作用于工程结构上的动载荷由于环境等限制难以通过直接测量的方式获取，基于动响应信息间接识别或重构动载荷已成为一种十分有效的途径。动载荷识别经过数十年的发展，已经形成了一系列行之有效的方法。本文总结了动载荷识别方法的研究历程及主要成果，系统性阐述了典型时、频域方法以及基于函数拟合思想、正则化策略、贝叶斯框架、数据驱动等动载荷识别方法，并讨论了各方法的优缺点以及适用范围。此外，还针对载荷识别过程中普遍存在的结构参数不确定问题以及输入条件不确定问题进行了总结。动载荷位置识别也是动载荷识别问题的重要组成部分，本文对现有位置识别方法进行了归纳分析。探讨了动载荷识别方法的工程应用，并分析了现有方法的局限性。结合当前实际工程应用中日益迫切的需求及动载荷识别领域面临的问题，展望了未来动载荷识别亟需攻克的技术难题以及可能的发展方向和重点领域。

飞机在服役中往往处于复杂多变的动载荷环境，动载荷定位是需首要解决的问题。本文针对飞机结构多种常见且易引起异常振动的动载荷定位需求，结合深度神经网络，建立了一种面向飞机结构的异常动载荷快速定位方法。采用长短期记忆（Long Short-Term Memory，LSTM）神经网络构建可以精确描述结构所受动载荷的作用位置与振动响应间对应关系的逆向隐式函数模型，提出了基于LSTM神经网络分类模型的动载荷定位技术。建立了简化的全机结构有限元模型，对飞机在实际飞行中可能遇到的几个典型动载荷工况进行了模拟，准确完成了对动载荷的定位，并对所建立深度神经网络的抗噪性、鲁棒性进行了研究。仿真结果表明，所提方法对多种载荷工况下的动载荷位置可以进行准确识别，且在10 dB的测量噪声水平和2.8%的参数摄动下仍能保持较高的定位准确率。

稀疏正则化方法已被证明能够有效解决移动荷载识别（MFI）中的不适定性问题。然而，现有研究往往忽略了移动荷载中静态与动态分量之间的差异，导致识别精度受限。为此，提出了一种融合响应先验信息和加权字典的移动荷载识别方法。建立了车桥系统中车致桥梁响应与移动车载之间的线性关系。分别对弯矩和加速度响应开展频域分析，将获得的频率先验信息分别用于构建与静态和动态荷载分量相匹配的加权字典。利用该加权字典，采用ADMM （Alternating Direction Method of Multipliers）分别求解移动荷载中的静态和动态分量。通过实桥数值案例证明了所提方法的有效性，并在实验室开展了一系列MFI实验验证。结果表明，融合响应先验信息和加权字典能够有效提升荷载识别精度，并增强其对噪声的鲁棒性。

结构在振动条件下的疲劳破坏对其自身的使用寿命以及使用者的人身安全均带来了隐患，目前对于解决结构振动疲劳有添加加强筋、敷设大量阻尼材料等方法，但往往效率较低，附加质量过大。为解决上述问题，提出将附加式声学黑洞（ABH）安装在结构上，通过降低结构响应达到降低应力幅值，延长使用寿命的目的。以悬臂板为基准结构，利用有限元方法进行了稳态动力学分析。结果表明，在附加矩形声学黑洞（RABH）后，悬臂板缺口处的应力响应明显降低。通过应力实验以及疲劳实验，验证了附加RABH可以降低结构危险点处应力响应，并延长悬臂板结构的振动疲劳寿命。

提出一种主从分布式振动试验方法，建立了连续振动载荷在线复现控制技术，研制了系统样机。其中，提出一种信号分帧处理与重构技术，解决了长时连续振动载荷的在线波形复现难题；提出一种基于多量级样本库构建与加权平均的传递函数动态估计方法，抑制了系统非线性对控制精度的影响；采用谱误差反馈修正方法，改善了系统的频域控制精度。开展了“1主2从”联台试验，结果表明：时域和频域控制精度良好，整体延迟时间在亚秒量级，全程总均方根值误差在1%以内，为主从分布式振动试验提供了关键技术支撑。

载荷识别是指根据测量的结构响应重构结构载荷的问题，属于力学中的反问题。本文提出了一种基于时延神经网络的载荷识别方法，通过实验和仿真相结合的数值算例验证表明，这一方法相比于一般的反向传播神经网络具有更高的识别精度；在时延神经网络的基础上，引入了统计池化的思想，并与普通的神经网络载荷识别方法相比较，证明了该方法在不同强度的噪声环境下均具有良好的识别效果；基于上述载荷识别方法，提出了一种基于粒子群优化算法的传感器布局优化策略，相比于随机的传感器布局，优化后的传感器布局可以在考虑传感器安装间距的同时，将载荷识别误差降低90%以上，有效提高了载荷识别精度。

连接结构在工程应用领域广泛存在，连接位置处的局部非线性特征对结构系统的动力学建模与特性预示具有重要影响。针对非线性结构系统局部连接参数未知或难以测量的问题，本文从结构动力学反问题的角度出发，提出一种基于频响函数变换的局部线性连接刚度辨识方法，通过与时域非线性子空间辨识方法相结合，可进一步获取非线性结构系统的局部线性和非线性连接刚度。设计并搭建三自由度结构系统的数值算例和实验系统，开展辨识方法的数值和实验验证，结果表明，所提方法能够分离并辨识得到非线性结构系统的标称线性系统频响函数和非线性参数，进而实现局部线性和非线性连接刚度的联合辨识。

齿轮副啮合刚度是齿轮传动动力学模型中的重要参数，啮合刚度识别对于齿轮传动系统振动与噪声的分析以及状态监测具有重要意义。由于齿轮传动系统的时变啮合刚度很难用直接测量的方法得到，因此有必要发展基于数据驱动的齿轮时变啮合刚度辨识方法。为了解决该难题，本文提出了一种系统状态和模型参数交替优化方法以辨识齿轮传动系统时变啮合刚度。该方法以齿轮啮合频率为基频构造傅里叶基函数库表征齿轮时变啮合刚度，并进一步提出了一种基于再生核希尔伯特空间的降噪方法来估计系统状态和模型参数。系统状态变量与时变啮合刚度在动力学模型与数据双重约束下进行交替迭代优化，实现对齿轮传动系统时变啮合刚度的辨识。齿轮传动动力学仿真和齿轮传动系统实验结果验证了所提齿轮时变啮合刚度辨识方法的有效性。

研究势阱参数对非线性俘能系统输出特性的影响有利于设计高性能的俘能系统；同时，俘能系统对应的机电耦合动力学模型中的随机共振现象可用于增强微弱故障特征，进而有效识别微弱故障。本文提出一种解耦的鞍点退化双稳态势能函数，并基于此势能函数介绍了机电耦合动力学模型。研究了在不同激励幅值下位移响应的分岔图，分析了势阱宽度与势阱高度对系统响应（包括周期响应与混沌响应）的影响。选取固定的激励幅值，利用庞加莱映射（Poincaré Map）、频谱分析（Frequency Spectrum Analysis）以及李雅普诺夫指数（Lyapunov Exponent）等方法分别验证系统发生了周期响应与混沌响应，验证结果与分岔图相吻合。基于受随机噪声扰动的非线性俘能系统机电耦合动力学模型，提出了基于此模型随机共振的故障诊断方法，实现了对轴承故障特征增强的目的。

在轴力识别中，动力测试法建立在杆件振动理论的基础上，因此杆件的振动方程决定了轴力识别的结果。为提高杆件轴力识别的精度，从能量角度出发，推导出轴力作用下Timoshenko梁的自由振动方程。引入缩聚假设，建立了Timoshenko梁关于位移、应力和轴力的Ressiner能量方程；使用极值定理，求得平面梁的运动和应力的平衡方程，化简上述平衡方程得到轴力作用下Timoshenko梁自由振动的方程，发现与经典结构动力学方程相比，所提出的方程多出与轴力和剪切效应有关的两项。使用本文推导的方程分别从数值模拟和试验研究两个方面对杆件进行轴力识别，发现与传统的识别方法相比精度有较大的提高，验证了其正确性和适用性。

自旋圆柱壳作为实际工程结构中的重要部件，其壳体端部边界条件复杂多样，对部件的振动特性有着重要影响。为研究多种边界条件下自旋圆柱壳的振动特性，基于Lagrange方程和Novozhilov壳体理论建立自旋圆柱壳的结构动力学模型；根据圆柱壳边界条件的数学描述，采用Chebyshev多项式构建满足边界条件且与壳体结构参数无关的位移场离散函数；通过求解与振动特性相关的特征方程得到静止圆柱壳的固有频率和模态，分析壳体转动惯性对固有频率的影响，讨论壳体理论在不同壳体几何尺寸下的适用性；此外，发现了环向波数相关的模态函数，并将其用于圆柱壳零阶环向模态固有频率的求解及多种边界条件下自旋圆柱壳行波固有频率的求解，讨论了自旋圆柱壳行波固有频率随结构参数变化的情况。

针对舰艇浮筏隔振系统设计技术瓶颈，特别是严格的重量和空间尺寸限制难题，基于非线性能量汇（Nonlinear Energy Sink，NES）的宽频自适应性能，本文提出应用NES胞元（NES cell）的浮筏隔振结构设计减重方法。NES胞元分别并联于浮筏隔振系统的所有子结构。建立4自由度的浮筏隔振系统和耦合NES胞元的减振系统的动力学模型，应用谐波平衡法（Harmonic Balance Method，HBM）推导出非线性系统的稳态响应满足的近似解析表达式，并利用龙格-库塔法（Runge-Kutta，RK）进行了数值验证。通过力传递率响应对比了不同的系统总重量与胞元数目下的振动抑制效果，并分析了胞元数目和系统总重量对系统振动的影响。结果表明，NES胞元能够在系统总重量降低的同时有效降低浮筏隔振系统全部模态的振动传递率。

针对四旋翼吊挂运输系统，本文引入了四绳吊挂运输方式，开展了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学建模、轨迹规划与控制研究。根据四旋翼和负载的相对位姿推导了绳索张力，建立了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学模型。为平衡运输时间与负载摆动抑制，引入时间和负载摆幅作为复合性能指标，利用伪谱法将原本的最优控制问题转换为非线性规划问题，求解了四旋翼四绳吊挂运输系统的最优位置轨迹，设计了轨迹跟踪算法，并通过数值仿真和实验验证了这一轨迹的合理性。

针对运载火箭反馈控制回路中弹性振动信号与刚体信号存在耦合，会明显降低姿控系统稳定性的问题，提出了一种速率陀螺自适应加权方法，该方法适用于弹性振动的模态振型斜率和频率存在偏差的情况。将速率陀螺观测信号转换为频域表达，采用插值离散傅里叶变换方法辨识弹性频率；基于频域信号提出了速率陀螺加权系数矩阵自适应更新算法，分步抑制了各阶弹性振动信号；开展了不同偏差情况下的仿真校验工作。仿真结果表明，速率陀螺自适应加权方法可实现对速率陀螺测量信号中弹性振动信号的显著抑制，从源头上减小弹性振动信号对姿控系统稳定性的不利影响，从而提高运载火箭姿态控制器的性能，降低控制器的设计难度。

针对机电伺服系统PID参数设计难以充分考虑动态特性（幅-相频特性）指标的问题，提出了面向动态特性指标的PID设计方法。基于动力学方程建立了机电伺服系统的9阶传递函数（Transfer Function，TF）模型。运用劳斯判据和TF系数之间的关系补充了系统的稳定性约束和TF系数的相容性约束，以保证PID设计过程中系统的稳定性和TF系数的相容性。在此基础上，基于参数辨识的思想，利用改进的有理分式多项式法辨识TF模型中各个参数，从而快速确定了满足动态特性指标的PID参数，提高了设计效率，并且通过调整指标数据辨识得到多组满足原指标的控制器参数。仿真结果表明：设计得到的PID参数不仅满足动态特性指标要求，而且兼顾了系统稳定性和TF系数的相容性，设计结果与仿真吻合良好。

目前，欧美等世界主要航空大国已经具备较为成熟的突风风洞试验技术，但中国突风风洞试验技术相对落后，特别是缺少大型风洞全机级突风试验装置和相关技术。本文研制了突风发生器、五自由度支撑系统和全机弹性模型，并进行了全机模型突风动载荷风洞试验验证。试验结果表明：突风流场稳定，叶片两端与风洞中心位置突风速度偏差小于25%；全机支撑系统支持刚度小而稳定性好，能够满足突风动载荷试验模型悬挂要求；采用非均匀突风场仿真计算结果与风洞试验实测结果接近，翼根弯矩误差小于15%，翼尖过载绝对值误差小于0.2g。

为了抑制柔性机械臂运动过程中的非线性振动，提出一种基于干扰力在线观测的无模型轨迹跟踪和振动抑制混合控制策略。采用拉格朗日方程和奇异摄动法对存在未知干扰的柔性机械臂进行动力学建模和解耦，将其分解为表征刚性运动的慢变子系统和表征柔性振动的快变子系统；考虑到建模的复杂性和模型参数的不确定性，采用PD控制方法实现轨迹跟踪，并提出无模型自适应控制算法以实现柔性臂杆的非线性振动控制。针对未知外界干扰可能引起的控制发散问题，提出了改进的干扰力状态观测器，用于干扰力矩的在线估计和实时补偿，有效提高无模型振动控制算法的收敛性能。仿真试验结果表明，所提算法在存在干扰力的情况下对柔性机械臂的振动抑制效果显著，且具有良好的动态性能和鲁棒性。

本文针对电动力绳系卫星系统的长期离轨问题，研究离轨过程中系统的非线性动力学建模以及离轨控制设计方法。基于哑铃模型假设，进行系统的姿态动力学建模。为提高动力学建模精度，计入电动力、大气阻力和地球J₂摄动等动力学载荷对系统轨道运动的影响，采用修正的非奇异轨道要素描述系统的轨道动力学。针对离轨的动力学控制问题，提出了常值电流输入、方向可变的电流输入和最优控制三种电流控制设计方法，通过系绳电流设计调节电动力载荷实现离轨机动。在最优控制设计方法中，构建了带非线性约束的动力学反问题，基于非线性规划算法求解该反问题，得到最优控制参考轨迹，通过闭环反馈跟踪修正电流进行离轨。另外，提出了一种基于能量的电流开关控制策略辅助离轨，以保持系统姿态稳定和高效地利用电动力。为高效离轨对系统进行了动力学设计，并通过仿真算例对比分析了控制方法的离轨效率，验证了控制方法的有效性。