为了实现对刀库运行状态的监测功能，本文设计了数据采集电路进行数据采集， 采集信号主要包括振动信号、温度信号三个方面，温度传感器安装于电机表面，振动 传感器安装于机械手下表面，如图3.3所示。
自然界中闪电和天然的磁石引起了人类的注意，这样人类开始注意到电磁现象。 公元1086年北宋的科学家沈括在自己撰写的《梦溪笔谈》一书中述说了指南针的制 做方法、使用方法及用途。这是人类历史上最早阐述关于电磁现象的书籍，并且利用 磁现象研制出了实用物品。丹麦人奥斯特在1820年才发现了电和磁之间的感应现象, 比中国晚了 700多年。法国人萨伐尔和毕奥总结推导出直流电元的磁力定理。依据电 磁感应定律法国物理学家阿拉戈创造出了电磁铁。根据不同的应用电磁铁分为磁悬 浮、永磁铁排斥性磁悬浮和感应斥力磁悬浮三种形式。
逆系统解耦：逆系统分为两种，一种是左逆系统，另一种是右逆系统。左逆系统 研究对象是系统输入的观测问题，右逆系统研究的对象是系统的输出观测问题。一般 我们只讨论左逆系统。通过求解被控系统的逆系统，然后将求解得到的逆系统串联在 被控系统前，逆系统将被控系统转化成了伪线性系统。伪线性系统是指非线性系统具 备了线性系统的特征，但其本质仍然是非线性的。串联逆系统后的耦合系统会被解耦 成多个SISO的伪线性系统，由于非线性系统具有了线性系统的特征，因此对于工程 上来说降低了控制难度和控制成本。由于想要得到非线性系统的逆系统非常困难，因 此需要利用一些算法求得非线性系统的逆系统。文献[21]利用模糊神经网络的泛化和 拟合能力来模拟出发酵系统的非线性逆模型。文献[22]利用支持向量机非线性回归功 能逼近两个耦合电机的逆系统。
为了消除精工加工中心移动横梁与导轨之间的摩擦对加工精度的影响。本文利用 电磁悬浮技术将横梁完全悬浮起来，从而彻底消除摩擦，有效地提高了加工精度。由 于加工中心移动横梁是由双电磁悬浮系统共同悬浮，两个悬浮系统由机械横梁联系在 一起，因此它们之间存在着耦合关系。分析双电磁悬浮系统的受力情况得出它们的耦 合关系是本文重要内容之一。耦合的存在并不一定都是不利的。可以利用机械横梁的 协同强迫性增加两个电磁悬浮系统的同步性能，从而提高移动横梁水平方向悬浮的稳 定性和零件的加工精度。耦合的不利方面体现在：由于两个悬浮系统不可能完全相同， 因此在横梁启动悬浮或稳定运行后其中一个悬浮系统受到干扰时，耦合的存在会使两 个悬浮系统同时受到干扰。从解耦的角度出发设计解耦控制器将两个电磁悬浮系统解 耦成两个独立的系统。本文还对解耦后的单电磁悬浮系统进行了控制器的设计。针对 精工加工中心龙门磁悬浮系统的耦合情况的分析和单电磁悬浮系统的控制算法的研 究本文从以下六个方面对精工加工中心进行介绍和说明。
由式(2.13)可以搭建出电磁悬浮系统MATLAB仿真框图，并对悬浮系统在没有 任何控制器开环情况下施加0.002m的位置阶跃信号验证其稳定性，仿真框图、仿真 结果图如图2.3、2.4所示。 由图2.4可以看出电磁悬浮系统在不加任何控制器开环的情况下系统是发散的、 不稳定的。对系统进行线性化后稳定性分析，具体参数取值如下：磁极面积」= 125cm2,单 边气隙£^=2111111，气隙磁阻i? = 0.65D，线圈阻数iV = 340，横梁一半质量w = 284kg，真空磁导率^=4;ixl(r7H/m,平衡点电流& =7A,代入公式中进行计算得磁悬浮
使用吉村允孝法积分法确定结合面动态特性参数优点显著，只需制造出与实际结 合面工况条件相同的简单试件，应用于分析大中型机械系统时可有效降低试验难度、 和工作量。同时，该方法测得的参数适用于结合条件相同的场合，具有一定的通用 性。跟理论建模与动态试验相结合的参数辨识法相比，不需要对整个机械系统做模态 试验即可获得结合面动态特性参数，即使是无法进行整机试验的情况下，也可通过实 验获得结合面特性参数。
在全国科技创新大会上，胡锦涛总书记指出，科学技术日益成为经济社会发 展的主要驱动力；必须从国家发展全局的高度，集中力量推进科技创新，必须把 创新驱动发展作为面向未来的一项重要战略。传统机械产品的构成包括动力装置、 传动装置和工作装置等三部分。其创新可以有多种途径，包括：创新工作原理或 者说工作装置、创新运动的驱动和控制系统以及应用精工技术和智能技术进行机 械产品创新。精工技术和智能技术是实现机械产品创新的颠覆性共性使能技术， 其核心的数字化技术的应用能使机械产品的内涵发生根本性变化，是产品功能极 大丰富，性能发生质的变化，从根本上提升产品的水平和市场竞争力。
机床动态特性的研究包括了动力分析和动态设计两个主要部分的内容[7]: 动力分析就是在己知系统的动力学模型、外部激振和系统工作条件的基础上 分析研究系统的动态特性。对机床而言，其动力分析主要指机床抵抗振动的能力。 和其他的机械结构一样，机床振动也是结构弹性体振动问题，研究内容包括机床 结构的自由振动频率（固有频率)及其相应的振型和强迫振动时的响应等静、动态 特性的计算。动力分析问题进行了多年的研究，己经形成了比较完整的理论，山 现了能适用于不同情况的各种分析计算方法，即使是比较复杂的系统，其动力分 析也可以得到比较准确的结果。
确定试验分析频段前先进行预试验，发现机床结构的主要模态主要集中在 1000Hz以内，高阶模态对机床结构的动态特性影响很小，几乎可以忽略。通过经 验可以判断不同重量的机床前几阶段模态的模态频率范围，也这能指导我们进行 中心频率和采样频率的选择[501。大量工程实践经验证明机床自重和其共振频率有 相对关系，在查得VMC1060立式加工中心重约5吨后我们也就知道了前几阶模 态应该在250Hz以内，最后我们选择1024Hz作为中心频率，这样既可减少数据 采集和分析的工作量，又可提高模态参数辨识的精度。为了避免发生频率混叠， 按照采样定理，信号的采集频率不得低于欲分析最高频率的2倍。对于响应信号， 按照不发生频率混叠的要求，以2048Hz的采样频率进行采集；对于锤击产生的 脉冲力，同样采用2048Hz的高采样频率。同时，力信号加力窗，加速度信号加 Exponentia丨窗，以减少泄漏误差。同时对响应信号进行多次采集，并进行平均处 理，以减少噪音的干扰。本次试验采取3次平均。
加工中心盘式刀库换刀系统的故障率较高，但故障模式较为单一。通过实验室连 续试验激发故障，对所采集的故障前后信号特征进行处理分析，获取故障特征值，从 而实现故障预警，即在故障信号出现而故障未发生时发出报警提示。本文旨在提出一 种有效的故障预警方法，并在实验室条件下验证其可行性。