為了實(shí)現(xiàn)對(duì)刀庫運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)功能，本文設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集， 采集信號(hào)主要包括振動(dòng)信號(hào)、溫度信號(hào)三個(gè)方面，溫度傳感器安裝于電機(jī)表面，振動(dòng) 傳感器安裝于機(jī)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(xué)家沈括在自己撰寫的《夢(mèng)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(shí)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(yīng)現(xiàn)象, 比中國(guó)晚了 700多年。法國(guó)人薩伐爾和畢奧總結(jié)推導(dǎo)出直流電元的磁力定理。依據(jù)電 磁感應(yīng)定律法國(guó)物理學(xué)家阿拉戈創(chuàng)造出了電磁鐵。根據(jù)不同的應(yīng)用電磁鐵分為磁懸 浮、永磁鐵排斥性磁懸浮和感應(yīng)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(duì)象是系統(tǒng)輸入的觀測(cè)問題，右逆系統(tǒng)研究的對(duì)象是系統(tǒng)的輸出觀測(cè)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(huì)被解耦 成多個(gè)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(duì)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(gè)耦合電機(jī)的逆系統(tǒng)。
為了消除精工加工中心移動(dòng)橫梁與導(dǎo)軌之間的摩擦對(duì)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(dòng)橫梁是由雙電磁懸浮系統(tǒng)共同懸浮，兩個(gè)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。可以利用機(jī)械橫梁的 協(xié)同強(qiáng)迫性增加兩個(gè)電磁懸浮系統(tǒng)的同步性能，從而提高移動(dòng)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(gè)懸浮系統(tǒng)不可能完全相同， 因此在橫梁?jiǎn)?dòng)懸浮或穩(wěn)定運(yùn)行后其中一個(gè)懸浮系統(tǒng)受到干擾時(shí)，耦合的存在會(huì)使兩 個(gè)懸浮系統(tǒng)同時(shí)受到干擾。從解耦的角度出發(fā)設(shè)計(jì)解耦控制器將兩個(gè)電磁懸浮系統(tǒng)解 耦成兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。本文還對(duì)解耦后的單電磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行了控制器的設(shè)計(jì)。針對(duì) 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(gè)方面對(duì)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(duì)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(hào)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(duì)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(jì)算得磁懸浮
使用吉村允孝法積分法確定結(jié)合面動(dòng)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(jiǎn)單試件，應(yīng)用于分析大中型機(jī)械系統(tǒng)時(shí)可有效降低試驗(yàn)難度、 和工作量。同時(shí)，該方法測(cè)得的參數(shù)適用于結(jié)合條件相同的場(chǎng)合，具有一定的通用 性。跟理論建模與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)相結(jié)合的參數(shù)辨識(shí)法相比，不需要對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)做模態(tài) 試驗(yàn)即可獲得結(jié)合面動(dòng)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(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)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(huì)發(fā) 展的主要驅(qū)動(dòng)力；必須從國(guó)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(dòng)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(dòng)力裝置、 傳動(dòng)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(dòng)的驅(qū)動(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的研究包括了動(dòng)力分析和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)兩個(gè)主要部分的內(nèi)容[7]: 動(dòng)力分析就是在己知系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)態(tài)特性。對(duì)機(jī)床而言，其動(dòng)力分析主要指機(jī)床抵抗振動(dòng)的能力。 和其他的機(jī)械結(jié)構(gòu)一樣，機(jī)床振動(dòng)也是結(jié)構(gòu)彈性體振動(dòng)問題，研究?jī)?nèi)容包括機(jī)床 結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)頻率（固有頻率)及其相應(yīng)的振型和強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)的響應(yīng)等靜、動(dòng)態(tài) 特性的計(jì)算。動(dòng)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(jì)算方法，即使是比較復(fù)雜的系統(tǒng)，其動(dòng)力分 析也可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。
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(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的動(dòng)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(duì)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(shí)的精度。為了避免發(fā)生頻率混疊， 按照采樣定理，信號(hào)的采集頻率不得低于欲分析最高頻率的2倍。對(duì)于響應(yīng)信號(hào)， 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(duì)于錘擊產(chǎn)生的 脈沖力，同樣采用2048Hz的高采樣頻率。同時(shí)，力信號(hào)加力窗，加速度信號(hào)加 Exponentia丨窗，以減少泄漏誤差。同時(shí)對(duì)響應(yīng)信號(hào)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(duì)所采集的故障前后信號(hào)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(hào)出現(xiàn)而故障未發(fā)生時(shí)發(fā)出報(bào)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。