為了實現對刀庫運行狀態的監測功能，本文設計了數據采集電路進行數據采集， 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于電磁現象的書籍，并且利用 磁現象研制出了實用物品。丹麥人奧斯特在1820年才發現了電和磁之間的感應現象, 比中國晚了 700多年。法國人薩伐爾和畢奧總結推導出直流電元的磁力定理。依據電 磁感應定律法國物理學家阿拉戈創造出了電磁鐵。根據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。
逆系統解耦：逆系統分為兩種，一種是左逆系統，另一種是右逆系統。左逆系統 研究對象是系統輸入的觀測問題，右逆系統研究的對象是系統的輸出觀測問題。一般 我們只討論左逆系統。通過求解被控系統的逆系統，然后將求解得到的逆系統串聯在 被控系統前，逆系統將被控系統轉化成了偽線性系統。偽線性系統是指非線性系統具 備了線性系統的特征，但其本質仍然是非線性的。串聯逆系統后的耦合系統會被解耦 成多個SISO的偽線性系統，由于非線性系統具有了線性系統的特征，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的逆系統非常困難，因 此需要利用一些算法求得非線性系統的逆系統。文獻[21]利用模糊神經網絡的泛化和 擬合能力來模擬出發酵系統的非線性逆模型。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。
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共同懸浮，兩個懸浮系統由機械橫梁聯系在 一起，因此它們之間存在著耦合關系。分析雙電磁懸浮系統的受力情況得出它們的耦 合關系是本文重要內容之一。耦合的存在并不一定都是不利的。可以利用機械橫梁的 協同強迫性增加兩個電磁懸浮系統的同步性能，從而提高移動橫梁水平方向懸浮的穩 定性和零件的加工精度。耦合的不利方面體現在：由于兩個懸浮系統不可能完全相同， 因此在橫梁啟動懸浮或穩定運行后其中一個懸浮系統受到干擾時，耦合的存在會使兩 個懸浮系統同時受到干擾。從解耦的角度出發設計解耦控制器將兩個電磁懸浮系統解 耦成兩個獨立的系統。本文還對解耦后的單電磁懸浮系統進行了控制器的設計。針對 精工加工中心龍門磁懸浮系統的耦合情況的分析和單電磁懸浮系統的控制算法的研 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MATLAB仿真框圖，并對懸浮系統在沒有 任何控制器開環情況下施加0.002m的位置階躍信號驗證其穩定性，仿真框圖、仿真 結果圖如圖2.3、2.4所示。 由圖2.4可以看出電磁懸浮系統在不加任何控制器開環的情況下系統是發散的、 不穩定的。對系統進行線性化后穩定性分析，具體參數取值如下：磁極面積」= 125cm2,單 邊氣隙￡^=2111111，氣隙磁阻i? = 0.65D，線圈阻數iV = 340，橫梁一半質量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合面動態特性參數優點顯著，只需制造出與實際結 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時可有效降低試驗難度、 和工作量。同時，該方法測得的參數適用于結合條件相同的場合，具有一定的通用 性。跟理論建模與動態試驗相結合的參數辨識法相比，不需要對整個機械系統做模態 試驗即可獲得結合面動態特性參數，即使是無法進行整機試驗的情況下，也可通過實 驗獲得結合面特性參數。
在全國科技創新大會上，胡錦濤總書記指出，科學技術日益成為經濟社會發 展的主要驅動力；必須從國家發展全局的高度，集中力量推進科技創新，必須把 創新驅動發展作為面向未來的一項重要戰略。傳統機械產品的構成包括動力裝置、 傳動裝置和工作裝置等三部分。其創新可以有多種途徑，包括：創新工作原理或 者說工作裝置、創新運動的驅動和控制系統以及應用精工技術和智能技術進行機 械產品創新。精工技術和智能技術是實現機械產品創新的顛覆性共性使能技術， 其核心的數字化技術的應用能使機械產品的內涵發生根本性變化，是產品功能極 大豐富，性能發生質的變化，從根本上提升產品的水平和市場競爭力。
機床動態特性的研究包括了動力分析和動態設計兩個主要部分的內容[7]: 動力分析就是在己知系統的動力學模型、外部激振和系統工作條件的基礎上 分析研究系統的動態特性。對機床而言，其動力分析主要指機床抵抗振動的能力。 和其他的機械結構一樣，機床振動也是結構彈性體振動問題，研究內容包括機床 結構的自由振動頻率（固有頻率)及其相應的振型和強迫振動時的響應等靜、動態 特性的計算。動力分析問題進行了多年的研究，己經形成了比較完整的理論，山 現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，其動力分 析也可以得到比較準確的結果。
確定試驗分析頻段前先進行預試驗，發現機床結構的主要模態主要集中在 1000Hz以內，高階模態對機床結構的動態特性影響很小，幾乎可以忽略。通過經 驗可以判斷不同重量的機床前幾階段模態的模態頻率范圍，也這能指導我們進行 中心頻率和采樣頻率的選擇[501。大量工程實踐經驗證明機床自重和其共振頻率有 相對關系，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 態應該在250Hz以內，最后我們選擇1024Hz作為中心頻率，這樣既可減少數據 采集和分析的工作量，又可提高模態參數辨識的精度。為了避免發生頻率混疊， 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， 按照不發生頻率混疊的要求，以2048Hz的采樣頻率進行采集；對于錘擊產生的 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的故障率較高，但故障模式較為單一。通過實驗室連 續試驗激發故障，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 而實現故障預警，即在故障信號出現而故障未發生時發出報警提示。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。
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