摘要:“十三五”国家战略性新兴产业发展规划指出：推动基础理论研究和核心技术开发，实现类人神经计算芯片、智能机器人和智能应用系统的产业化，将人工智能新技术嵌入各领域。我国制造业正处于从数字制造向智能制造发展的阶段，工业机器人智能化应用是制造业转型升级的核心技术。首先，通过分析工业机器人在不同行业的应用情况，确定智能化升级的典型技术路线；其次，对涉及的智能感知、位姿估计、柔顺控制及运动规划等技术进行综述分析；最后，以本团队在喷涂、打磨、装配等领域取得的工业机器人智能化应用为案例，分析在人工智能技术与工业机器人应用融合过程中所取得的创新性技术成果，为我国不同行业的智能制造升级提供案例参考和技术指引。

摘要:采煤机是综采工作面的关键设备之一，其准确定位是实现工作面智能化开采的前提。首先，分析了采煤机惯性导航定位产生的确定性漂移和非确定性漂移误差，建立了差分式惯性传感组件数据融合模型；其次，研究了基于差分式惯性传感组件的采煤机位姿差分解算方法，模拟了采煤机作起伏运动的运行曲线；最后，对位姿差分解算算法进行了仿真分析，仿真结果表明采煤机在作起伏运动时，提出的差分位姿解算算法在累积误差和最大误差方面均小于原始位姿解算算法。笔者设计并搭建了采煤机惯性导航定位实验平台和运动工况模拟实验台，进行了相应的实验分析，实验结果验证了所提姿态解算方法的可行性和有效性。

摘要:基于Lamb波信号延时累加的结构损伤成像方法具有结果准确、计算量小等优点，然而在复杂的航空结构中，Lamb波非常容易产生反射，由于Lamb波频散效应，导致多个波包混叠，从而影响定位的准确性。针对这些问题，提出了一种频散波包的分离补偿方法。首先，理论分析并得到了带有频散效应的波包混叠和函数模型，提出了和函数的隐变量参数求解方法；其次，采用数值仿真验证了算法对于波包分离和重构的有效性；最后，通过飞机复合材料加筋壁板的损伤定位实验验证了波包分离法在复杂边界条件下去除反射波伪损伤投影和频散补偿的能力，提升了损伤定位的准确度和成像的分辨率。

摘要:针对孔探仪探头自动弯曲避障的工作需求，设计并实现了一种由双程形状记忆合金（shape memory alloy，简称SMA）丝驱动的自主弯曲机构。搭建了SMA丝作动特性测试平台，对SMA丝的驱动行为特性进行系统的分析，发现直径为0.5 mm的SMA丝收缩率达到4%，可带载83.23 N，满足孔探仪弯曲的驱动要求。此外，建立了可弯曲孔探仪机构的运动学模型，得到了末端搭载光学镜头的可达空间。同时对机构进行了控制试验，结果表明，机构的最大弯曲角度为22.3°，所设计的孔探仪可弯曲机构具有实用性。

摘要:高速履带车辆行星变速机构采用多排行星齿轮组合以实现变速功能，不同行星排之间存在相互的耦合作用，导致内部激励与其振动特征的映射关系仍不清楚。依据行星变速机构的设计方案及换挡逻辑，基于第2类拉格朗日方程，推导了行星变速机构“平动?转动”集中质量耦合振动微分方程，建立了通用的多排耦合行星轮系动力学模型，研究了典型工况下行星变速机构的时域和频域振动特征，并将仿真结果与试验测得的振动特性进行了对比分析，验证了该模型和计算结果的准确性。结果表明，输入构件加速度的时域仿真值与试验测试值基本吻合，行星变速机构加速度的频域特征与试验测试结果也基本一致，该结果可为行星变速机构的动力学优化设计提供理论参考。

摘要:针对滚动轴承运行过程中的早期故障检测与诊断，提出了一种基于图建模特征提取的滚动轴承故障诊断方法。首先，结合短时傅里叶变换与图谱理论对信号进行图建模；其次，通过随机幂鞅对故障进行检测，计算邻接矩阵熵值并将其作为特征向量训练支持向量机；最后，结合支持向量机对故障进行诊断。分别采用2个数据库对本方法进行故障检测与诊断验证，实验结果表明，该方法能够有效检测和诊断轴承故障，并通过与常用方法进行对比，表明了该方法的优越性。

摘要:工业管架风荷载的遮挡效应显著，现行规范风荷载取值安全性、合理性急需进行评估。以石油化工厂区常见的管架、裂解炉为对象，采用测力（high frequency force balance，简称HFFB）风洞试验和测压（high frequency pressure integration，简称HFPI）风洞试验，研究了工业管架风荷载的遮挡效应，并通过与现行规范对比，给出了规范的适用范围。通过测压风洞试验，给出了外围管架遮挡下内部封闭设备的遮挡系数，利用该系数能够扩大现行规范中整体方法的适用范围。分析结果表明：现行规范提供的工业管架风荷载确定方法是偏于安全的，对于管架及支撑管道的管架，整体方法得到的风荷载与测力风洞试验吻合较好；由于未考虑管架对内部封闭设备的遮挡效应，按现行规范得到的裂解炉风荷载明显偏大。

摘要:钢?混组合连续梁桥面铺装层受力十分复杂，桥面铺装层早期破坏与其车辆荷载的动态响应密切相关。建立了实体橡胶轮胎和三跨钢?混组合连续梁模型，轮胎采用Yeoh模型，桥面铺装材料（沥青混合料）采用广义Maxwell模型，将整车后轴悬架动态力施加于橡胶轮胎，求解桥面各铺装层垂向挠度、垂向应力、纵向应力、横向应力及位移谱，并且与移动荷载进行比较。结果表明：三跨钢?混组合梁的每跨垂向挠度比移动荷载大21.3%，4.7%，8%，纵梁垂向挠度比桥面铺装层小8.9%；上面层与水泥混凝土层应力变化趋势相似，下面层应力比较复杂；上面层位移响应频率集中于0~6 Hz范围。文中数据对桥面铺装层结构优化具有较大指导意义。

摘要:针对埋地管道不同程度堵塞检测困难，且堵塞特征难以有效提取的问题，提出离散小波变换、信息增益、声压级变换、梅尔频率倒谱系数、极限学习机相结合的堵塞检测方法。首先，采用低频声学信号作为激励信号，采集待检测管道接收端的声压信息，获取相应的响应信号，对响应信号进行6层离散小波变换，得到8个不同频率范围的分解分量；其次，引入信息增益定量表征8个分量，筛选出包含管道运行状态信息最多的分量，最大限度的保留有效特征信息，对筛选后的分量信号进行声压级变换，提取梅尔频率倒谱系数构成特征向量；最后，利用极限学习机结构简单、学习速度快的特点，对管道运行状态进行有效识别，通过以上方式达到识别管道不同程度堵塞的目的。实验结果表明，该方法不仅能有效识别运行状态下管道的堵塞程度，而且能够排除三通件等常规部件对堵塞识别的影响，提高识别精度，对管道的正常运行和堵塞识别具有理论指导意义和应用价值。

摘要:针对裂纹对啮合刚度的影响，首先，利用裂纹尖端到单齿中线的距离（hc1，hc2）与1/2齿顶圆齿厚（hr）的关系把齿根裂纹模型分为3种情况，利用能量法原理分析啮合刚度随着裂纹深度增大的变化趋势；其次，通过有限元法分析不同深度的齿根裂纹齿轮啮合刚度，进而验证了模型的有效性；最后在啮合刚度的基础上，建立齿轮系统动力学模型，分析含不同齿根裂纹深度的齿轮系统振动响应。研究表明，啮合刚度随着裂纹深度的增大而减小，且减小幅度逐步增大，当裂纹深度大于50%时减小幅度加剧；振动响应随裂纹深度的增大而加剧且出现周期性冲击，啮合频率附近产生微小杂频，相位图和庞加莱图中轨迹和离散点聚集区逐步增大。

摘要:针对多通道自适应陷波车内噪声主动控制系统存在的次级通路鲁棒性问题，首先，建立了系统的数学模型，定义评价系统降噪性能的收敛率和稳态误差增益；其次，结合理论推导、数值仿真和试验验证方法对系统次级通路鲁棒性问题进行深入分析，并推导了系统次级通路完全失配的边界条件，发现次级通路改变对系统稳态误差无影响，对系统收敛性的影响有正效应也有负效应；最后，对系统次级通路鲁棒性进行优化，通过次级通路优化大幅提升系统收敛速度，提出并分析了次级通路反馈和泄露算法对多通道自适应陷波车内噪声主动控制系统次级通路鲁棒性的抑制效果。该文研究在实际应用中具有较好的指导意义。

摘要:针对目前天文望远镜驱动系统新异类故障检测遇到的先验信息不足、特征描述困难等现状，提出一种基于支持向量机状态观测器的新异类故障检测方法。首先，以望远镜驱动系统为对象，介绍该方法的基本原理，并建立通用状态观测器诊断模型；其次，以望远镜运行数据为样本对该方法进行验证。该方法新异类故障检测准确率为94%，耗时为0.047 s；同类反向传播（back propagation，简称BP）、径向基函数（radial basis function，简称RBF）观测器检测准确率为85.5%和58%，耗时为7.628和1.985 s。结果表明：基于支持向量机（support vector machine，简称SVM）状态观测器对望远镜驱动系统新异类故障检测性能明显优于误差反向传播和径向基函数观测器。将该方法实现于故障诊断及自愈半物理仿真平台，证明其工程应用的可行性。

摘要:由于变桨轴承不完全转动的工作特殊性，基于振动或应变等常规监测手段难以奏效，为此提出一种基于声发射（acoustic emission，简称AE）技术监测方法获取信号，并采用短时傅里叶方法（short time Fourier transform，简称STFT）进行分析诊断的方法。首先，研究了AE技术的信号采集方法，推导了STFT的原理及过程，并在某风电机组变桨轴承上进行实验验证；其次，先后在时域、频域及时频域对有裂纹数据和无裂纹数据进行对比，发现时频域基于STFT分析方法可以有效发现裂纹；最后，通过新的裂纹数据进行验证，可以确认裂纹特征。结果表明：AE信号能较好地获取变桨轴承的状态信息，STFT分析方法可以较好地识别裂纹故障，较少受工况或其他因素的影响，有较高的实用价值。

摘要:为了研究装载机工作装置载荷数据模型和载荷谱特性，以动臂板上截面弯矩为中间变量，确定工作装置当量外载荷。以LW900K装载机实测铰点载荷为依据，建立了核密度估计和参数分布估计两种当量外载荷数据模型，编制了疲劳试验载荷谱并进行了损伤验证。核密度估计模型和参数分布模型都能够获取工作装置载荷谱，参数分布模型载荷谱损伤结果明显偏小，核密度估计模型载荷谱损伤结果计算得到的焊接位置处疲劳寿命更接近疲劳设计寿命3×104 h。结果表明：核密度估计模型获得的载荷谱损伤结果更接近实际，其以雨流矩阵为基础，能够弥补参数分布模型中分布拟合对低频数大载荷影响弱化的不足，更能反映被估计总体数据的真实特征。建立的载荷数据模型和编制的载荷谱结果为装载机工作装置疲劳寿命预测提供依据。

摘要:提出了用于压电宏纤维（macro fiber composites，简称MFC）驱动的柔性仿锦鲤尾鳍推进力动态精密测量的悬臂式微推进力测量系统。基于矩形截面悬臂梁的纯弯曲和扭转变形理论，首先，提出微推进力测量构件的设计指标，其弯曲刚度实验标定结果与设计指标基本吻合，水下稳定摆动测试结果表明，MFC驱动的柔性仿生尾鳍在激励频率7，8 Hz时分别取得最大摆幅峰峰值5.08 mm和最大摆速104.3 mm/s；然后，开展了柔性尾鳍在最大摆幅及最大摆速状态下产生的微推进力动态测量实验，结果显示柔性尾鳍产生的推进力在一个稳定摆动周期内出现两次波峰起伏，且存在着时间占比不同的推进和拖拽两种状态。结果表明，最大摆速状态下，柔性尾鳍稳定摆动过程在65.6%的周期内为推进状态，产生的瞬时最大推进力和拖拽力分别为6.26和-2.50 mN，数值积分得到的周期平均推进力为1.90 mN，而柔性尾鳍最大摆幅状态下产生的平均推进力为0.26 mN。所提出的柔性仿生尾鳍及微推进力精密测量系统的具有较好的参考作用。

摘要:基于到达时差（time difference of arrival，简称TDOA）的多声源定位方法难以将麦克风获得的TDOA值与真实声源进行有效的关联。针对此问题，提出了一种基于TDOA的多声源空间定位方法。利用互相关算法估计声源的TDOA值，并基于Chan算法求解多目标声源的空间位置。为消除虚假声源，将阵列麦克风分为定位和校验两组子阵列，并构建阵列分组定位校验模型。定位麦克风用于所有可能声源的定位。校验麦克风用于虚假声源的消除，并获得多声源的初始位置。根据初始真实声源位置，构建全阵列TDOA序列校验模型，并获得最终真实声源位置。搭建了仿真及实验平台，对提出的方法进行验证。仿真及实验结果表明，提出的方法有效地消除了基于TDOA多声源定位的虚假声源，并能充分利用阵列麦克风数量来提升多声源定位精度。

摘要:为了测量增材制造（additive manufacturing，简称AM）过程中层叠结构打印模型内部核心的温度变化特征，通过将光纤光栅（fiber bragg grating，简称FBG）传感器植入两种耗材（包括碳纤维与聚乳酸脂）的模型内部，研究在增材制造过程中两种打印耗材的材料特性，实现两种材料模型在增材制造打印制作过程中任一时刻模型内部核心温度变化的对比，同时考虑打印工艺参数分别对两种材料模型的温度变化影响，采用材料的填充密度值分别为20%，40%，60%，80%，100%，两种材料5种填充密度，共制备了10种不同的试样做对比研究。试验结果表明，利用FBG传感器的高灵敏测量特性，发现在增材制造打印的过程中，材料的打印过程可以根据典型的温度变化有效地划分为5个不同的典型阶段。填充密度越大的模型，核心温度会更高，100%填充密度下AM过程中模型核心最大温度较20%填充密度下高10 ℃。60%填充密度AM过程中碳纤维模型核心最大温度较聚乳酸脂模型有最大差值，此时碳纤维模型核心温度较聚乳酸脂模型高5 ℃。

摘要:由于薄膜结构为轻质柔性结构，空气对其模态分析结果具有不可忽略的影响，因此在真空环境中开展模态试验是十分必要的。以平面薄膜天线结构为研究对象，设计并搭建了一套适用于真空环境下的模态测试系统，完成了多种工况下的模态测试，并获得了有效测试数据。通过对数据进行处理和对比分析，不仅验证了该测试系统的有效性和可行性，而且还获得了空气对模态测试结果产生的具体影响，得到了有用结论。该试验研究内容为薄膜天线的模态特性研究和设计改进奠定了坚实的技术基础，具有十分重要的工程意义。

摘要:根据风力机主轴承发生故障时引起其温度异常波动的特点，提出一种基于温度模型的故障监测方法。首先，分别建立正常运行状态下主轴承温度的多元线性回归预测模型、灰色预测模型、支持向量机回归预测模型及其组合预测模型；其次，在最佳预测模型基础上引入滑动窗口方法，研究主轴承温度预测残差统计特性；最后，通过对比温度残差均值或标准差的置信区间与设定临界值判断主轴承是否发生故障。研究结果表明，主轴承温度组合预测模型预测效果最佳，其判定系数分别较多元线性回归模型、灰色预测模型及支持向量机回归模型提高0.049 3，0.002 7和0.000 2，通过滑动窗口方法所求解的温度预测残差统计特性可及时反映出主轴承运行状态，这对风力机主轴承故障状态的高效监测及制定科学健康的维护策略提供依据。

摘要:针对当前转子轴向位移径向测量方法中存在改变轴系结构、传感器安装调试复杂等问题，提出了一种基于单点脉冲宽度变化的转子轴向位移径向测量方法。该方法利用光学色标传感器实时监测粘贴在轴系表面的三角形条码得到轴向位移前后脉冲宽度变化，并结合条码几何尺寸及转子运行参数计算获得转子轴向位移。首先，推导了脉冲宽度法轴向位移测试的基本原理，通过建立考虑轮廓误差的三角形条码轴向位移与脉冲宽度计算模型；其次，分析了条码结构参数及转子工况条件对测试结果的影响规律；最后，通过搭建气浮支撑的精密转子轴承系统测试平台，实验验证该方法的有效性。结果表明：测量误差受条码倾斜角度影响较大，转子直径较大时可以通过增加条码宽度减少条码数量的方法保证测量精度。本方法在不改变轴系结构的条件下，为转子轴向位移的径向监测提供了一种简单易行的新思路。

摘要:同步压缩变换是一种具有重构特性的时频分析方法，常用作短时傅里叶变换（short?time Fourier transform，简称STFT）的后处理步骤。介绍了两种不同的同步压缩方法：频率同步压缩（frequency?reassigned synchrosqueezing transform，简称SST）和时间同步压缩（time?reassigned synchrosqueezing transform，简称TSST），并通过对比两者所使用的短时傅里叶变换，来说明两种同步压缩方法的区别以及各自的应用场合。为了利用计算机进行快速计算，按照两种同步压缩的计算流程分别给出它们的离散化实现算法。此外，使用了旋转机械的碰摩故障和轴承外圈的冲击故障来验证两种算法的有效性，并指出SST方法因其在频率轴方向上压缩STFT系数的特点能够较好地识别旋转机械中的碰摩故障，而TSST方法因其在时间轴方向上压缩STFT系数的特点能够实现对轴承外圈冲击故障频率的检测。

摘要:缘于多传感器信号的融合能够更加准确地诊断机械故障，针对传统浅层融合模型对复杂数据非线性映射与特征表示能力较弱的问题，提出一种利用深度卷积神经网络（deep convolutional neural network， 简称DCNN） 融合多传感器信号特征的机械故障诊断方法。首先，对多传感器振动信号分别进行特征提取，将获得特征向量作为一维特征面构造多传感器特征面集合，将该集合作为深度卷积神经网络的输入；其次，利用深度网络结构实现对多通道特征面的自适应层级化融合与提取；最后，由softmax回归分类器输出诊断结果。实验结果表明，该方法具有更高的故障分类与辨识能力，良好的鲁棒性和自适应性。本方法可为解决复杂机械系统故障诊断的多传感器信息融合问题，提供理论参考依据。

摘要:钛合金具有比强度高、比刚度高且塑性强等优异特性，这些特点为高精度的制孔作业带来了很大挑战。针对此问题，搭建了振动钻孔试验台，通过对钛合金的振动钻孔动力学试验发现该系统具有明显的硬弹簧特性的非线性振动特征；通过动力学建模与实验参数估计获得了该系统的关键动力学参数和动力学模型；对该动力学模型进行了近共振情况下的非线性平均分析，求得平均方程并得到幅频特性与实测结果定性一致，证明了所建动力学模型的正确性；利用该系统的非线性特性，近共振运行，在较低激励下获得了较大幅度的稳态振动，实现了稳定高效的振动断屑和钻孔作业。结果表明，通过恰当的动力学设计，巧妙利用切削过程的非线性可以使振动钻孔过程更平稳、功耗更低而且孔质量更好。

摘要:为探明交通荷载作用下预制综合管廊受力特性，考虑管廊承插式接口、预应力筋张拉影响，基于管?土非线性相互作用，建立管廊结构三维数值模型。通过现场原型车辆荷载试验对比分析，验证了数值模型有效性。在此基础上，研究了不同车载状态下综合管廊纵向和接口段的力学特性及其变化规律：管廊纵向Mise应力分布在各个承插接口处均不连续，峰值出现在中间承插接口处，并逐渐向两端衰减，纵向影响范围大致在加载位置的相邻两节管廊；管廊接口处顶板内侧、左右侧墙外侧以及底板内侧受拉，顶板外侧、左右侧墙内侧、底板外侧受压；承口端的侧墙底部、顶板下侧跨中和插口端的顶板下侧跨中处混凝土为最大拉应力部位。结果表明：管廊结构应力与荷载幅值正相关；加载位置改变对管廊接口处承口端受力影响较明显。

摘要:通过分析滚动轴承全寿命数据均方根（root mean square，简称RMS）和样本熵的演化规律，发现两特征间存在一定的协整关系，提出了一种基于协整理论的滚动轴承退化特征提取方法。将不同的滚动轴承全寿命数据统一起来，得到具有一致性的演变过程。采用多组滚动轴承全寿命数据进行实例分析，验证了该方法所提特征的优势，深入研究了所提特征具有两段性和一致性的原因。通过分析看出，相对于RMS和样本熵，所提出特征在非平稳阶段的单调性更好。对比了协整融合和常用融合算法的不同，分析结果表明，所提特征具有良好的两段性与一致性，具有更好的故障预测能力。

摘要:针对传统制冷设备监控系统对单一故障检测较为准确但难以对并发故障做出判断的局限性，提出一种基于指定元分析和支持向量机两种数据挖掘方式的信息融合方法对制冷设备并发故障进行诊断。首先，基于传统指定元分析不适用于非完全正交模式，对指定元分析算法进行改良，提出了一种非完全正交指定元分析方法；其次，通过实验证明非完全正交指定元分析与支持向量机模型均具有识别并发故障的能力，且各自在不同并发故障识别有一定优势；最后，采用加权证据理论对两种模型的诊断结果进行信息融合，融合后诊断效果得到进一步提升。结果表明：命中率提升至99.10%，虚警率降低至0.21%。

摘要:为识别一类纵振复合振动模式超声电机定子的工作模态，为优化定子动力学设计提供依据，提出通过局部振型相关分析识别电机定子的模态识别方法。首先，分析了纵振复合模态超声电机定子的工作模态，结合激光多普勒测振系统原理分析了面内振动模态识别的难点；其次，在电机定子动力学分析的基础上，提出了通过振子底端局部振型识别工作模态的方法；最后，通过定子样机的激光多普勒测振仪扫频测试，验证了通过定子底部端面局部振型来识别工作模态这一方法的可行性。结果表明：该方法可推广应用于由一对纵振模态复合的超声振子的工作模态识别，还可更高效地从有限元分析得到多个模态分析结果中识别工作模态，为结构的动力学优化奠定基础。