為了實現(xiàn)對刀庫運行狀態(tài)的監(jiān)測功能,，本文設計了數(shù)據(jù)采集電路進行數(shù)據(jù)采集,， 采集信號主要包括振動信號、溫度信號三個方面,，溫度傳感器安裝于電機表面,，振動 傳感器安裝于機械手下表面,，如圖3.3所示。
自然界中閃電和天然的磁石引起了人類的注意,，這樣人類開始注意到電磁現(xiàn)象,。 公元1086年北宋的科學家沈括在自己撰寫的《夢溪筆談》一書中述說了指南針的制 做方法、使用方法及用途,。這是人類歷史上最早闡述關(guān)于電磁現(xiàn)象的書籍,，并且利用 磁現(xiàn)象研制出了實用物品。丹麥人奧斯特在1820年才發(fā)現(xiàn)了電和磁之間的感應現(xiàn)象, 比中國晚了 700多年,。法國人薩伐爾和畢奧總結(jié)推導出直流電元的磁力定理,。依據(jù)電 磁感應定律法國物理學家阿拉戈創(chuàng)造出了電磁鐵。根據(jù)不同的應用電磁鐵分為磁懸 浮,、永磁鐵排斥性磁懸浮和感應斥力磁懸浮三種形式。
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[21]利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的泛化和 擬合能力來模擬出發(fā)酵系統(tǒng)的非線性逆模型,。文獻[22]利用支持向量機非線性回歸功 能逼近兩個耦合電機的逆系統(tǒng),。
為了消除精工加工中心移動橫梁與導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,。可以利用機械橫梁的 協(xié)同強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)設計解耦控制器將兩個電磁懸浮系統(tǒng)解 耦成兩個獨立的系統(tǒng)。本文還對解耦后的單電磁懸浮系統(tǒng)進行了控制器的設計,。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,，真空磁導率^=4;ixl(r7H/m,平衡點電流& =7A,代入公式中進行計算得磁懸浮
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)點顯著，只需制造出與實際結(jié) 合面工況條件相同的簡單試件,，應用于分析大中型機械系統(tǒng)時可有效降低試驗難度,、 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)試驗相結(jié)合的參數(shù)辨識法相比,，不需要對整個機械系統(tǒng)做模態(tài) 試驗即可獲得結(jié)合面動態(tài)特性參數(shù),，即使是無法進行整機試驗的情況下，也可通過實 驗獲得結(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，科學技術(shù)日益成為經(jīng)濟社會發(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重要戰(zhàn)略,。傳統(tǒng)機械產(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)新運動的驅(qū)動和控制系統(tǒng)以及應用精工技術(shù)和智能技術(shù)進行機 械產(chǎn)品創(chuàng)新。精工技術(shù)和智能技術(shù)是實現(xiàn)機械產(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)的應用能使機械產(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,。
機床動態(tài)特性的研究包括了動力分析和動態(tài)設計兩個主要部分的內(nèi)容[7]: 動力分析就是在己知系統(tǒng)的動力學模型、外部激振和系統(tǒng)工作條件的基礎上 分析研究系統(tǒng)的動態(tài)特性,。對機床而言,，其動力分析主要指機床抵抗振動的能力。 和其他的機械結(jié)構(gòu)一樣，機床振動也是結(jié)構(gòu)彈性體振動問題,，研究內(nèi)容包括機床 結(jié)構(gòu)的自由振動頻率（固有頻率)及其相應的振型和強迫振動時的響應等靜,、動態(tài) 特性的計算。動力分析問題進行了多年的研究,，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,，即使是比較復雜的系統(tǒng),，其動力分 析也可以得到比較準確的結(jié)果。
確定試驗分析頻段前先進行預試驗,，發(fā)現(xiàn)機床結(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) 驗可以判斷不同重量的機床前幾階段模態(tài)的模態(tài)頻率范圍,，也這能指導我們進行 中心頻率和采樣頻率的選擇[501。大量工程實踐經(jīng)驗證明機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,。對于響應信號， 按照不發(fā)生頻率混疊的要求,，以2048Hz的采樣頻率進行采集,；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,。同時對響應信號進行多次采集，并進行平均處 理,，以減少噪音的干擾,。本次試驗采取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,。通過實驗室連 續(xù)試驗激發(fā)故障，對所采集的故障前后信號特征進行處理分析，獲取故障特征值,，從 而實現(xiàn)故障預警,，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 種有效的故障預警方法,，并在實驗室條件下驗證其可行性,。