的定常激励下机电设备的吸引子模型；步骤2、构建定常激励下机电设备的吸引子模型中广义变量与其对应物理量的映射；步骤3，构建基于吸引子的定常激励下机电设备的退化模型；步骤4，根据映射获得待检测机电设备的广义变量；基于广义变量及吸引子退化模型评价机电设备的寿命结果。
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