逆系統(tǒng)解耦：逆系統(tǒng)分為兩種,，一種是左逆系統(tǒng)，另一種是右逆系統(tǒng),。左逆系統(tǒng) 研究對象是系統(tǒng)輸入的觀測問題,，右逆系統(tǒng)研究的對象是系統(tǒng)的輸出觀測問題。一般 我們只討論左逆系統(tǒng),。通過求解被控系統(tǒng)的逆系統(tǒng),，然后將求解得到的逆系統(tǒng)串聯(lián)在 被控系統(tǒng)前，逆系統(tǒng)將被控系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成了偽線性系統(tǒng),。偽線性系統(tǒng)是指非線性系統(tǒng)具 備了線性系統(tǒng)的特征,，但其本質(zhì)仍然是非線性的。串聯(lián)逆系統(tǒng)后的耦合系統(tǒng)會被解耦 成多個SISO的偽線性系統(tǒng),，由于非線性系統(tǒng)具有了線性系統(tǒng)的特征,，因此對于工程 上來說降低了控制難度和控制成本。由于想要得到非線性系統(tǒng)的逆系統(tǒng)非常困難,，因 此需要利用一些算法求得非線性系統(tǒng)的逆系統(tǒng),。文獻(xiàn)[21]利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化和 擬合能力來模擬出發(fā)酵系統(tǒng)的非線性逆模型。文獻(xiàn)[22]利用支持向量機(jī)非線性回歸功 能逼近兩個耦合電機(jī)的逆系統(tǒng),。
為了消除精工加工中心移動橫梁與導(dǎo)軌之間的摩擦對加工精度的影響,。本文利用 電磁懸浮技術(shù)將橫梁完全懸浮起來,，從而徹底消除摩擦，有效地提高了加工精度,。由 于加工中心移動橫梁是由雙電磁懸浮系統(tǒng)共同懸浮,，兩個懸浮系統(tǒng)由機(jī)械橫梁聯(lián)系在 一起，因此它們之間存在著耦合關(guān)系,。分析雙電磁懸浮系統(tǒng)的受力情況得出它們的耦 合關(guān)系是本文重要內(nèi)容之一,。耦合的存在并不一定都是不利的?？梢岳脵C(jī)械橫梁的 協(xié)同強(qiáng)迫性增加兩個電磁懸浮系統(tǒng)的同步性能,，從而提高移動橫梁水平方向懸浮的穩(wěn) 定性和零件的加工精度。耦合的不利方面體現(xiàn)在：由于兩個懸浮系統(tǒng)不可能完全相同,， 因此在橫梁啟動懸浮或穩(wěn)定運(yùn)行后其中一個懸浮系統(tǒng)受到干擾時,，耦合的存在會使兩 個懸浮系統(tǒng)同時受到干擾。從解耦的角度出發(fā)設(shè)計解耦控制器將兩個電磁懸浮系統(tǒng)解 耦成兩個獨(dú)立的系統(tǒng),。本文還對解耦后的單電磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行了控制器的設(shè)計,。針對 精工加工中心龍門磁懸浮系統(tǒng)的耦合情況的分析和單電磁懸浮系統(tǒng)的控制算法的研 究本文從以下六個方面對精工加工中心進(jìn)行介紹和說明。
由式(2.13)可以搭建出電磁懸浮系統(tǒng)MATLAB仿真框圖,，并對懸浮系統(tǒng)在沒有 任何控制器開環(huán)情況下施加0.002m的位置階躍信號驗(yàn)證其穩(wěn)定性,，仿真框圖、仿真 結(jié)果圖如圖2.3,、2.4所示,。 由圖2.4可以看出電磁懸浮系統(tǒng)在不加任何控制器開環(huán)的情況下系統(tǒng)是發(fā)散的、 不穩(wěn)定的,。對系統(tǒng)進(jìn)行線性化后穩(wěn)定性分析,，具體參數(shù)取值如下：磁極面積」= 125cm2,單 邊氣隙￡^=2111111，氣隙磁阻i? = 0.65D,，線圈阻數(shù)iV = 340,，橫梁一半質(zhì)量w = 284kg，真空磁導(dǎo)率^=4;ixl(r7H/m,平衡點(diǎn)電流& =7A,代入公式中進(jìn)行計算得磁懸浮
使用吉村允孝法積分法確定結(jié)合面動態(tài)特性參數(shù)優(yōu)點(diǎn)顯著,，只需制造出與實(shí)際結(jié) 合面工況條件相同的簡單試件，應(yīng)用于分析大中型機(jī)械系統(tǒng)時可有效降低試驗(yàn)難度,、 和工作量。同時,，該方法測得的參數(shù)適用于結(jié)合條件相同的場合,，具有一定的通用 性。跟理論建模與動態(tài)試驗(yàn)相結(jié)合的參數(shù)辨識法相比,，不需要對整個機(jī)械系統(tǒng)做模態(tài) 試驗(yàn)即可獲得結(jié)合面動態(tài)特性參數(shù),，即使是無法進(jìn)行整機(jī)試驗(yàn)的情況下,，也可通過實(shí) 驗(yàn)獲得結(jié)合面特性參數(shù)。
在全國科技創(chuàng)新大會上,，胡錦濤總書記指出,，科學(xué)技術(shù)日益成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā) 展的主要驅(qū)動力；必須從國家發(fā)展全局的高度,，集中力量推進(jìn)科技創(chuàng)新,，必須把 創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展作為面向未來的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略。傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的構(gòu)成包括動力裝置,、 傳動裝置和工作裝置等三部分,。其創(chuàng)新可以有多種途徑，包括：創(chuàng)新工作原理或 者說工作裝置,、創(chuàng)新運(yùn)動的驅(qū)動和控制系統(tǒng)以及應(yīng)用精工技術(shù)和智能技術(shù)進(jìn)行機(jī) 械產(chǎn)品創(chuàng)新,。精工技術(shù)和智能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新的顛覆性共性使能技術(shù)， 其核心的數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能使機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)涵發(fā)生根本性變化,，是產(chǎn)品功能極 大豐富,，性能發(fā)生質(zhì)的變化，從根本上提升產(chǎn)品的水平和市場競爭力,。
機(jī)床動態(tài)特性的研究包括了動力分析和動態(tài)設(shè)計兩個主要部分的內(nèi)容[7]: 動力分析就是在己知系統(tǒng)的動力學(xué)模型,、外部激振和系統(tǒng)工作條件的基礎(chǔ)上 分析研究系統(tǒng)的動態(tài)特性。對機(jī)床而言,，其動力分析主要指機(jī)床抵抗振動的能力,。 和其他的機(jī)械結(jié)構(gòu)一樣，機(jī)床振動也是結(jié)構(gòu)彈性體振動問題,，研究內(nèi)容包括機(jī)床 結(jié)構(gòu)的自由振動頻率（固有頻率)及其相應(yīng)的振型和強(qiáng)迫振動時的響應(yīng)等靜,、動態(tài) 特性的計算。動力分析問題進(jìn)行了多年的研究,，己經(jīng)形成了比較完整的理論,，山 現(xiàn)了能適用于不同情況的各種分析計算方法，即使是比較復(fù)雜的系統(tǒng),，其動力分 析也可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果,。
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確定試驗(yàn)分析頻段前先進(jìn)行預(yù)試驗(yàn),，發(fā)現(xiàn)機(jī)床結(jié)構(gòu)的主要模態(tài)主要集中在 1000Hz以內(nèi)，高階模態(tài)對機(jī)床結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性影響很小,，幾乎可以忽略,。通過經(jīng) 驗(yàn)可以判斷不同重量的機(jī)床前幾階段模態(tài)的模態(tài)頻率范圍，也這能指導(dǎo)我們進(jìn)行 中心頻率和采樣頻率的選擇[501,。大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明機(jī)床自重和其共振頻率有 相對關(guān)系,，在查得VMC1060立式加工中心重約5噸后我們也就知道了前幾階模 態(tài)應(yīng)該在250Hz以內(nèi),，最后我們選擇1024Hz作為中心頻率，這樣既可減少數(shù)據(jù) 采集和分析的工作量,，又可提高模態(tài)參數(shù)辨識的精度,。為了避免發(fā)生頻率混疊， 按照采樣定理,，信號的采集頻率不得低于欲分析最高頻率的2倍,。對于響應(yīng)信號， 按照不發(fā)生頻率混疊的要求,，以2048Hz的采樣頻率進(jìn)行采集,；對于錘擊產(chǎn)生的 脈沖力，同樣采用2048Hz的高采樣頻率,。同時,，力信號加力窗，加速度信號加 Exponentia丨窗,，以減少泄漏誤差,。同時對響應(yīng)信號進(jìn)行多次采集，并進(jìn)行平均處 理,，以減少噪音的干擾,。本次試驗(yàn)采取3次平均。
加工中心盤式刀庫換刀系統(tǒng)的故障率較高,，但故障模式較為單一,。通過實(shí)驗(yàn)室連 續(xù)試驗(yàn)激發(fā)故障，對所采集的故障前后信號特征進(jìn)行處理分析,，獲取故障特征值,，從 而實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，即在故障信號出現(xiàn)而故障未發(fā)生時發(fā)出報警提示,。本文旨在提出一 種有效的故障預(yù)警方法,，并在實(shí)驗(yàn)室條件下驗(yàn)證其可行性。
該系列盤式刀庫采用減速電機(jī)帶動分度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀盤的運(yùn)轉(zhuǎn),，選刀動作快速,、平 穩(wěn)。分度機(jī)構(gòu)由圓柱凸輪與凸輪軸承組合而成,，分度精度高,，噪音小,；刀庫刀套采用 工程塑料ABS制作,，具有重量輕、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),、沖擊小等優(yōu)點(diǎn),，因此在進(jìn)行信號采集時 能將干擾降到最低，有效地降低了故障誤報率,。上述減速電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時帶動副鏈輪,、 副鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)，通過副鏈條帶動刀庫外部帶有接近傳感器的軸轉(zhuǎn)動,，實(shí)現(xiàn)對刀盤運(yùn)動的 精確控制,。機(jī)械手的換刀動作由減速電機(jī)帶動鏈條、鏈條帶動滾子式蝸型弧面復(fù)合凸 輪來完成,。