数控加工中心龙门移动式数控机床已成为当今工业生产重要的设备之一，制约其 加工精度的主要因素为移动横梁与导轨之间的摩擦。因此将磁悬浮技术应用到数控龙 门加工中心上可以消除摩擦的影响从而提高加工精度，而且对环境不会造成污 染。由于移动横梁是由两个电磁悬浮系统共同悬浮，因此两个电磁悬浮系统被机械横 梁耦合在了一起。本文对双电磁悬浮系统的耦合情况进行了分析，并且对单电磁悬浮 系统的控制算法也做了一些研究，得到以下结论：

(1) 由于两个电磁悬浮系统存在耦合，因此本文首先对双电磁悬浮系统的耦合情 况进行了分析。通过一系列公式的理论推导得出了机械横梁竖直方向移动和绕质心旋 转时双电磁悬浮系统耦合的定量关系。耦合的存在并不是有害的，机械耦合的强 迫协调性可以用来提高两个电磁悬浮系统的同步性能。在利用耦合的基础上设计了速 度、气隙双重交叉耦合同步控制器提高两个电磁悬浮系统的同步性能。仿真结果表明 当一个悬浮系统受到500N脉冲干扰时采用交叉耦合控制器系统的同步偏差明显小于 没有采用该控制策略的系统。当系统受到500N的阶跃和周期干扰时两个悬浮系统同 样具有良好的同步性能。

(2) 由于系统耦合的存在，从解耦的角度出发，对双悬浮系统进行了解耦控制器 设计。本文采用了逆系统解耦的方法。由于电磁悬浮系统是典型的非线性系统，因此 很难推算出电磁悬浮系统的a阶逆系统。为了解决这一问题利用支持向量机的非线性 回归功能拟合出了双电磁悬浮系统的a阶逆系统。将逆系统串联在双悬浮系统前将其 解耦。仿真结果表明当一个悬浮系统受到干扰悬浮气隙发生变化时，另外一个悬浮系 统的悬浮气隙不在发生变化，因此实现了双电磁悬浮系统的解耦目的。

(3) 为了提高解耦后单电磁悬浮系统的性能，根据无源控制理论本文设计了无源 控制器。首先建立悬浮系统的磁链模型，然后建立哈密尔顿函数，通过互联阵和能耗 阵的配置将悬浮系统转化为无源系统，从而建立了新的哈密尔顿函数。通过3个约束 条件求解哈密尔顿偏微分方程推出无源控制器的表达式。仿真结果表明无源控制相比于PID控制和模糊控制PID无源控制使得电磁悬浮系统的具有了较好的快速性和鲁 棒性。

由于时间的原因龙门数控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。