超声波电机作为一种新型电机,依靠自身结构和独特的运转方式被广泛应用在高新领域的机械设备中。压电陶瓷作为超声波电机的换能部件为电能转换为转子动能起到关键作用,但是由于受到材料的脆性影响,长期工作在高频的驱动电源下会导致疲劳损伤发生开裂故障。对压电陶瓷进行故障诊断能够在超声波电机功能失效前做好准备工作,避免了重大事故的发生。因此本文针对超声波电机开展的压电陶瓷故障诊断研究对保障超声波电机安全、稳定运行具有重要意义。本文根据超声波电机的工作原理和压电陶瓷开裂过程的基础上提出故障诊断方法,选用孤极电压作为压电陶瓷的状态监测信号,重点对孤极电压的信号处理和退化特征提取进行研究,通过超声波电机试验台采集的数据对以上的研究内容进行分析和验证。主要研究内容和创新点包括在以下3个方面:1)针对压电陶瓷开裂对孤极电压的影响进行分析,构建超声波电机采集平台。通过在分别在时域和频域内对采集到不同开裂程度的孤极电压信号进行特征变换,得到不同故障程度的信号表征。2)针对深层次挖掘孤极电压信号中包含的故障信息,以及对故障信息的分析处理等问题。提出将局部均值分解(Local Mean Decomposition,LMD)的自适应信号处理方法应用在孤极电压信号的分析处理中,利用其对信号频域优良的自适应分离特性。将孤极电压信号由高频段到低频段依次分离出反映定子振动状态的乘积函数。对其乘积函数进行转换计算得出作为时频域内的压电陶瓷故障特征,反映压电陶瓷的退化程度,并将其应用在实测信号的分析中,结果表明提取的退化特征总体上能够对压电陶瓷在不同程度的开裂故障进行区分。3)针对孤极电压信号对压电陶瓷的开裂故障变化不敏感,提出了一种新的压电陶瓷故障诊断方法。利用具有能量聚集特性的离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)提取故障信息,提高与裂纹的相关性。为了避免人为因素对传统离散余弦变换降噪方法的影响,构造了一个由离散余弦系数组成的矩阵,并将该矩阵的奇异值(Singular Values,SV)交叉熵作为超声波电机的退化特征。将数值模拟噪声添加到测量信号中,以验证特征的抗噪声性能。对实验结果的分析表明,提出的DCT-SV交叉熵在指示压电陶瓷在超声波电机中的退化方面是可行和有效的。