摘要:下肢康复机器人以其诸多的优势而逐步取代传统的康复治疗手段。在论述下肢康复机器人及其人机交互控制方法研究现状的基础上，针对下肢康复机器人对患者运动意图与运动能力感知的双重需求，提出了一种基于表面肌电信号的受试者运动状态的精密感知方法，包括表面肌电快速识别人体步态事件、表面肌电连续解码人体下肢关节运动角度，以及表面肌电定量预测人体下肢主动关节力矩。为了实现患者自主引导和下肢康复机器人按需辅助训练，深入讨论分析下肢康复机器人的系统设计和基于表面肌电精细感知的人机交互控制方法。最后，展望了下肢康复机器人的未来研究方向与内容。

摘要:在验证了铣削力与刀柄摆动电涡流位移信号之间存在线性关系的基础上，以机床主轴端部x, y方向的加速度信号二次频域积分结果作为刀柄摆动位移信号，提取积分位移信号的基频及其谐波信号作为监测信号，解决了电涡流位移传感器安装不便的问题，同时有效去除了干扰信号的影响。利用时域同步平均(time synchronous averaging,简称TSA)计算监测信号的一阶和二阶累积量，结合时域指标方差、偏斜度、峭度、绝对均值及有效值定量刻画累积量波形，通过设定阈值实现状态预警，较好地解决了复杂曲面加工过程中铣刀状态在线监测与预警的难题。

摘要:为了获得准确的时变物理参数以便于建立模型和故障诊断，将基于Hilbert变换的方法用于裂纹叶片的参数识别。将裂纹悬臂梁的一阶弯曲振动简化为一个具有时变刚度和阻尼的单自由度系统，并搭建实验台，用Hilbert变换分析实验测得响应信号和激励信号得到时变刚度和阻尼，实验结果验证了该方法的有效性。根据识别结果进一步对原有物理参数模型进行修正，并在一定范围内研究新模型中参数随外界条件的变化情况。数值计算结果表明，由修正后的模型得到的系统响应特性与实验观察到的现象一致。

摘要:提出了一种以经验小波变换(empirical wavelet transform，简称EWT)和多尺度熵相结合的高压断路器振动信号的特征向量提取和故障诊断的分析方法。首先，将高压断路器的振动信号进行经验小波变换，得到内禀模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)，选择相关系数较大的IMF进行重构；其次，提取重构信号的多尺度熵作为表征断路器状态的特征向量，采用归一化的方法对特征向量进行预处理并以此作为支持向量机(support vector machine, 简称SVM)的输入向量进行分类训练；最后，将测试样本信号故障特征输入训练好的SVM，在SVM核函数参数进行网格算法优化的基础上进行状态识别及分类。实验结果表明，该方法可快速准确地检测高压断路器故障，实现了断路器故障的状态识别。

摘要:对多种典型的信号整体和局部非平稳度计算方法及其局限性进行比较，在此基础上根据滑动统计分析的思想提出滑动均值、滑动方差以及滑动变异系数的概念和计算方法，以充分表征信号的时变细节和不同信号的差异。针对不同的机械故障信号和心电信号，对不同算法的平稳度评价能力和适用范围进行分析和比较。结果表明,相对于传统评价方法，基于滑动统计特征的信非平稳度评价方法具有较突出的理论基础、精度和稳定性。

摘要:由于近断层地震动的脉冲特性，结构在近断层地震下的动力响应与远场地震动下的情况存在较大不同。首先，选取了近断层脉冲地震动、近断层非脉冲地震动及远场地震动3类地震动记录，采用方差分析方法研究了3类地震动特征参数的差异；其次，以一典型的两跨曲线梁桥为工程案例，建立了多尺度有限元模型，对桥梁在3类不同地震动下的非线性时程响应分析进行了数值模拟，从主梁响应、桥墩响应和支座响应等方面进行分析比较；最后，研究了近断层地震动对于曲线梁桥地震响应的影响以及地震动强度指标与曲线梁桥最大响应的相关性。研究结果表明：3类地震动的峰值地面位移和峰值速度与峰值加速度的比值具有明显的差异；曲线梁桥在具有速度脉冲特性的近断层地震动作用下地震响应剧烈，易引起主梁落梁、墩柱及支座破坏；地震动强度指标峰值地面速度（peak ground velocity, 简称PGV）/峰值地面位移（peak ground displacement, 简称PGD）与位移最大响应的相关性最好，位移型地震动强度指标PGD和均方根位移drms与弯矩最大响应的相关性最好。

摘要:在考虑线路不平顺的基础上建立了移动车辆过桥的有限元模型，基于移动车辆动力响应采用遗传算法（genetic algorithm，简称GA）实现了桥梁结构不同损伤状态的识别。以桥梁损伤位置和损伤程度作为识别因子，首先，利用GA算法生成不同桥梁损伤状态；其次，采用有限元车桥模型分别计算不同状态下的车辆动力响应作为分析数据；最后，采用模拟实测数据与分析数据构建目标函数进行识别。针对不同损伤工况进行多次独立重复计算，选用成功率及首次出现最优解平均迭代代数分析GA算法识别效率。研究发现：GA算法能以较高效率实现桥梁单目标和多目标损伤的识别；识别过程中搜索空间大小对GA算法识别效率影响较大；GA算法对桥梁跨中及3/4跨位置的损伤识别结果较桥梁端部更为稳定。

摘要:利用滚动轴承运行时的异常声响来识别轴承故障，搭建了轴承声阵列信号故障诊断实验平台。针对轴承声信号信噪比差、成分复杂、故障特征不明显的特点，提出一种基于稀疏分解的轴承传声器阵列信号特征提取方法。利用全息面有效声压场及其投影图对实验设备进行噪声源识别与定位，通过coif4小波字典和局部余弦字典构建冗余字典，采用稀疏分解提取热点噪声源声信号的冲击特征。仿真和实际声信号的处理结果表明，该方法准确提取了不同转速下声信号中的故障特征频率，证明了利用声阵列信号对轴承进行故障识别的有效性和可靠性。

摘要:根据夹持结构存在的局部非线性特点，研究基于非线性动响应的夹持松动识别方法。利用悬臂梁结构在夹持边界条件下自由振动的非线性动响应理论解，将结构非线性响应的二次谐波振幅与基频振幅响应的比例系数〖WTBX〗r〖WTBZ〗作为松动判别特征量，研究夹持结构的松动特性规律。以夹持悬臂梁结构为研究对象，建立接触有限元模型来计算夹持结构的非线性动响应；同时开展了试验研究，通过不同夹持力下结构振动响应特性来验证该方法的有效性。仿真和试验结果表明，随着夹持力的增加，结构非线性动响应信号的二次谐波振幅呈下降趋势，振幅比值〖WTBX〗r〖WTBZ〗呈幂指数下降。二次谐波振幅与基频振幅的比值〖WTBX〗r〖WTBZ〗可以作为表征结构松动状态的判据。

摘要:为了有效提取滚动轴承振动信号的故障特征和提高分类识别精度，提出了一种基于冗余二代小波包变换-局部特征尺度分解（redundant second generation wavelet packet transform-local characteristic scale decomposition,简称RSGWPT-LCD）和极限学习机（extreme learning machine,简称ELM）相结合的故障特征提取和分类识别方法。首先，利用希尔伯特变换对原始振动信号进行处理，得到包络信号；其次，基于双层筛选机制，结合冗余二代小波包变换（redundant second generation wavelet packet transform，简称RSGWPT）和局部特征尺度分解（local characteristic-scale decomposition，简称LCD）方法对包络信号进行分解，筛选出包含主要信息的内禀尺度分量（intrinsic scale components，简称ISCs）；然后，对提取的各ISCs分量构建初始特征矩阵并进行奇异值分解（singular value decomposition,简称SVD），将得到的奇异值作为表征各损伤信号的特征向量；最后，以提取的特征向量为输入样本，建立ELM模式分类器对滚动轴承损伤信号进行识别。信号仿真和实测数据表明，该方法可有效提取振动信号故障特征，提高分类识别精度，实现滚动轴承故障诊断。

摘要:为了改进时域法（time domain method，简称TDM）识别桥面移动荷载时存在的识别精度受测量噪声、响应类型及数量影响较大等缺陷，在截断奇异值分解（truncated singular value decomposition，简称TSVD）的基础上，提出了基于分段多项式截断奇异值分解（piecewise polynomial truncated singular value decomposition，简称 PPTSVD）识别桥梁移动荷载。采用简化欧拉梁模型，由反演车辆荷载作用下桥梁的弯矩响应和加速度响应识别桥面移动荷载，得到了不同噪声水平下TDM，TSVD与PPTSVD的识别结果。研究结果表明，与采用奇异值分解（singular value decomposition，简称SVD）进行常规降噪的TDM相比，采用TSVD识别移动荷载在识别精度和抗噪性能方面均有一定提高，且由TSVD改进的PPTSVD识别方法较前两种方法具有更加明显的优势；PPTSVD识别精度高、识别结果受响应类型及响应组合影响较小且具有良好的鲁棒性，更适用于桥梁移动荷载的现场识别。

摘要:针对传统隐马尔可夫模型(hidden Markov model,简称HMM)状态数必须预先设定的不足，提出了一种基于分层狄利克雷过程-连续隐马尔可夫模型（hierarchical Dirichlet process-continuous hidden Markov model，简称HDP-CHMM）的机械设备性能退化评估方法。该方法利用分层狄利克雷模型的分层聚类原理，在狄利克雷过程(Dirichlet process，简称DP）模型的基础上进行扩展，利用多组关联数据实现了模型结构根据观测数据的自适应变化和动态调整，获得设备运行过程中的最优退化状态数，并结合连续隐马尔可夫模型(continuous hidden Markov model，简称CHMM)良好的分析和建模能力，获得设备退化状态转移路径，实现机械设备运行过程中的退化状态识别和性能评估。利用滚动轴承全寿命数据的多组特征值进行了应用研究，并与基于K-S检验算法的机械设备零部件性能退化评估方法进行了比较。结果表明，HDP-CHMM模型可以对轴承实际运行状态转移过程进行建模，有效识别轴承运行中的不同退化状态，为基于状态的设备维修提供了理论指导。

摘要:针对转子-轴承系统中的转子多频振动问题，以转子-轴承-电磁作动器系统为研究对象，建立装有电磁作动器的转子系统动力学模型，提出了一种基于电磁力参数快速寻优的转子系统多频振动主动抑制方法。采用变步长寻优策略，快速获取电磁作动器的电流最佳参数，通过向转子施加具有多个频率成分的旋转电磁力来抑制转子的多频振动。实验结果表明，快速寻优策略比整周寻优用时短，能够实现转子系统多个频率振动成分的主动抑制。

摘要:为了实现对食道的光学相干断层成像（optical coherence tomography，简称OCT）扫描，研制了基于直线超声电机轴向运动和旋转超声电机环向扫描的内窥镜光扫描机构。其中，直线电机采用New Scale Technologies公司的squiggle?压电直线电机；旋转电机为基于圆环形薄板面外弯曲模态的中空轴超声电机，利用有限元软件COMSOL Multiphysics优化了旋转电机尺寸，测得该电机在78.5kHz，60Vp-p驱动电压的激励下转速为4 200 r/min，满足调制频率200 kHz激光食道OCT扫描的要求。设计了包含镜头在内的内窥镜光扫描机构，加工的胶囊内窥镜原型直径为16mm，直线行程超过5 mm。因为采用压电超声电机驱动，该医疗设备可以与核磁共振成像(magnetic resonance imaging，简称MRI)相兼容。

摘要:为提升传统调谐质量阻尼器（tuned mass damper，简称TMD)应用的方便性，提出利用调谐惯容阻尼器(tuned inerter damper, 简称TID)对结构进行减震控制，推导了基底白噪声激励下建筑结构的TID最优阻尼参数和最优刚度参数的解析式以及无阻尼的位移方差解析式。分析表明，TID最优参数与其安装的相邻楼层振型坐标差的平方有关，该值越大，控制效果越好。通过3个均匀结构和1个12层的非均匀结构模型分析表明：TID对中低层结构的控制效果较好，且对高阶振型控制优势明显；TID-TMD混合控制方案在地震作用下的控制效果更明显，优于TID，且总体上与多重TMD控制效果相近；TID-TMD仅需在顶层安装TMD，其余楼层安装TID，减少了多重TMD控制高阶振型带来的空间占据、安装不便、质量过大等问题。

摘要:针对高压隔膜泵单向阀的早期故障特征提取困难的问题，提出基于微分经验模态分解(differential empirical mode decomposition，简称DEMD）的高压隔膜泵单向阀早期故障诊断方法。首先，对振动信号进行微分运算，提高高频成分的振幅比，使微弱高频成分在后续分解中更易提取；其次，对得到的新信号进行经验模态分解（empirical mode decomposition，简称EMD)，并将分解后的本征模函数(intrinsic mode function，简称IMF）分量信号进行积分还原；最后，计算分量信号与原振动信号的Kullback-Leibler散度（Kullback-Leibler divergence，简称K-L散度）值，选取K-L散度值较小的分量信号进行重构，并利用Hilbert边际谱对重构信号进行瞬时频谱分析，以提取故障振动信号的特征。仿真与工程实验分析表明，该方法能够较好地提取出单向阀早期故障特征信息。

摘要:针对风电机组滚动轴承振动信号具有强噪声、非高斯、非线性及非平稳的特性，导致滚动轴承故障状态及故障位置难以确定的问题，提出了基于二值双谱和模糊聚类的风力发电机组滚动轴承故障诊断方法。首先，对振动信号进行双谱分析，获得其二值双谱特征；其次，以基于目标函数的模糊聚类方法，构造各类故障的目标模板；最后，按照最邻近准则设计分类器，以目标模板与测试样本之间的距离测度作为模式分类依据，对风电机组滚动轴承的故障位置进行判断。实验结果表明，该方法能有效诊断故障状态及故障位置，其诊断准确性高、稳定性好、计算量小、速度快，且以距离测度为故障判决依据，使诊断结果易于理解和解释、便于检验。

摘要:为有效回收车辆悬挂振动能量，对馈能影响因素及相互间的关系进行分析。建立复合式电磁悬挂系统(composite electricalmagnetic suspension system, 简称CESS)动力学及馈能电路模型，采用功率流的方法分析悬挂系统的能量输入、输出及耗散关系。在考虑传递效率的条件下，分析电阻比、激励频率及振幅对馈能效率与馈能功率的影响。讨论了减振指标及馈能性能之间的关系，通过台架试验分析了外接电阻与悬挂相对运动速度对馈能性能的影响。结果表明：采用功率流的方法可有效分析悬挂能量流动关系，馈能效率和馈能功率受电阻比、激励频率及振幅等因素影响；悬挂系统不能同时满足最大馈能效率和最大馈能功率，悬挂系统减振及馈能性能存在一定的相互制约关系。

摘要:研究包带预紧力和限位间隙对天线收拢发射状态动力学特性的影响。设计并加工径向肋可展开天线的简化模型并进行振动试验，试验控制的变量为包带预紧力和限位间隙的大小，考察结构的基频和响应与自变量的关系。试验证明，包带预紧力在正常范围内对天线的基频没有影响，增加预紧力可以小幅度降低结构响应。肋条与限位盘的间隙大小与肋条的一阶固有频率和响应大小无关，且随着振动量级增加，肋条的共振峰后移。

摘要:为了提高微型泵输出流量以及获得连续出流能力，设计了一种基于合成射流原理的无阀气体压电泵。首先，分析了压电气泵的工作原理，测试了压电振子的振幅；其次，利用CFX软件对无阀气泵进行仿真分析，得到压电气泵在0T，0.25T,0.5T,0.75T 和 时刻的气体流速分布，以及容腔高度、泵腔高度、射流孔直径和出口直径对气泵流量的影响规律；最后，制作了无阀气体压电泵的实验样机。测试结果表明，当无阀压电气泵在驱动电压为120 V、驱动频率为400 Hz、容腔高度为0.1 mm、泵腔高度为1.4 mm、射流孔直径为1.3 mm和出口直径为2 mm时，泵输出气体流量为1800 ml/min左右，实验与仿真分析基本吻合。该气泵能输出较大气体流量并具有连续出流的能力。

摘要:以内蒙古110国道改扩建项目为背景，建立了路桥过渡段三维模型及七自由度整车模型，分析了当路面出现波浪形不平顺以及左右车轮处路面沉降不均等破坏类型时，以车体垂向加速度、车轮动荷载系数以及前后轮垂向位移差作为评价指标，综合评价搭板对路面不平整的改善效果。结果表明：无搭板时，随着路面等级从A降低到C，车体最大垂向加速度由0.96 m/s2增大到3.78 m/s2，前后轮最大垂向位移差由20.5 mm增大至114.8 mm；设置搭板后，最大垂向加速度由0.87 m/s2增大到2.93 m/s2，前后轮最大垂向位移差由18.7 mm增大到34.2 mm；搭板的设置可以将前轮动荷载系数降低到更高一级路面的水平。在左右车轮所处路面沉降不均时，由无搭板到板厚30 cm时，车体最大垂向加速度由1.92 m/s2降低到1.13 m/s2；板厚由30 cm增大到45cm时，最大垂向加速度只从1.13 m/s2降低到1.03 m/s2，均处在人体不舒适的范围之内。可见，当左右车轮所处路面沉降不均时，搭板的改善效果不显著，需要采取其他工程补救措施。

摘要:为定量评价雨荷载对超大型冷却塔气动力和风效应的影响，以国内某在建世界最高的220 m超大型双曲线间接空冷塔为例，基于计算流体动力学（computational fluid dynamics, 简称CFD）方法对冷却塔周围风场进行数值模拟，验证模拟结果的有效性后添加离散相模型（discrete phase model, 简称DPM）进行雨强为50mm/h的暴雨模拟，系统分析了风雨共同作用下冷却塔表面流体绕流特性、风雨荷载特征值及平均压力系数的变化。在此基础上，采用有限元方法分析了风荷载和风雨荷载共同作用下超大型冷却塔风致稳定性和受力性能。研究表明：冷却塔表面所受总雨荷载占总风荷载的6.71%，部分区域内雨压系数可达0.07以上，与风压系数的比值最高可以达到26.98%；相比于风荷载，风雨荷载共同作用降低了冷却塔整体屈曲稳定和局部稳定性能，增大了塔筒、支柱和环基结构内力响应，屈曲位移最大增量达10%，0°子午向轴力最大增量达17.4%。该结论可为此类大型冷却塔结构抗风/雨荷载设计提供参考依据。

摘要:针对旋转机械设备的故障特征微弱和环境噪声强等问题，提出了一种基于短时滑移模糊熵和局部保留投影法（locality preserving projection，简称LPP）的故障特征提取方法。首先，通过对滑移截断短时序列的架构分析，引入多尺度复合模糊熵，获得信号在不同复合尺度下的特征信息和故障潜在特征，能准确反应信号复杂度和不确定性；其次，应用LPP流形降维并保留信号的局部数据特征，设计最优带通滤波器，对轴承振动信号进行故障冲击特征提取。仿真分析和实验数据结果验证了该方法在强背景噪声情况下降噪抑制方面的有效性，具有快速识别和提取滚动轴承的微弱冲击特征的能力。

摘要:针对传统基于神经网络的声发射定位选择的样本不具有广泛代表性的问题，提出了基于光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating，简称FBG）传感和反向传播（back propagation, 简称BP）神经网络的声发射定位技术。该方法使用提取的窄带信号间时差作为样本，无需考虑损伤特性及波速对定位的影响，同时使用Levenberg-Marquardt(简称LM)算法训练样本，提高了BP神经网络的训练速度。在500 mm×500 mm的铝合金板上进行实验，声发射定位的平均误差为6.65 mm，验证了该方法的有效性和准确性。

摘要:以涡激振动海流能利用为工程背景，在流速范围为0~0.75m/s的自循环水槽中开展了直径为6cm的单自由度圆柱涡激振动试验研究，分析了5种不同形状端板、7种不同尺寸矩形端板条件下圆柱涡激振动的响应规律，提出了适用于能量利用的端板形状与合理尺寸。研究结果表明：5种端板中最有利于能量利用的为矩形端板，最不利的为无端板；矩形端板圆柱的振幅和频率为无端板圆柱的1.38倍与1.25倍；利于增强振动的矩形端板顺水流方向长度应控制在1.5~2倍圆柱直径范围内。

摘要:提出一种基于数据挖掘的装备健康状态识别模型，实现对矿渣粉磨系统的运行健康预测。首先，利用一种多算法综合的特征筛选方法对工况数据进行挖掘分析，确定影响设备运行健康状态的评估指标参数；其次，以健康运行状态评估指标为对象，开展系统运行工况状态聚类挖掘，分析历史样本运行数据中的健康工况模式分布，以此为依据定义工况的运行状态类别，建立健康工况模式库；然后，将实时运行数据与健康工况模式库比对，利用自回归积分滑动平均算法（auto-regressive integrated moving average，简称ARIMA）训练预测评估模型，对健康评估指标参数的变化趋势进行预测，获取系统健康状态评估结果；最后，基于上述模型开发了矿渣粉磨健康状态识别系统软件，并应用于某生产现场，验证了该模型及系统的有效性和实用性。

摘要:通过研究主成分分析(principal component analysis，简称PCA)中有效特征值与信号频率和幅值之间的关系，发现有效特征值的数量是由原始信号中频率成分的个数决定，与幅值、频率和相位的大小无关。信号中每个频率产生两个有效的特征值，且幅值决定协方差矩阵C的特征值在其分布图中的排列顺序。提出了一种基于PCA的特征频率提取算法，该算法可实现对单个或多个特征频率的准确提取。将此方法应用于大型转子系统轴心轨迹的提纯上，效果优于谐波小波和小波包算法。

摘要:针对单一测度模型的特征评价方法存在特征敏感度“欠学习”，以及支持向量机(support vector machines, 简称SVM)参数优化算法普遍存在收敛速度慢、易陷入局部极值等问题，提出一种量子遗传算法优化的SVM滚动轴承故障诊断方法。首先，采集振动信号中的时域和频域特征构成多域多类别原始故障特征集；其次，构建一个基于相关性、距离及信息等测度的混合特征评价模型，得到特征权重与特征值组合构成的加权故障特征集；最后，将加权故障特征集为输入，将量子熵引入到量子遗传算法当中，对SVM的结构参数进行全局优化，完成滚动轴承故障模式的识别。试验结果表明，该方法能够以更快的速度收敛至全局最优解，在保证聚类性能的基础上提高了滚动轴承的诊断精度。

摘要:为了准确识别水工结构的损伤，提出一种变分模态分解（variational mode decomposition, 简称VMD）和Hilbert-Huang变换（Hilbert-Huang transform, 简称HHT）边际谱相结合的水工结构损伤诊断方法。首先，采用联合的小波阈值和经验模态分解（empirical mode decomposition, 简称EMD）降噪方法对原始信号进行降噪，减小环境噪声对结构损伤特征信息的干扰；其次，运用方差贡献率数据融合算法对降噪后各测点信号进行动态融合，提取结构完整的振动特性信息；然后，采用VMD方法将动态融合信号分解为一系列固态模量（intrinsic mode function, 简称IMF），对各IMF分量进行Hilbert变换，求出融合信号的边际谱；最后，在VMD边际谱的基础上提取一种新的损伤特征向量损伤灵敏指数，将其与马氏距离相结合对水工结构的损伤类型进行分类，并将该方法应用于悬臂梁模型试验。结果表明：该方法能够有效提取水工结构的损伤特性，准确识别水工结构的损伤和运行状态，为水工结构的安全运行提供了基础。

摘要:针对橡胶减振器在热力耦合减振过程中的温度和阻尼特性的变化进行分析，引入大应变黏弹性本构模型描述橡胶材料的非线性变形和黏弹性行为。对橡胶材料进行静态试验拟合得到超弹性本构模型系数，进行动态机械分析获得材料的储能模量时程曲线和损耗因子时程曲线并拟合得到Prony级数系数。假设生热率为非弹性变形产生的能量，对模型施加边界条件和热对流边界，基于热力耦合理论对有限元模型进行分析。结果显示：模型中心温度最高，并由中心向边缘逐渐降低；不同频率下的表面温度与试验值较为接近。由于非弹性效应橡胶减振器结构动刚度和损耗因子均有损失。初始耗散能随频率增大而明显增大，随温度升高缓慢减小；最终耗散能对频率和温度变化不敏感，趋于稳定。