一种面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法，包括建立微纳定位平台的动力学模型，确定能够实时反映微纳定位平台性能退化的监测参数系统刚度；根据微纳定位平台组成部件的机械特性和损伤力学理论建立疲劳损伤累积模型，定量描述所述的微纳定位平台疲劳损伤累积过程中，运行时间与损伤刚度的数学关系；将实时监测平台性能退化的监测参数系统刚度与上述建立的疲劳损伤累积模型联立构建能够实时监测与预测微纳定位平台寿命的预测模型；微纳定位平台的寿命监测与预测：根据预测模型的系统参数预测残差辨识模型中最佳的系统参数，并实现对微纳定位平台的最终寿命预测。

A Prediction Method for Residual Service Life of Micro-nano Positioning Platform

The invention discloses a method for predicting the residual service life of micro-nano positioning platform, which includes establishing the dynamic model of micro-nano positioning platform, determining the stiffness of monitoring parameter system that can reflect the performance degradation of micro-nano positioning platform in real time, establishing a fatigue damage accumulation model according to the mechanical characteristics and damage mechanics theory of components of micro-nano positioning platform, and quantitatively describing the micro-nano positioning platform. Mathematical relationship between running time and damage stiffness in the process of fatigue damage accumulation of nano-positioning platform; combining the stiffness of the monitoring parameter system for real-time monitoring platform performance degradation with the fatigue damage accumulation model established above, a prediction model for real-time monitoring and predicting the life of micro-positioning platform is constructed; life monitoring and prediction of micro-positioning platform: according to the system parameters of the prediction model The optimal system parameters in the residual identification model of numerical prediction are obtained, and the final life prediction of micro-nano positioning platform is realized.

【技术实现步骤摘要】
一种面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法
本专利技术涉及一种面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法。
技术介绍
微纳定位技术在现代科学及工业中占据着越来越重要的地位，已成为半导体工程、微机电系统、生物医学以及超精密工程领域的关键技术。作为微纳定位技术中的关键使能部件，微纳定位平台能提供微米级的行程同时保持纳米级分辨率高的运动精度。而微纳定位平台其组成部件在长时间的使用中会出现疲劳损伤的现象，同时定位平台在工作中又受到湿度、温度、电磁干扰等环境因素的影响，这些因素会导致微纳定位平台的精度降低、性能退化。目前国内外对于微纳定位平台状态监测以及寿命方面的研究还属于空白领域。因此对微纳定位平台的剩余使用寿命实现实时在线的预测尤为重要。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法，该方法根据平台动力学模型和损伤力学理论建立系统刚度、运行时间、失效时间之间的寿命预测模型，并通过实时在线监测的微纳定位平台的刚度变化来实现平台剩余使用寿命的预测。本专利技术公开的一种面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法，包括：微纳定位平台的动力学建模：建立微纳定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法，其特征在于，包括：微纳定位平台的动力学建模：建立微纳定位平台的动力学模型，确定能够实时反映微纳定位平台性能退化的监测参数系统刚度；疲劳损伤累积模型的建立：根据微纳定位平台组成部件的机械特性和损伤力学理论建立疲劳损伤累积模型，定量描述所述的微纳定位平台疲劳损伤累积过程中，运行时间与损伤刚度的数学关系；预测模型的建立：将实时监测平台性能退化的监测参数系统刚度与上述建立的疲劳损伤累积模型联立构建能够实时监测与预测微纳定位平台寿命的预测模型；微纳定位平台的寿命监测与预测：根据预测模型的系统参数预测残差辨识模型中最佳的系统参数，并实现对微纳定位平台的最终寿...

【技术特征摘要】
1.一种面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法，其特征在于，包括：微纳定位平台的动力学建模：建立微纳定位平台的动力学模型，确定能够实时反映微纳定位平台性能退化的监测参数系统刚度；疲劳损伤累积模型的建立：根据微纳定位平台组成部件的机械特性和损伤力学理论建立疲劳损伤累积模型，定量描述所述的微纳定位平台疲劳损伤累积过程中，运行时间与损伤刚度的数学关系；预测模型的建立：将实时监测平台性能退化的监测参数系统刚度与上述建立的疲劳损伤累积模型联立构建能够实时监测与预测微纳定位平台寿命的预测模型；微纳定位平台的寿命监测与预测：根据预测模型的系统参数预测残差辨识模型中最佳的系统参数，并实现对微纳定位平台的最终寿命预测。2.如权利要求1所述的面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法，其特征在于，所述微纳定位平台的动力学建模步骤，其具体过程包括：根据压电陶瓷驱动的微纳定位平台的组成以及基尔霍夫定律和牛顿定律，建立压电陶瓷驱动的微纳定位平台的动力学模型，然后根据比例阻尼的特性，微纳定位平台在实际的工作中没有质量的变化，故等效质量不变看作为常数，因此等效阻尼由系统的等效刚度表征，从而确定微纳定位平台的性能退化参数为系统刚度k。3.如权利要求2所述的面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法，其特征在于，所述的压电陶瓷驱动的微纳定位平台的动力学模型建立如下：其中：上式中，a3、a2、a1、a0、b0均为动力学模型的参数，t表示时间变量，u为输入的电压，x为微纳定位平台的输出位移，M、k、B为微定位平台系统的等效质量、刚度、阻尼，C为压电陶瓷的电容，R、kamp分为压电驱动放大电路的等效电阻和增益，Tpe为机电转化器的转化效率。H(q)为等效电路中的非线性磁滞效应；同时，根据比例阻尼的特性：B＝αkk+βMM，等效质量M不变可以看作为常数，因此等效阻尼由系统的等效刚度表征，从而确定微纳定位平台的性能退化参数为系统刚度k。4.如权利要求1所述的面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法，其特征在于，所述疲劳损伤累积模型的建立，其具体过程包括：建立微纳定位平台刚度公式；在损伤力学理论中参考体积单元的定义下，定义下损伤因子；将一个系统的损伤刚度看作由一系列参考体积单元组成；基于损伤曲线法，建立非线性疲劳损伤累积模型；联立系统的损伤刚度公式和非线性疲劳损伤累积模型公式，得到损伤刚度与运行时间和失效时间的关系。5.如权利要求4所述的面向微纳定位平台的剩余使用寿命预测方法，其特征在于，建立微纳定位平台刚度公式，整个微纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢国梁，文新，闫鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37