摘要:随着风力发电机组装机容量的快速发展，累计运行时间的持续增长，风电机组的维护问题日益突出，迫切需要研发有效的风电机组故障诊断与预测系统。从故障诊断和故障预测两个方面，归纳风力发电机组的主要故障特点；针对故障诊断难点问题，分析和总结基于振动、电气信号分析和模式识别算法的故障诊断方法的研究现状，指出各种方法的技术特点、局限性和今后的发展趋势；针对风电机组中机械结构和电子系统性能退化的各自特点，归纳当前的研究进展，提出物理失效模型和数据驱动模型融合的故障预测方法；最后，归纳了利用风力发电机组数据采集与监控系统（SCADA）数据进行故障诊断与预测的最新进展及需要进一步研究的问题。

摘要:针对网络化高精度测量定位中的测量规模大、通信约束复杂以及处理信号协同困难等问题，基于线性CCD的空间定位原理，研究带有交叉相关噪声和传输时滞的不确定网络化系统的信息融合估计问题。提出了一种基于Kalman滤波的分布式感知和集中式融合的估计方法，应用测量转换策略，采用两层加权融合理论，设计了最优加权融合估计方法。减轻了处理传输延迟的通信负担和计算复杂度，提高了抵抗噪声干扰的鲁棒性能，进而减少信息冗余，并保持较高的测量精度。实验部分验证了该方法的有效性。

摘要:球面多探头天线近场测试系统具有测试速度快，可获取待测天线的近场三维数据等优点。然而，多探头形成了多个测试通道，各通道不同的幅度和相位特性将会影响近场测试精度。针对各通道间的不一致性，首先对多探头系统进行机械校准，降低探头角度和位置误差；然后通过测量球面中心到每个探头的辐射信号进行电校准；仿真分析了系统误差和环境因素引起的幅相波动对近场数据外推远场方向图的影响。通过构建半球面多探头天线近场测试系统进行实验验证，结果表明了机械校准和电校准技术的有效性。将校准后的近场数据外推得到远场方向图，通过与远场测量方向图进行对比，验证了幅相误差对外推远场方向图的影响。

摘要:在长基线水声定位系统（LBL）实际应用过程中，由于信标作用距离限制、障碍物遮挡等多种原因，使得水下无人航行器（UUV）可能无法接收到所有信标的应答信号而产生量测更新延迟问题。对UUV在无法接收到所有信标信号时的导航滤波算法进行了研究；结合捷联惯性导航系统（SINS）误差模型和声速误差，建立了SINS/LBL组合导航模型，并将异步量测序贯处理方法引入该模型，实现了SINS/LBL组合导航滤波算法的实时量测更新；通过湖上试验数据分析，对比了SINS/LBL组合导航序贯滤波方法与常规方法的位置误差。结果表明，该方法即使在应答信号有缺失的情况下，仍然能够利用有限的应答信号量测值进行实时量测更新，保障了组合导航的精度。

摘要:回复电压法是一种研究电力变压器绝缘老化状态的无损检测方法。回复电压含有丰富的反映绝缘状态的介电弛豫响应信息，为充分发挥回复电压法诊断油纸绝缘老化的优点,提出了利用驰豫电量评估变压器绝缘老化状态的新方法，并给出了相对驰豫电量与变压器油中糠醛含量的定量关系。首先，对回复电压曲线进行微分解谱求解回复电压的驰豫响应函数；其次，利用驰豫电量与驰豫响应函数的关系，计算出回复电压测量过程中的相对驰豫电量；最后，分析了相对驰豫电量与绝缘老化状态的关系。分析结果表明，驰豫电量对变压器油纸绝缘的老化非常敏感，相对驰豫电量Q1000和Q500与变压器油中糠醛含量存在较好的线性关系，相对驰豫电量可用于变压器油纸绝缘老化的定量评估。

摘要:针对机器人跳跃运动落地时冲击力大的问题，面向竖直跳跃运动，以液压四足机器人单腿为研究对象，建立液压驱动四足机器人单腿运动学模型，并分别对机器人单腿处于起跳相、落地相和腾空相时进行轨迹规划；根据关节参数，通过运动学逆解求得驱动函数，利用仿真软件ADAMS进行竖直跳跃步态仿真；搭建单腿实验平台，进行实验验证，依据得到的动态特性，分析步态规划的准确性及合理性，为后续液压四足机器人动步态的研究提供设计和控制依据。

摘要:针对室内服务机器人在未知动态环境中工作时的功能需求，提出了一种局部环境增量采样的路径规划算法。该方法首先依据当前环境构建基于障碍物碰撞风险的评估概率；然后在搜索树扩展的过程中，设计了结合碰撞风险评估概率和欧氏距离的代价函数，避免了每次扩展时新节点和潜在扩展边的碰撞检测，提高了算法效率；同时，搜索树扩展借鉴了快速随机扩展图算法的扩展方式，实现在当前搜索树结构下的最优扩展；另外，提供了算法的性能分析。最后，仿真及实验结果表明该方法具有良好的规划性能，需要较少的计算时间和平均迭代次数，能够满足室内服务机器人实时路径规划的工作需求。

摘要:对于材料微结构特征的检测，特别是材料早期损伤，非线性超声具有独特的优势。立足于非线性超声的发展历程，阐述了非线性超声的基本理论和数学模型，深入分析了非线性超声参量的影响因素，包括位错单极子模型、位错偶极子模型、析出物和微裂纹；阐述了非线性超声的实验方法，重点介绍了非线性超声纵波和表面波的检测方法；论述了非线性超声在闭合裂纹、疲劳及位错早期损伤、材料热老化、蠕变及材料辐射损伤等领域中的应用；最后总结了非线性超声检测技术在材料早期损伤应用中面临的机遇和挑战。

摘要:远场涡流技术在金属管道的无损检测中应用广泛，但通常需要设备停机以便将探头放入管内。为满足压力管道在役检测的需求，针对其易腐蚀的弯头部位，设计了一种在管外放置的远场涡流探头。首先，应用有限元软件对探头的结构及其激发磁场的效果进行了仿真设计；而后建立了弯头缺陷远场涡流检测仿真模型，分析了内、外壁缺陷深度与检测信号特征量的定量关系；最后搭建试验平台进行了预制缺陷检测试验。结果表明：探头电压信号的相位随缺陷深度的增加而近似线性减小，可用于缺陷深度的定量；内壁缺陷信号的相位减小得更快，利用相位特征量可对仅有外壁或内壁缺陷时的缺陷深度进行定量，而不能对两种缺陷都存在的情况进行定量。

摘要:为了提高非规则结构表面多声源声场的全息精度，提出基于目标深度识别与球面波叠加逼近的非规则表面多声源近场声全息方法。该方法使用声源空间深度识别理论，确定结构体上各声源的空间位置，在各声源处分别使用球面波的叠加描述空间声场分布，然后结合现有单原点球面波叠加近场声全息法重构声场。为了验证方法的可行性，首先使用所述方法和现有单原点球面波叠加声全息法，分别对径向脉动球与横向振动球组成的不同声场进行全息重构。结果表明，当声源集聚分布时，所述方法与现有方法均能有效全息重构声压分布，重构误差在5%以下；当声源离散分布时，现有方法失效，所述方法能够较准确地给出重构面的声压分布，主要频段内的全息重构误差小于20%。进一步的对比实验表明，在全息重构多扬声器非规则空间分布声场时，使用所述全息方法的重构误差平均下降14.08%，显著提升了多声源非规则空间分布声场的全息精度。

摘要:时间域电磁系统被广泛地用于管线探测、考古和未爆物排查等近地表小目标探测领域，但异常目标的特性反演是一个难点，造成探测的虚警率和排查成本大大提升。提出一种三维正交磁偶极子等效模型和一种目标参数综合方法，通过反演等效磁偶极子的时间衰减特性并由此综合出目标的大小、材料和形状等参数。基于所研制出的便携式时间域电磁系统来验证方法的有效性，实验表明，基于磁偶极子时间衰减特性综合出的目标特征均可以有效地对目标进行识别，为近地表小目标特性识别的应用奠定了基础。

摘要:通用硬支承动平衡机测量电路中低通滤波器的带宽小于信号带宽，故要求对频率特性进行补偿。对动不平衡测量电路进行频率特性补偿时，通常以按电路元件标称值求取的频率特性为补偿对象，为保证补偿效果，需要对电路中的电阻电容进行严格筛选和配对，费工费时，而且无法应对因环境温度等因素引起的参数漂移问题。为此，探索了一种原位频率特性补偿方法，基于动不平衡测量系统自身的软硬件资源即可进行参数辨识，使得频率补偿可以方便地按需进行。介绍了原位频率补偿的实现方法，对激励信号频率的合理选择进行了讨论分析，分析了用方波和三角波替代正弦波激励对参数估计误差的影响，进行了全转速范围的频率特性补偿实验。在通用硬支承动平衡机上进行性能指标校验，比较原位频率补偿前后的精度指标，实验结果验证了原位频率补偿方法的有效性。

摘要:从Navier运动方程出发，求解了自由平板和覆水平板中导波的特征方程，并绘制了其频散曲线。自由平板和覆水平板频散特性对比分析后，发现了覆水平板中导波模态较自由平板多了一种QuasiScholte模态导波。通过数值计算、有限元模拟和实验研究，分别对自由平板和覆水平板中导波的传播特性和模态进行验证。在低频区，A0模态导波存在于自由平板中，而QuasiScholte模态导波只存在于覆水平板中。利用QuasiScholte模态和A0模态导波的传播特性设计液位测量实验，采用一激一收压电传感器布置方式，频率130 kHz的2.5周期汉宁窗调制正弦波作为检测信号，结果表明，液位与导波传播时间呈线性关系，能够用于容器内液位测量。

摘要:针对接触测量力对关节臂式坐标测量机(AACMM)测量精度的影响展开研究。对测量力引起的长度测量误差进行理论和实验分析，得到测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形是影响关节臂式坐标测量机测头精度的主要因素。建立了关节臂式坐标测量机测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形的数学模型，并对测量结果进行了测量力误差补偿。实验结果研究表明，测量力引起的误差对接触式关节臂式坐标测量机测量精度影响很大。通过本研究成果，可在很大程度上补偿测量力引起的误差：平均长度测量误差降低82%左右，最大误差降低约47 μm，有效地提高了关节臂式坐标测量机的测量精度。

摘要:将质量单位千克溯源到普朗克常数上是目前计量领域公认的实现质量重新定义的方法。能量天平法则是我国提出的用来测量普朗克常数与复现质量的一种方案。与国外采用的功率天平法相比，能量天平法拥有静态测量的优点。第一代能量天平系统已经完成了整体系统实验，对其不确定度的详细分析，有助于进一步优化设计方案，改进实验过程。最后得到其整体的不确定度为2.5×10-6。针对其中主要的不确定度来源，在第2代能量系统中分别提出了相应的改进办法，为进一步降低实验不确定度提供了保证。

摘要:针对高性能锥齿轮在进行磨削加工后齿面磨削烧伤检测问题，研制了锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测装置，该装置由机械结构、巴克豪森噪声检测模块和检测软件组成。检测装置完全依靠锥齿轮试验机自身的机械系统与电气系统以实现自动检测；其机械结构与被测锥齿轮共用夹具，通过引入柔性轴的设计，可满足多种锥齿轮的检测要求，并可将弧齿锥齿轮的检测过程由六轴联动简化为四轴联动；采用AST公司的RollScan350磁弹仪采集被测锥齿轮的巴克豪森噪声信号，经由上位机检测软件分析处理，对其烧伤情况作出评定。实验结果验证了该检测装置具有较高的重复性，对于齿轮生产中的质量控制有重要意义。

摘要:针对特定转台轴端角位置检测误差不能反映实际产品工作面空间角位置的问题，介绍了一种以圆光栅和水平电容传感器作为测角元件的转台工作面空间角位置定位测量装置。以提高空间测角精度为目的，重点对装置各项误差因素进行归类分析。除光栅和传感器分别存在的分系统测角误差外，测量装置还存在转轴与测量基面不平行、传感器敏感轴与测量基面不平行等误差项。为修正测角系统误差，根据圆光栅旋转面、传感器敏感轴、转轴轴系、测量基面的空间几何关系建立数学模型，分析系统误差影响因素。最后利用分度误差在0.3 ″高精度转台对校准装置进行标定，并利用径向基函数（RBF）神经网络建立误差补偿模型，对系统测角精度进行修正，使系统最大误差值由13.75 ″下降至2.9 ″，满足了3 ″以内的测角精度需求。

摘要:为某在研地基光学望远镜设备设计了300 mm口径的可见光粗跟踪成像镜头的光机结构。采用弯月形结构优化使主镜重量减少了41.2%。针对传统胶粘接固定结构的不足提出了采用弹性压紧方式的主镜支撑结构，采用Patran有限元仿真软件对不同倾角、不同温度状态下，带支撑的主镜面形精度进行了分析；制定了装调方案，室内采用Zygo干涉仪检测带支撑的主镜面形精度检测结果为0.04λ(RMS)，可见光波长λ的设计参考值为0.633 μm，长焦端和短焦端的系统波像差均为0.132λ(RMS)；室内采用平行光管进行星点检验、分辨率检验和外场对北极星成像试验结果显示，系统成像质量满足设备要求；验证了主镜支撑结构和镜头光机结构设计的合理性，为研制同类型镜头的光机结构提供了设计依据和技术途径。

摘要:在超磁致伸缩致动器（GMA）工作原理的基础上，完成了具有分段式偏置磁场和油冷散热系统的GMA机械结构设计；建立了GMA的3D模型，利用有限元分析软件对其磁场和温度场进行了仿真研究，结果表明分段式偏置磁场有较好的偏置效果，油冷散热方式冷却效果明显；搭建了GMA输出力特性测试平台，分别对直流激励下GMA的静态输出力特性和低频交流激励下动态输出力特性进行了研究；实验表明GMA的输出力与激励电流正相关，在直流激励下，输出力具有磁滞非线性，且受温度影响较大，受外部约束力影响较小；在交流激励下，输出力能很好地跟踪交流信号频率，未出现倍频效应，说明分段式偏置效果较好，GMA具有较高的精度和动态响应速度。

摘要:为了实现校准能见度仪用标准散射体的快速高精度定标，依据标准散射体校准前向散射式能见度仪的校准原理，提出了一种新型的校准能见度仪用标准散射体定标系统，重点研究了该系统的装调技术。根据定标系统的组成与工作原理，建立了定标系统装调光学模型，并提出由抛物面反射镜与全景成像能量检测系统相对位置装调以及抛物面反射镜与低反射率球形屏幕系统相对位置装调组成的定标系统装调方案。建立校准能见度仪用标准散射体定标系统极限误差计算模型，在入射光线角度为45°的情况下，计算出装调过程中抛物面反射镜与低反射率球形屏幕系统平移误差与倾斜误差的极限装调误差分别为3.18°和0.847°，抛物面反射镜与全景成像能量检测系统平移误差与倾斜误差的极限装调误差的极限装调误差均为2.14 pixel。实验证明装调后的校准能见度仪用标准散射体定标系统的最大角度检测误差为0.795°，满足定标系统的角分辨率是1°的使用要求。

摘要:针对六维加速度传感器的解耦难度与构型复杂度存在矛盾的现状，给出了12支链预紧式并联六维加速度传感器的设计方案，并在四维位形空间内构建了解耦算法。通过重组输入量并联列求解正向动力学方程和力协调方程，剖析了输出量的构成成份。通过引入前置、后置矩阵以及“辅助角速度”的概念，将动力学方程转换成两组形式简单的一阶线性常微分方程，并运用梯形方法推导出关键特征量的显式递推公式。解耦算法与ADAMS仿真的相对误差为0.62%，且前者的计算效率更高；试验结果显示，实物样机在1 min内的测量误差为8.42%，验证了设计方案的可行性。通过在离散节点处进行Taylor展开，推导出局部截断误差的解析式，为解耦精度的提高提供了依据。进一步地，将解耦算法推广至更一般化的情形，通过引入两个关于向量独立元素的定理，证明出预紧式并联六维加速度传感器的最少支链数为7，对应拓扑构型的最少自由度为6。

摘要:自由空间电光取样技术是太赫兹波(THz)相干探测的典型方法，电光传感器是其中的核心器件。传统的电光传感器多采用无机电光晶体材料，但是这种材料电光系数低并存在声子吸收性，致使太赫兹波的探测带宽受到限制。主客体结构的电光聚合物材料具有较大的电光系数和较低的介电常数，近年来成为各国学者研究的热点。然而这种材料的主客体之间相容性差，极易产生相分离，导致电光性能降低，限制了材料的更广泛应用。采用一种化学与物理手段相结合的方法，将两种电光分子引入聚合物体系，制备了具有双电光分子的聚磷腈材料。这种材料不但具备良好的相稳定性，而且具有良好的电光性能，电光系数可达64.8 pm/V。基于双电光分子聚磷腈材料，设计并制作了具有平面结构的聚合物电光传感器。与传统的三明治结构电光传感器相比，平面结构传感器可以将探测幅度提升55%，光谱灵敏度提升35%，同时还可以避免入射角度对探测灵敏度的影响、降低噪声干扰、简化实验过程，是面向太赫兹应用的更适合器件。

摘要:水声传感网中节点能量有限，大多采用多跳通信。为解决通信过程中的负载均衡问题，提出了一种基于质距优化机制的水声传感器网络多跳通信策略，设计自适应负载均衡算法，加权评估普通传感器的通信质量与距离选择下一跳；在此基础上，提出了基于AUVs节点的数据平衡传输算法，分布式的实现了网络性能的进一步优化，以获得网络生命周期的最大化。最后，通过仿真实验验证了该方法的合理性和有效性。

摘要:介绍了一种具有运动力解耦功能的多维车轮力传感器。基于车轮力传感器的特殊安装与实用环境的测量误差，在常规轮力传感器力力维间解耦与测量的基础上，引入运动测量技术与校正方法，提出了一种联合的解耦方法，能够对运动场下传感器测量的旋转耦合误差和惯性耦合误差进行补偿，同时还兼顾初值误差校准，进一步提高了车轮力的测量精度和稳定性，即实现运动力解耦。

摘要:横向磁通传感器是一种对转子径向位移进行测量的新型传感器。与传统的涡流或电感式传感器相比,其凭借独特的探头设计,具有高性价比、高精度、高灵敏度、结构紧凑等优点。通过理论分析,研究了影响该传感器灵敏度的若干因素。建立有限元模型,通过仿真明确了传感器探头设计的要点,总结了设计规律。设计并优化实验电路,搭建实验平台完成了对传感器的性能测试,结果表明该传感器具有良好的灵敏度、线性度和极低的XY耦合度。将此传感器成功应用于某主动式磁轴承转子的位移检测,实现了稳定悬浮,并且转速达到了 12 000 r/min。

摘要:全极化合成孔径雷达(SAR)可对不同极化通道分别独立进行压缩感知(CS)稀疏重建来增强成像性能，但分别独立处理没有利用极化信息的冗余性与互补性，有可能破坏极化信息的完整性。依据雷达目标在全极化下的散射特性构建联合稀疏度量函数，将全极化SAR高分辨成像转化为多通道联合稀疏约束的最优化重建问题，并用改进的正交匹配追踪算法进行求解。由于有效利用全极化信息，多通道联合CS成像相比于单通道CS成像能够获得更好的成像质量，还能全面准确反映目标全极化散射特性。通过对Backhoe挖掘机电磁仿真数据的处理，验证了算法的有效性，并且在微波暗室搭建了全极化SAR半实物仿真系统，利用其获取的全极化实测数据进一步验证了该方法的工程可行性。

摘要:高速铁路异物侵限检测系统用来检测是否有异物侵入高速铁路安全限界。为增加系统的可靠性，提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的特征快速提取算法。针对特征计算速度缓慢的问题，提出简化的全连接网络结构；针对准确率因简化网络结构而下降的问题，提出将卷积层的卷积核进行预先训练；最后为防止因全连接而导致的对称性特征提取，提出加入稀疏性参数的快速特征提取算法。改进后的卷积神经网络，在保证准确率的基础上加快了计算速度，同时满足了实时性和高准确率的要求。实验表明处理单幅图像的速度为0.15 s，准确率为99.5%。

摘要:先进制造技术中高效切削刀具的几何形状与几何参数是否合理直接影响刀具的使用寿命以及产品的加工质量，针对这个问题，采用面结构光投影法对高效切削刀具的几何参数进行非接触式测量，此方法不仅能够准确重建出用于其几何参数测量的刀具三维模型，还能够直观反映刀具表面有无缺陷。主要对面结构光投影法基本思想、测量系统数学模型和点云旋转拼接进行了研究，并给出了刀具转台坐标系和CCD摄像机成像坐标系之间的变换关系，并对直柄麻花钻进行测量实验，实际结果测量结果的比较表明面结构光投影法可有效对刀具进行测量，且测量精度较高。

摘要:建立了精确的准双曲面齿轮的轮齿面和过渡曲面数学模型；选择用平均接触椭圆长半轴、接触线方向角和传动误差曲线交点来评价齿面接触斑点和传动误差；以一个准双曲面齿轮副为计算实例，建立了适合准静态齿面接触分析的准双曲面齿轮传动系统有限元分析模型；通过准静态加载齿面接触特性分析，得到齿根弯曲应力、接触应力和传动误差的变化规律，分析载荷的影响情况，并比较了有限元结果与经验公式计算结果。开发了准双曲面齿轮试验台，进行齿面接触斑点和齿根弯曲应力检测，试验结果与仿真结果的一致性较好。

摘要:针对并网逆变器在瞬态能量回馈中快速性和抗干扰性的要求，提出了一种新型的复合控制方法。该方法融合了重复控制和滑模变结构控制的优点，利用重复控制优化了等效控制的跟踪特性，有效抑制了并网电流谐波，加快了系统动态响应速度，提高了系统抗干扰性能。仿真和实验结果表明，系统稳态并网电流5次谐波畸变率可控制在1.5%，网侧功率因数接近于1，动态电流响应速度快，有效抑制了能量变化对直流母线电压的影响，从而证明了所提出复合控制方法的有效性。