故障預(yù)警系統(tǒng)主要包括電氣控制環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和PLC控制環(huán)節(jié)，只有三個 環(huán)節(jié)協(xié)同工作才能完成盤式刀庫換刀系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障預(yù)警功能。本章設(shè)計(jì)任務(wù) 為設(shè)計(jì)電氣控制環(huán)節(jié)控制刀庫的正常動作、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)采集刀庫工作時的狀態(tài) 信號和設(shè)計(jì)PLC控制環(huán)節(jié)控制故障預(yù)警機(jī)構(gòu)的動作。
由于電磁懸浮技術(shù)具備無接觸這一優(yōu)點(diǎn)，因此消除了物體與物體之間不利摩擦的 影響，可以延長機(jī)械部件的使用周期，改善運(yùn)行狀況。因此它在工業(yè)加工、機(jī)械生產(chǎn) 和交通運(yùn)輸?shù)确矫嬗兄鴱V闊的應(yīng)用。
隨著科學(xué)技術(shù)理論的不斷發(fā)展，各種控制算法相繼被人們研發(fā)出來，這為電磁懸 浮系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)提供了大量參考依據(jù)。從傳統(tǒng)的線性控制算法到先進(jìn)智能的非線 性控制算法控制理論得到了長足的發(fā)展。由于電磁懸浮系統(tǒng)是典型的非線性系統(tǒng)，因 此線性的控制算法只能在懸浮系統(tǒng)進(jìn)行了線性化處理后才能使用。利用泰勒級數(shù)在平 衡點(diǎn)附近對非線性函數(shù)進(jìn)行展開和反饋線性化是當(dāng)今比較成熟的線性化方法。由于線 性化處理后的非線性系統(tǒng)降低了控制難度，因此也降低了控制器設(shè)計(jì)的難度。原系統(tǒng) 的高階響應(yīng)在線性化后被忽略了。工程實(shí)踐中如果采用線性的控制算法會出現(xiàn)一定的 偏差從而不能滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。非線性控制算法則不需要精確地知道被控系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型，不需要忽略系統(tǒng)非線性高階響應(yīng)項(xiàng)。由于非線性控制可以真實(shí)的反應(yīng)系統(tǒng) 的輸出效果，所以具有很好的工程實(shí)踐意義，得到了社會的廣泛關(guān)注。現(xiàn)如今非線性 控制多指先進(jìn)智能控制如模糊控制、無源控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自抗擾控制、自適應(yīng)控制、 滑模變結(jié)構(gòu)控制和魯棒控制等。
同步控制技術(shù)是將電氣傳動技術(shù)、電力電子技術(shù)、信號技術(shù)、控制工程技術(shù)和機(jī) 械技術(shù)融為一體的綜合性非常強(qiáng)的一種技術(shù)。同步控制技術(shù)的發(fā)展與其它有關(guān)技術(shù)的 發(fā)展緊緊關(guān)聯(lián)在一起的。同步控制是指實(shí)現(xiàn)多個運(yùn)行裝置運(yùn)行時步伐一致，廣義上講 是指系統(tǒng)中某一物理量協(xié)調(diào)一致。通常同步偏差和同步速度要求較高的系統(tǒng)要考慮單 回路之間的互相聯(lián)系以使他們保持一致，而不只是提高單個回路控制精度的問題[25]。 在多回路系統(tǒng)中通常會存在著強(qiáng)烈耦合和許多不確定性因素，這就需要研究新的提高 同步精度的理論算法和實(shí)現(xiàn)這一理論的方法。
搭建圓盤式刀庫可靠性試驗(yàn)臺的目的主要是能夠更及時、迅速的收集自動換 刀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，包括故障時間、故障原因、換刀次數(shù)、換刀時間等信息。將 收集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析，不僅可以得出刀庫的MTBF，為評估同類型刀庫 MTBF做指導(dǎo)，而且能夠通過故障信息找出刀庫容易出現(xiàn)故障的部位，針對不同 的故障部位提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，能夠極大的縮短時間，提高該類型刀庫的可靠 性水平。并且對其他類型的刀庫也具有一定的指導(dǎo)意義。這就要求試驗(yàn)臺具備以 下功能：
圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)故障主要包括功能型故障、參數(shù)性故障以及狀態(tài)性 故障。功能性故障主要是自動換刀系統(tǒng)由于內(nèi)因因素而產(chǎn)生的故障，如機(jī)械手卡 刀，導(dǎo)致機(jī)械手電機(jī)過載而燒壞等。參數(shù)性故障主要是指刀庫的相關(guān)性能參數(shù)超 出規(guī)定的變化范圍，如刀盤轉(zhuǎn)位以及機(jī)械手定位不準(zhǔn)確等。狀態(tài)性故障主要是換 刀系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于溫度過高、振動劇烈以及噪聲過大而造成的故障。簡單來 說，圓盤式刀庫自動換刀系統(tǒng)故障就是在規(guī)定的條件和時間內(nèi)，自動換刀系統(tǒng)不 能完成規(guī)定的功能。
試驗(yàn)臺運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括運(yùn)行時間、換刀次數(shù)以及換刀系統(tǒng)故障。如附錄1 表A-1所示。表中包括運(yùn)行日期、換刀時間以及每把刀的換刀次數(shù)，試驗(yàn)人員需 要把這些數(shù)據(jù)歸類總結(jié)以及檢查這些數(shù)據(jù)是否有出現(xiàn)偏差的地方，分析人員根據(jù) 這些數(shù)據(jù)計(jì)算換刀頻率；如附錄1表A-2,主要是記錄刀庫運(yùn)行中出現(xiàn)的故障現(xiàn) 象、故障部位、故障原因以及故障處理，并且記錄下當(dāng)日的試驗(yàn)員以及維修人員， 以便分析人員能夠及時迅速的找到先關(guān)人員咨詢情況；
現(xiàn)場加工中心的試驗(yàn)對象是精工機(jī)床中的YP系列圓盤式刀庫，數(shù)據(jù)采集時 間是從加工中心精工機(jī)床調(diào)試完成后開始的。選取了從2011年~2013年間的加 工中心精工機(jī)床。通過附錄1表A-3記錄每臺精工機(jī)床現(xiàn)場加工中出現(xiàn)的有關(guān)圓 盤式刀庫的故障，并判斷該故障是否是關(guān)聯(lián)故障，將每臺機(jī)床出現(xiàn)的關(guān)聯(lián)故障通 過附錄1表A-7進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。將統(tǒng)計(jì)結(jié)果整理，具體見附錄2表B-1,從附錄2表 B-1中可以看出YP系列圓盤刀庫在2011~2013年共出現(xiàn)92次故障。
本章研宄了一種混合編程方法，用戶以及企業(yè)通過該方法能夠直接對現(xiàn)場采 集的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行建模與分析，并且能夠直觀的觀測由于數(shù)據(jù)的變化而導(dǎo)致的模 型參數(shù)與圖形的變化。
Matlab是集數(shù)值分析、矩陣分析、信號處理以及圖形處理的高性能的編程軟 件，其計(jì)算以及圖形生成能力較強(qiáng)，但是Matlab的可視化界面功能比較弱，不 能及時的觀察由于數(shù)據(jù)的變化而導(dǎo)致的參數(shù)以及模型的變化，只能根據(jù)數(shù)據(jù)的變 化被動從新運(yùn)行程序求取參數(shù)，然后根據(jù)參數(shù)求取模型。