论文基于对硬支承平衡机测量技术发展现状的分析，从完善平衡机振动系统的动力学分析、高效不平衡测量的数据处理方法以及平衡机振动信号模拟生成这三个方面展开研究。平衡机的测量方程通常从振动微分方程得到，但若将基座振动的影响考虑在内，振动系统微分方程将十分复杂。本文将多体模型方法引入到不平衡振动系统分析中，与微分方程方法相比，同样具有高精度下具有较小的计算量，同时能够详细得到各部分的状态量。现有各种不平衡振动信号处理方法的不平衡提取精度非常依赖于样本数据的长度，影响平衡效率尤其是低速动平衡的效率，针对这一问题本文提出了基于残差MUSIC谱分析的不平衡信号处理方法。MUSIC谱内含对信号组成成分和结构特征的建模和预测，具有很高的频率分辨率。通过遍历匹配信号的幅值和相位求取残差的MUSIC谱极小值的方法，利用较少的数据样本即可以得到满足精度要求的不平衡信号的幅值和相位。采用该方法对现场采样振动信号进行了提取，并与相关滤波法的提取结果进行了对比，结果表明该方法具有较高提取的精度和良好的重复性。探索了采用AR预测模型对采样振动信号进行预测和延拓，增加有效数据样本的方法。将其应用到基于残差MUSIC谱分析法提取不平衡信号的方法中，可以进一步缩短对信号长度的要求。数据仿真验证了该处理方法的有效性。同时也对现场平衡机信号进行了提取，能够在有限长度内准确提取出不平衡信号的幅值和相位。针对一直以来无法独立评估平衡机测量系统性能、无法有效评价各种不平衡振动信号处理方法的问题，探索了对不平衡振动信号进行数字模拟建立不平衡振动信号库的可能性。在分析干扰源并对其进行频域分析和功率谱分析的基础上，建立了用于估计平衡机振动信号功率谱的AR模型，给出了阶数选取的依据并进行了实验对比。采用改进的协方差法求解了该功率谱模型的参数。由Ziggurat方法生成的高斯白噪声信号通过该AR功率谱模型完成对传感器输出信号的数字仿真。实验对比了仿真信号与实际振动传感器输出信号的功率谱，结果表明仿真信号与传感器信号具有很强的相似性。研制了高精度通用硬支承动平衡机测量系统。系统采用嵌入式结构，基于linux系统的人机交互编程，用户界面友好，系统稳定性强，具有较好的扩展能力。系统的最小可达剩余不平衡量为0.1μm，一次不平衡降低率为95%，满足高精度机床主轴等旋转机械的动平衡试验要求。