摘要:振动监测是当前风电机组传动系统状态监测的主要手段。首先，分析了风电机组传动系统振动监测策略和各部件振动特征提取流程，重点介绍了边频带能量因子、阶次谱边频带能量比等振动特征趋势指标；然后，分析指出解决现役风电机组因传动系统故障导致巨大经济损失的关键是进行风电机组传动系统早期故障预示，重点介绍了泛化流形学习的风电机组传动系统早期故障预示方法；最后，从系统架构、数据采集配置及监测分析方法等方面分析了现有的风电机组传动系统振动监测系统的功能与特点，指出了基于多源信息融合的大数据预测分析与智能维护将是风电机组健康管理的重要发展趋势。

摘要:针对行星齿轮式变速箱的齿轮裂纹损伤难以提取特征频率和定位的问题，提出基于总体平均经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition，简称EEMD)的齿轮局部损伤频率解调分析方法。该方法在建立的齿轮局部损伤振动信号模型的基础上，分别对太阳轮、齿圈、行星轮的裂纹损伤信号进行EEMD分解和频率解调分析，通过频谱图提取齿轮的局部损伤特征频率，从而识别变速箱中裂纹损伤齿轮的位置。综合仿真分析和试验结果表明，基于EEMD的齿轮局部损伤频率解调分析方法可以有效地提取太阳轮、齿圈和行星轮的裂纹损伤特征频率，实现行星齿轮式变速箱中齿轮裂纹损伤的定位。

摘要:建立了适合带后缘小翼的缩比模型智能旋翼减振优化分析方法。考虑小翼运动引起的气动力和惯性力对旋翼系统的影响，建立带后缘小翼的旋翼气动弹性分析模型，使用一种高效的代理模型方法计算带后缘小翼的翼型气动力。使用隐式梯形公式求解气弹耦合动力学方程得到桨叶的弹性响应，采用力积分法计算桨叶剖面振动载荷与桨毂载荷。以小翼操纵输入为设计变量，以桨毂载荷幅值为目标函数建立优化问题，使用最速下降法求解最佳减振效果对应的小翼偏转规律。结果表明本模型计算的结构与气动载荷可靠，对不同前进比状态，后缘小翼都能有效降低桨毂垂向振动载荷。使用直接约束法和目标权重法都能模拟小翼偏转能力不足的情况，小翼偏转能力对减振效果有明显影响，偏转能力不足时后缘小翼仍具有一定的减振效果。

摘要:针对结构损伤会影响超声导波传播，提出基于超声导波无损检测的结构健康监测方法。以内径为174 mm、外径为194 mm、材料为20#碳钢的圆管结构为例，根据频散方程利用数值法求解其纵向模态以及周向Lamb波频散曲线。同时考虑其频散曲线和波的结构，确定激励频率中心频率为80 kHz。在此基础上进行有限元仿真，验证圆管中导波的传播机理及特征。针对此频率圆管纵向模态导波以及周向Lamb波的频散特性、波的结构比较接近，且都与板中的Lamb波相似，从而提出了单点激励、多点接收，并采用椭圆定位的方法，实现圆管结构损伤定位。通过仿真和实验验证该方法对切槽、圆孔等损伤的识别效果，并对损伤定位误差的影响因素进行了分析。

摘要:针对机床进给伺服系统定位精度预测的难点，分析了进给伺服系统机械传动系统定位误差增长的原因，提出了一种定位误差预测的方法。在Adams中建立进给伺服系统动力学仿真模型,得到不同初始状态下的定位误差值，基于BP神经网络建立工作台与螺母座间隙、滚珠丝杠倾斜度、工件负载与定位误差之间的映射模型，根据映射模型提出对定位误差预测的方法。利用所建立的精密运动可靠性试验平台进行验证，证明了该方法的正确性和有效性。

摘要:针对航空航天层合板结构冲击与振动监测的需求，提出一种基于小波包分解方法和分布式光纤光栅传感网络的板状结构低速冲击辨识方法。根据四边固支板结构的承载形式与光纤光栅传感器的感知特性，设计合理的传感器网络布局，再利用快速傅里叶变换(fast Fourier transformation，简称FFT)与小波包分解对光纤光栅传感网络监测到的冲击响应信号进行时频域分析，获取能表征冲击特性的时域特征分解信号。在此基础上，分别计算出每一个特征分解信号与其对应的时域原始信号之间的互相关系数，并将其做为相似度分配权值，分解出所有样本冲击点对应冲击响应信号的特征分解信号，构建样本信息库。利用Haudorff距离计算测试信号与样本信息库各个信号之间的相似度，并根据相似度来确定冲击点的位置坐标。研究表明，该方法能够实现对航空航天层合板结构低速冲击位置的辨识。

摘要:为了研究单轨车辆在设计车速范围内的振动响应特性，进而评价单轨车辆运行平稳性与舒适性能，分析了单轨车辆走行轮、导向轮、稳定轮和转向架中央牵引装置及车体间的拓扑关系，利用Hamilton方程构建了包含走行轮与轨道梁顶部，导向轮、稳定轮与轨道梁侧部等三向轮轨接触对的单轨车辆空间耦合系统动力学模型,并对单轨的PC轨道梁走行面及轨道梁左、右两侧部轨面的不平度进行了数值模拟。基于空间耦合动力学模型，以轨道不平度为激励源，设定车辆以某一恒定速度在直线轨道上运行，获取了单轨车辆的振动响应特性，并与实车测试结果对比分析，验证了单轨空间耦合动力学模型的正确性。在此基础之上，获取了单轨车辆不同设计车速下的振动响应特性，对单轨车辆的运行平稳性和舒适性进行了评价。结果表明，单轨车辆的舒适性能优良，运行平稳性能处于优秀等级。

摘要:复杂机电系统生产过程监测数据具有明显的高维非线性和复杂分布特点，针对传统的方法难以满足复杂系统异常辨识的要求，提出一种拉普拉斯特征映射-支持向量数据描述（Laplacian eigenmaps-support vector domain description，简称LE-SVDD）的异常监测方法。由于高维特征空间中距离很近的点投影到低维空间后距离应该很近，因此改进的LE方法使用一个有权无向图来描述一个流行，用嵌入的方式找到高维数据的低维嵌入，从而能够发现高维数据内部的地位流行结构。通过标准的田纳西伊斯曼过程（Tennessee Eastman process，简称TE过程）测试和训练数据进行仿真实验，给出了在非线性特征提取和不同时段异常辨识的准确结果。平均漏报率和误报率都比较低，分别为6.063，6和5.625，3.125，这表明LE-SVDD方法在状态监测中具有良好的非线性和高维数据处理能力，适用于工程系统的监测诊断。

摘要:为了评估滚动轴承的可靠性和预测剩余使用寿命，选取能够反映性能退化过程的特征参数作为寿命预测模型的输入参数，提出一种基于核主元分析（kernel principal component analysis，简称KPCA）和威布尔比例故障率模型（Weibull proportional hazards model, 简称WPHM）的方法。首先，提取滚动轴承全寿命周期的时域、频域及时频域等多特征参数，从中筛选出有效的特征参数，构建高维相对特征集；其次，进行核主元分析，选取能够反映轴承全寿命周期性能退化过程的核主元，进而作为WPHM的协变量来进行可靠性评估和剩余寿命预测。通过滚动轴承全寿命试验，验证了该方法能够对轴承进行准确的可靠性评估和剩余寿命预测，以提供及时的维修决策。同时，由于提取的是相对特征，降低了同种轴承间在制造、安装及工况的差异，增强了该方法的适用性和稳定性。

摘要:针对基于有监督学习的方法无法识别未知类别故障，提出了一种基于粒子群优化模糊核聚类（kernel fuzzy cmeans clustering，简称KFCM）的风电机组齿轮箱故障诊断方法。首先,建立以训练样本分类错误率为目标的聚类模型，利用KFCM对训练样本进行分类；然后,以初始聚类中心和核函数参数作为优化变量，利用粒子群优化算法求解聚类模型，获得最优分类结果下每个类的类心；最后,根据新样本与各类心之间的核空间样本相似度判断新样本属于已知故障或者未知故障。以某风电机组齿轮箱为例，对提出方法的有效性进行试验验证。结果表明，与传统基于有监督学习的神经网络方法相比，该方法能有效诊断已知和未知类别的故障。

摘要:现有单模态驱动超声电机或者只能单向运动，或者存在严重磨损。针对此问题，提出了一种单模态驱动双向运动的塔形超声电机。塔形电机由非对称结构塔形定子和动子构成。塔形定子采用非对称的兰杰文振子结构，设计有低阶和高阶非对称工作模态以及相应的压电陶瓷片极化布置方案，通过模态切换就可以实现电机的单模态驱动和正反向运动。分析了电机的工作原理，制作了原理样机，并对样机进行了模态实验和机械特性实验。结果表明，当A相单相激励，电机工作在高阶工作模态，动子正向运行，最大速度为112 mm/s，最大输出力为2N；当B相单相激励，电机工作在低阶工作模态，动子反向运行，最大速度为94 mm/s，最大输出力为3 N。

摘要:针对目前输电塔结构损伤识别中需要布设大量传感器的问题，提出了基于互相关函数幅值和支持向量机（support vector machine，简称SVM）的损伤识别方法。首先，定义初始与当前状态结构模态响应近似信号的互相关函数幅值差为损伤特征；其次，将损伤特征作为输入样本来训练支持向量机分类器，将损伤识别问题转化为模式分类问题；最后，利用2层角钢塔模型的振动试验，验证了方法的可行性。该方法仅需要少量传感器测得结构的动力响应，且适用于环境荷载激励，对输电塔结构损伤有较好的识别效果和噪声鲁棒性。

摘要:精密定位平台在导轨动连接处刚度较差，在高速高动态工作中这里易产生偏摆振动。为了减小偏摆误差对定位平台的影响，提高定位精度，通过对直线电机驱动、气浮导轨支撑和导向的高精度定位平台进行研究。根据定位平台偏摆误差的动态特性，采用偏摆误差补偿方法，设计一种偏摆误差检测系统，采用平尺和微位移传感器相结，具有高频响、非接触式的特点。设计了一种基于压电陶瓷驱动的x，y两维微位移补偿机构。同时，通过将气浮导轨滑块副简化成弹簧、质量和阻尼相结合的系统，推导出了定位平台两自由度的偏摆振动模型。基于误差补偿系统的偏摆误差补偿实验表明，精密定位平台的定位精度得到了较大提高，定位平台的定位精度优于2μm。

摘要:对方向性损伤的Lamb波定量监测与评估方法进行了研究，采用了线性压电阵列布置方法，基于传感阵列各阵元捕获到的Lamb波损伤散射信号之间的相位情况，扫描方向性损伤反射信号的相位延迟信息，实现损伤和方向中心位置的判定。根据判定损伤方向，通过线阵旋转处理，研究改进了时间反转损伤成像评估方法，实现对方向性损伤的成像和评估。在铝板结构上的实验研究表明，该方法可以实现对损伤方位和尺寸的定量评估，较现有成像方法具有更好的抗干扰性和准确性。

摘要:两级压力式油气悬架可有效地解决传统单气室油气悬架在不同载荷状态下的动力学性能矛盾。为进一步提高越野车辆的行驶性能，提出一种越野车用两级压力式油气弹簧，建立考虑油液压缩性的油气弹簧非线性数学模型，并通过台架试验验证数学模型的准确性。建立1/4车辆模型，在随机路面激励下进行平顺性仿真。结果表明，良好路面的满载工况和一般路面的空载工况下，相对于单气室油气悬架，两级压力式油气悬架的车身加速度均方根值分别下降了20.1%和10.7%，轮胎动载荷均方根值分别下降了36.8%和10.4%，两级压力式油气悬架的动行程均方值分别增加了11.8%和1.9%，其撞击限位块的概率小于0.1%，能够满足车辆的使用要求。

摘要:针对某定位装置，研究了一种新型菱形微位移压电作动器，该压电作动器由压电堆、菱形位移放大机构以及柔性铰链组成。菱形微位移压电作动器的核心驱动部件为压电堆，由于压电材料的迟滞特性，菱形压电作动器具有非线性迟滞特性。为了消除迟滞对压电作动器在后续控制中的影响，发展了一种Preisach杂交建模的方法,该方法在传统Preisach模型的基础上，有效结合了Preisach离散模型和支持向量机（support vector machine，简称SVM），建立了微位移压电作动器输入输出杂交模型。试验结果表明，SVM有效解决了因1阶滞回曲线数量不足而导致Preisach模型精度低的问题，同时与传统Preisach模型相比，杂交建模能更准确地描述迟滞特性，有更高的精度。

摘要:球阀作为高压天然气输送管道的主要设备，其内漏时的喷流气体会产生声发射信号，通过研究该声发射信号特征规律将有助于阀门内漏流量量化检测。针对这一问题，进行了天然气输送管道球阀内漏发声机理和检测试验研究，分析了阀门内漏声发射现象产生的机理和内漏流量检测评价方法。在此基础上，应用声发射检测系统对3种不同尺寸内漏球阀进行了检测试验，通过试验分析了球阀在不同内漏流量下的声发射信号频谱特征分布规律，并采用小波包分析方法进行信号特征参数（信息熵、均方根、频域峰值）提取。拟合特征参数与内漏流量关系曲线，采用R2（确定系数）指标对曲线拟合程度进行评价，评价结果表明，采用均方根值（root mean square,简称RMS）的曲线拟合程度最高（R2为0.979），可以用于天然气输送管道球阀内漏流量的量化检测。

摘要:为提高火电机组效率，降低污染物排放量，汽轮机组在通流改造中级数有所变化，使转子质量和质心位置发生改变，导致转子临界转速变化，对运行造成一定影响。针对此问题，利用试验测量了不同轮盘质量和位置的转子临界转速，并与理论计算结果进行了比较分析，引入灵敏度分析方法分析了轮盘质量和位置变化对汽轮机转子临界转速的影响。试验研究得出了与理论分析吻合的结论，即转子临界转速随着轮盘质量的增加而减小，随着轮盘偏置量的增加而增加。轮盘偏置量对临界转速的灵敏度系数在0.25～2.4之间，偏置量越大，灵敏度系数越大；质量对临界转速的灵敏度系数在-0.35～-0.001之间，质量增加比例越大，灵敏度系数越小；偏置量对临界转速的影响远远大于质量的影响，大约是7~10倍；同一质量轮盘偏置量大于40%，对转子临界转速改变量较明显；同一偏置位置，质量增加量小于50%，对转子临界转速改变量较明显。这些结论为解决现场汽轮机转子临界转速的调整起到了借鉴作用。

摘要:典型证据权重计算方法存在只有少数传感器判断正确而多数判断错误的高冲突证据的加权D-S决策融合问题，针对此问题，提出一种基于故障敏感度的证据权重计算方法。首先，通过核函数主元分析（kernel principal component analysis,简称KPCA）提取非线性的敏感特征；其次，基于故障检测原理计算该特征的故障敏感度，并将其作为传感器的故障敏感度；最后，计算得到基于故障敏感度的传感器决策权重，并将该权重及等权重法和基于决策距离方法的权重共同应用于转子故障模拟实验台的融合检测与诊断中。结果表明，该方法能对故障敏感、包含故障信息多的传感器赋予更高的权重值，提高其决策地位和作用，反之则赋予较小的权重，“弱化”其决策地位和作用。通过证据权重的“调节”作用，使得该方法无论是在只有少数传感器发现故障的证据高冲突情况还是在冲突不大或无冲突时，均取得了更好的决策融合结果。

摘要:单一支持向量机在轴承齿轮故障诊断中精度较低，为了提高支持向量机在轴承齿轮故障诊断中的精度，对支持向量机的样本特征提取方法以及支持向量机参数优化的方法进行了研究。首先，通过核主成分分析方法构造支持向量机的输入样本，可以减少数据间的冗余，提取数据的高维信息；其次，通过粒子群优化算法优化支持向量机核函数参数和惩罚因子；最后，使用优化后的支持向量机模型进行故障诊断。通过实际轴承齿轮故障诊断对比实验，结果表明，所提方法相比一般的支持向量机诊断方法诊断精度大幅提高，验证了该混合智能诊断方法的有效性和优势。

摘要:建立磁流变阻尼器精确的力学模型是进行磁流变阻尼减振结构反应分析与设计并取得良好振动控制效果的一个重要前提。首先，对一个最大出力为10kN的磁流变阻尼器进行动力性能测试；其次，基于试验结果分别建立该阻尼器的参数化与非参数化动力学模型，并对所建立模型的有效性进行验证；最后，对两种不同建模方式的结果进行对比分析。结果表明，建立的参数化模型——双曲正切滞回模型能够有效地描述磁流变阻尼器的动力特性；非参数化模型——反向传播（back propagation，简称BP）神经网络正向、逆向力学模型具有良好的训练样本拟合度、泛化能力和抗噪性能；在试验数据拟合度上，BP神经网络模型要好于双曲正切滞回模型，但后者阻尼力表达式形式简单，更易于程序化。

摘要:针对平面不规则框剪结构，在引入最不利输入角度的基础上，提出多维性能极限状态的易损性分析方法。首先,利用Matlab中小波变换系数法，判别地震动的最不利输入方向；然后，采用层间位移和层间扭转角作为性能量化指标并考虑量化指标间的相关性，计算超越概率，从而得到二维性能极限状态下结构的易损性曲线。利用该方法对平面不规则框剪结构进行分析得到结构在正常使用、可以使用、生命安全、防止倒塌4个性能水平下的易损性曲线。结果表明：对于平面不规则结构，地震动输入角度对结构的抗震性能有不可忽略的影响；对平面不规则结构进行易损性分析时，应同时考虑层间位移和层间扭转角双指标的影响，防止高估这类结构的抗震性能。基于多维性能极限状态的易损性分析方法对平面不规则结构抗震性能的评估更为安全、可靠。

摘要:为了能够深入认识自由活塞斯特林发动机配气活塞的运动特性，对动力活塞固定不动时的配气活塞的气体作用效应进行了分析，并设计了配气活塞的单独运动实验，在此基础上提出了配气活塞固有频率的计算式。分析了工作腔压力波超前与滞后配气活塞位移两种情况下受到的气体力的作用情况，采用旋转矢量法阐述了气体力的作用机理。当压力波超前或滞后活塞位移小于90°时，认为一部分气体力发挥了气体弹簧的作用，使系统固有频率增大；当压力波超前或滞后活塞位移大于90°但小于180°时，认为一部分气体力发挥了惯性力的作用，使系统固有频率减小。热源温度越高，系统的固有频率越小。利用本实验室的一台自由活塞斯特林发动机进行实验，验证了上述气体力作用的效应与规律，且利用此理论计算了系统固有频率的准确性。

摘要:以Delta机器人为分析对象，研究了动平台的位置误差模型，并对误差源的耦合特性进行了分析。首先，利用从动臂的位置特性，依据几何空间矢量法，建立了Delta机器人机构误差模型；其次，以数理统计与空间矢量原理为基础，推导出Delta机器人关节间隙误差模型；然后，基于空间有限元理论，在建立系统弹性动力学模型的基础上建立了其柔性误差模型；综合考虑这3种误差源，建立了Delta机器人综合位置误差模型；最后，利Adams与Workbench联合仿真、Matlab数值计算和FARO激光跟踪仪的现场试验验证了位置误差模型的正确性，并对误差源的耦合特性进行了分析，阐述了方向位置误差与坐标轴方位之间的关系。结果表明，影响Delta机器人动平台位置误差的各个误差源间并不是简单的叠加，而是具有明显的耦合特性，并且动平台方向位置误差会随着坐标轴方位的变化而变化。

摘要:针对电涡流传感器在进行叶尖监测时因带宽不足导致的欠采样问题，提出了一种基于触发脉冲的叶片健康监测方法。通过对传感器在不同叶尖相对位置的灵敏度进行标定，获得传感器灵敏度与传感器探头到叶尖的距离及与叶尖重合度的函数表达式。在监测过程中，将叶尖间隙与叶尖计时数据相融合，通过叶尖计时的方法得到在各个数据点的采集时刻，计算传感器探头与叶片的重合度，结合标定得到的函数表达式，可分析得出各个数据点对应的叶尖间隙值，并通过搭建的叶尖间隙监测实验台进行了实验验证。结果表明，较于峰值定位法，所提出的触发脉冲法有效地解决了因电涡流传感器带宽限制引起的欠采样问题，改善了高线速度下叶尖间隙的测量准确性，为基于电涡流传感器的叶尖间隙主动控制及叶片振动监测提供基础。

摘要:为保证飞机空调系统安全可靠运行，针对飞机空调系统各主要部件进行了故障模式影响分析（failure mode and effects analysis，简称FMEA），并结合故障树分析（fault tree analysis，简称FTA）方法，对飞机空调系统故障进行了诊断实验。同时利用Matlab/Simulink软件建立了各部件的数值仿真模型，搭建了空调系统故障仿真平台，给出了系统关键部件的故障判据，对飞机空调系统进行了故障仿真，将实时数据与得到的仿真结果对比可以得出故障检修排序。以飞机座舱温度异常故障为例，阐述了飞机空调系统故障诊断方法。结果表明，涡轮故障时对座舱温度影响最大，在设计和维修中应重点考虑。

摘要:研究了节气门运动对流动噪声的影响。采用计算流体力学与计算声学耦合方法，并结合运动网格技术，实现对节气门由关闭向全开位置急速转动过程时空气瞬态流动引起噪声形成的三维数值模拟，分析了节气门处于不同转角时刻，空气流场与流动噪声的变化规律。在节气门转动初期，节气门后侧流动区域有涡流形成，节气门前后两侧的压力发生陡降，在节气门上边缘和下边缘附近产生两个流动噪声区，随后在节气门下游逐渐合并。流动噪声声功率级先增加然后逐渐减小，并接近稳定，节气门开度在40°附近时，声功率级达到最大。随着节气门开度的继续增加，节气门后侧的涡流逐渐减弱，节气门前后两侧的压力降逐渐减小。噪声场时域频域计算结果发现，节气门噪声属于中低频段宽频噪声，其中大约100 Hz以下的低频噪声占主要贡献量，声压级较高，并且声压没有随着测点与节气门的距离增加而明显衰减。控制节气门流动噪声的重点在于减少低频噪声。

摘要:分裂导线中的背风子导线在尾流激振作用下会出现大幅的次档距振荡，是威胁高压输电线路安全运行的重要故障之一。针对此问题，首先，给出了背风子导线在尾流激振下，含气动非线性的两自由度次档距振荡动力学模型方程；其次，采用增量谐波平衡法推导了求解次档距振荡高阶极限环响应的方程，得到了次档距振荡极限环响应的前三次谐波响应，结果表明，导线次档距振荡只存在于一个风速区间范围内，随谐波次数的增加，高次谐波的影响明显减弱，其中一次谐波能够较好地吻合Runge-Kutta数值计算结果；最后，分析了档距和背风子导线的初始位置对次档距振荡的影响，为避免或抑制次档距振荡的发生提供技术支持。

摘要:针对变转速滚动轴承故障特征提取较难的问题，提出一种基于参数优化变分模态分解（parameter optimized variational mode decomposition，简称POVMD）与包络阶次谱的变工况滚动轴承故障诊断方法。首先，采用POVMD对变转速滚动轴承振动信号进行分解，得到若干个本征模态函数之和；其次，对各个分量的时域信号进行角域重采样，将时变信号转化为平稳信号处理，再利用Hilbert变换估计重采样后的平稳信号的包络；最后，对得到的包络信号进行阶比分析，从谱图中读取故障特征信息。将POVMD方法与经验模态分解进行了对比，仿真信号分析结果表明了POVMD方法的优越性。将提出的变转速滚动轴承故障诊断方法应用于试验数据分析，分析结果表明，所提出的方法能够实现变转速滚动轴承的故障诊断，而且诊断效果优于现有方法。

摘要:为研究垂直平面内二维超声振动铣削系统的稳定性，建立了垂直平面内二维超声振动铣削稳定性模型，采用全离散法对二维超声振动铣削稳定性进行了研究，利用Matlab软件进行了数值仿真，获得了系统的稳定性叶瓣图。铣削钛合金材料颤振实验结果表明，主轴转速在1000～3500 r/min范围内，数值仿真结果与实验结果吻合较好，验证了垂直平面内二维超声振动铣削稳定性模型的正确性。在垂直平面内施加二维超声振动能提高系统的稳定性，轴向切深极限最大提高了约13.6%。