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
由于电磁悬浮技术具备无接触这一优点，因此消除了物体与物体之间不利摩擦的 影响，可以延长机械部件的使用周期，改善运行状况。因此它在工业加工、机械生产 和交通运输等方面有着广阔的应用。
随着科学技术理论的不断发展，各种控制算法相继被人们研发出来，这为电磁悬 浮系统的控制器设计提供了大量参考依据。从传统的线性控制算法到先进智能的非线 性控制算法控制理论得到了长足的发展。由于电磁悬浮系统是典型的非线性系统，因 此线性的控制算法只能在悬浮系统进行了线性化处理后才能使用。利用泰勒级数在平 衡点附近对非线性函数进行展开和反馈线性化是当今比较成熟的线性化方法。由于线 性化处理后的非线性系统降低了控制难度，因此也降低了控制器设计的难度。原系统 的高阶响应在线性化后被忽略了。工程实践中如果采用线性的控制算法会出现一定的 偏差从而不能满足系统的性能指标。非线性控制算法则不需要精确地知道被控系统的 数学模型，不需要忽略系统非线性高阶响应项。由于非线性控制可以真实的反应系统 的输出效果，所以具有很好的工程实践意义，得到了社会的广泛关注。现如今非线性 控制多指先进智能控制如模糊控制、无源控制、神经网络、自抗扰控制、自适应控制、 滑模变结构控制和鲁棒控制等。
同步控制技术是将电气传动技术、电力电子技术、信号技术、控制工程技术和机 械技术融为一体的综合性非常强的一种技术。同步控制技术的发展与其它有关技术的 发展紧紧关联在一起的。同步控制是指实现多个运行装置运行时步伐一致，广义上讲 是指系统中某一物理量协调一致。通常同步偏差和同步速度要求较高的系统要考虑单 回路之间的互相联系以使他们保持一致，而不只是提高单个回路控制精度的问题[25]。 在多回路系统中通常会存在着强烈耦合和许多不确定性因素，这就需要研究新的提高 同步精度的理论算法和实现这一理论的方法。
在龙门精工加工系统中无论是针对单电磁悬浮系统的控制还是多电磁悬浮系统 的控制，其控制目标就是为了减小电磁悬浮气隙的输出与给定之间的偏差，即电磁悬 浮系统的实际输出的气隙与设定的气隙之间的偏差。悬浮气隙的偏差是导致部件精度 下降的重要原因之一。由多电磁悬浮系统加工出来的部件其精度的高低是由多电磁悬 浮系统协调决定的。如果只是相对独立的对各个单电磁悬浮系统的误差进行控制而不 考虑其它电磁悬浮气隙的情况以及整体的运行情况，那么加工出的部件就会存在很大 的误差，尤其是在高速的情况下运行，当不同的电磁悬浮系统参数不一致时会因此导 致两个系统不同步，使得加工出来的部件发生了形变。
基于无源控制理论本章介绍了单磁悬浮系统无源控制器的设计。首先建立了电磁 悬浮系统的能量函数，然后建立出电磁悬浮系统哈密尔顿方程，通过选取适当的互联阵和耗散阵来重新建立电磁悬浮系统的哈密尔顿方程。通过三个哈密尔顿函数约束条 件来求解偏微分方程，从而推出单电磁悬浮系统无源控制器的表达式。无源控制器设 计简单、易于实现。仿真结果表明无源控制器加快了单电磁悬浮系统较强的响应速度, 提高了其鲁棒性，最终提高了悬浮精度。
由于时间的原因龙门精工加工中心双电磁悬浮系统的耦合分析还有许多问题有 待解决。本文只对移动横梁垂直方向的耦合情况进行了分析，而没有同时对水平方向 由于直线电机导向单元不同步造成的耦合情况进行分析。今后可以在建立双电磁悬浮 系统全新耦合模型、解耦算法设计以及解耦后独立系统设计更先进的控制器来改善悬 浮系统的鲁棒性等方面进行更深入的研究。
由于不相等，因此式(3.8)中与电磁力/相乘的矩阵非对角线元素不为零，即每一个电磁悬浮系统的加速度表达式中都会含有与另外一个电磁悬浮系统电磁力 相关的项，因此双电磁悬浮系统存在一定的耦合关系。
精工龙门加工中心悬浮的机械横梁是由双电磁悬浮系统共同控制，因此本章对两 个电磁悬浮系统的耦合状况进行了分析。通过对两个电磁悬浮系统的受力分析并利用 牛顿第二定律推导出两个电磁悬浮系统的耦合定量关系。耦合的存在并不都是不利 的，由于两个电磁悬浮系统由机械横梁连接在一起，所以可以使两个电磁悬浮系统具 有强迫的协调同步性能，利用机械耦合可以提高两个电磁悬浮系统的同步性能提高加 工精度。在耦合存在的基础上设计了气隙、速度双重交叉耦合同步控制来降低两个悬 浮系统的同步误差。仿真结果表明气隙、速度交叉耦合同步控制可以很好地减小两个 悬浮系统悬浮气隙的同步偏差。