專(zhuān)利名稱(chēng)：用于調(diào)節(jié)線性驅(qū)動(dòng)裝置的位置和/或速度的方法
用于調(diào)節(jié)線性驅(qū)動(dòng)裝置的位置和/或速度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于調(diào)節(jié)線性驅(qū)動(dòng)裝置、尤其是用于線性機(jī)械手的伺服 驅(qū)動(dòng)裝置的位置和/或速度的方法，其中通過(guò)具有控制單元的變頻器給電 機(jī)供電，并且馬達(dá)位置尤其無(wú)需傳感器地或者通過(guò)位置傳感器來(lái)確定。 此外，本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行所述方法的控制設(shè)備。
一種已公開(kāi)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置由馬達(dá)構(gòu)成，該馬達(dá)和位置測(cè)量系統(tǒng)機(jī) 械耦合。伺服變頻器用它的輸出級(jí)通過(guò)電纜給馬達(dá)提供電能。用電纜將 位置傳感器的信息返回到伺服放大器。這個(gè)措施叫做位置反饋。測(cè)得的 位置對(duì)速度求微分。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器要求位置信號(hào)的高質(zhì)量，因?yàn)樵谖恢眯?號(hào)中的測(cè)量噪音或者量化噪音通過(guò)微分被放大。位置調(diào)節(jié)器直接處理位 置信號(hào)和位置預(yù)值。也就是說(shuō)，高動(dòng)力特性地調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)裝置要求具 有高分辨率的位置檢測(cè)，而這種位置檢測(cè)是與經(jīng)濟(jì)的方案相反的，因?yàn)?很昂貴。
對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的最高要求，可以去掉微分的缺陷，其辦法是附加地使
用加速度傳感器。在所謂的監(jiān)控器(Beobachter)中將測(cè)量的位置和加 速度轉(zhuǎn)換成具有小得多噪音的速度信號(hào)，例如在Hiller,B.; Lehner W-D.;
"Verbesserung der Regelguete durch Ferraris-Sensoren，， , Antriebstechnik 40,2001, Nr.4"所示的。這些方案的缺點(diǎn)是，用于加速度傳感器和敷設(shè) 電纜的附加成本高。
DE 198 51 003 Al公開(kāi)了另一種裝置，用于獲得用于驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn) 子加速度的動(dòng)態(tài)高質(zhì)量的且部分合成的信號(hào)。
如果使用分辨率比較低的成本有利的傳感器，則在理論上可以得到 更為經(jīng)濟(jì)的方案。如果使用例如EPO 539 401 B所公開(kāi)的無(wú)傳感器的方 案來(lái)確定位置，則可替代地完全放棄位置測(cè)量。但這兩種方案的缺點(diǎn)是 調(diào)節(jié)品質(zhì)低，對(duì)于線性機(jī)械手的應(yīng)用而言不可接受。
因此本發(fā)明的任務(wù)是提供一種開(kāi)頭所述類(lèi)型的方法。這種方法一方 面避免了上述缺點(diǎn)，并且另一方面采用方法可在質(zhì)量上提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。 通過(guò)本發(fā)明完成了此任務(wù)。
根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，將馬達(dá)位置信號(hào)和通過(guò)設(shè)置在控制
單元中的、布置在線性驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上的加速度計(jì)所產(chǎn)生的加速
度信號(hào)，數(shù)學(xué)方式地計(jì)算成速度信號(hào)；并且將該速度信號(hào)用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng) 裝置。使用本發(fā)明，在線驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)方面，首次達(dá)到可經(jīng)濟(jì)地檢測(cè) 轉(zhuǎn)子位置，其同樣具有突出的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力特性。通過(guò)由設(shè)置在隨動(dòng)部件上 的加速度計(jì)所產(chǎn)生的加速度信號(hào)，補(bǔ)償了低分辨率的位置檢測(cè)的缺點(diǎn)。 此外在調(diào)節(jié)品質(zhì)或者質(zhì)量方面還有如下優(yōu)點(diǎn)，即由于有了監(jiān)控器， 就取消了馬達(dá)位置信號(hào)的微分。也就是說(shuō)，通過(guò)加速度計(jì)，使在低分辨 率的位置測(cè)量系統(tǒng)中比較不準(zhǔn)確的位置測(cè)量信號(hào)提高為可良好使用的 速度信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的特別簡(jiǎn)單的方案，馬達(dá)位置的確定通過(guò)磁阻馬達(dá)、尤 其是步進(jìn)馬達(dá)的控制信號(hào)無(wú)需傳感器地進(jìn)行。這種磁阻馬達(dá)用作滑塊的 驅(qū)動(dòng)裝置。通過(guò)磁阻馬達(dá)的控制信號(hào)可確定馬達(dá)位置。
根據(jù)本發(fā)明的特別特征，馬達(dá)位置的確定由在控制單元中可供使用 的測(cè)量參數(shù)電流和電壓無(wú)需傳感器地進(jìn)行，并且在監(jiān)控器中對(duì)馬達(dá)位置 信號(hào)和加速度信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。其優(yōu)點(diǎn)是，不依賴(lài) 于檢測(cè)馬達(dá)位置的類(lèi)型和方式，就可將加速度信號(hào)用于位置和/或速度調(diào) 下。
根據(jù)本發(fā)明的替代的特別特征，通過(guò)位置傳感器來(lái)檢測(cè)馬達(dá)位置， 并且將該馬達(dá)位置信號(hào)連同加速度信號(hào)在監(jiān)控器中進(jìn)行計(jì)算，并且用于 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。如上面已提到，也可以在這種類(lèi)型的馬達(dá)位置測(cè)量中，
將加速度信號(hào)用于位置和/或速度調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的任務(wù)也在于提供一種執(zhí)行上述方法的控制設(shè)備。 用于執(zhí)行所述方法的根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有 由至少一個(gè)位置傳感器和后置的轉(zhuǎn)速傳感器所述組成的控制單元，該控 制單元具有布置在線性驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上、尤其是滑塊上的加速度 計(jì)；馬達(dá)位置的檢測(cè)無(wú)需傳感器地通過(guò)在控制單元中可供使用的測(cè)量參 數(shù)電流和電壓完成，或者通過(guò)位置傳感器完成；并且一方面馬達(dá)位置檢
測(cè)裝置以及另 一方面加速度計(jì)同監(jiān)控器連接，并且監(jiān)控器的輸出端同轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)器的輸入端連接。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的這種控制設(shè)備，首次能使用 成本有利的部件如加速度計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置、尤其是線性驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行最佳
的經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)。也就是說(shuō)根據(jù)本發(fā)明所示的控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電子裝 置在驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上隨動(dòng)，并且加速度傳感器即加速度計(jì)作為
MEMS部件直接集成在驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)節(jié)器中。通過(guò)這一措施產(chǎn)生了一種成 本特別有利的構(gòu)造，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)高分辨率的位置測(cè)量系統(tǒng)，明顯降低 目前很高昂的檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的成本，并且不必放棄最佳的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力特性。
按照本發(fā)明的特別特征，加速度計(jì)構(gòu)造成凝:機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical System, MEMS),并且集成在隨動(dòng)的控制單元中。 這種類(lèi)型的MEMS在外形上具有小型電子元件的形狀，并且可以大量 地生產(chǎn)，因此采購(gòu)成本很低。
根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)方案，將加速度計(jì)構(gòu)造成一種多軸的微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)。尤其是當(dāng)該控制單元負(fù)責(zé)多軸的控制時(shí)，也可特別有利地 -使用多軸的加速度計(jì)。.
按照本發(fā)明的特別方案，變頻器和具有加速度計(jì)的控制單元構(gòu)造成 單元，并且設(shè)置在線性驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上，尤其是在滑塊上。通過(guò) 這一措施得到特別緊湊的方案。
借助在附圖中所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明。
這些附圖示出


圖1線性驅(qū)動(dòng)裝置的簡(jiǎn)圖，
圖2線性驅(qū)動(dòng)裝置的簡(jiǎn)圖，帶有布置在運(yùn)動(dòng)部件上的加速度計(jì)， 圖3具有位置傳感器的調(diào)節(jié)的方框圖， 圖4具有無(wú)需傳感器地檢測(cè)馬達(dá)位置的調(diào)節(jié)的方框圖。 首先確定，在所述實(shí)施形式中，相同的部件或者狀態(tài)使用相同的參 考標(biāo)記或者相同的部件附圖，其中，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中所包含的公開(kāi)內(nèi) 容，可以按其含意轉(zhuǎn)用到具有相同參考標(biāo)記或者相同部件附圖的相同部 件或者狀態(tài)上。
根據(jù)圖1，馬達(dá)1驅(qū)動(dòng)一個(gè)線性機(jī)械手的滑塊2。變頻器3、優(yōu)選伺 服變頻器安裝在馬達(dá)1的附近，并且和滑塊2—起運(yùn)動(dòng)。馬達(dá)2例如通 過(guò)齒帶14驅(qū)動(dòng)滑塊2。變頻器3和馬達(dá)1 一起安裝在滑塊2上。
根據(jù)圖2，尤其是構(gòu)造成永磁激勵(lì)的同步電機(jī)的馬達(dá)1通過(guò)具有控 制單元4的變頻器來(lái)供電，并且尤其是無(wú)需傳感器地、或者通過(guò)位置傳 感器來(lái)確定馬達(dá)位置。具有隨動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電子裝置的分散構(gòu)造允許給伺服 ;故大器的控制單元4補(bǔ)充一個(gè)集成的加速度計(jì)5。該加速度計(jì)例如形成 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS),并且作為部件安裝在控制單元的電路板上。
變頻器3、必要時(shí)的功率放大級(jí)6以及帶有加速度計(jì)5的控制單元4
構(gòu)造成一個(gè)單元，并且設(shè)置在線性驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)的部件上，尤其是在 滑塊2上。尤其如果控制單元4負(fù)責(zé)控制多個(gè)軸，則使用一個(gè)多軸的加 速度計(jì)5當(dāng)然是有利的。
根據(jù)圖3，在馬達(dá)1上設(shè)置了一個(gè)位置傳感器7。該馬達(dá)1通過(guò)功 率放大級(jí)6供電。設(shè)置在驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上的驅(qū)動(dòng)電子裝置由位置 調(diào)節(jié)器8、后置的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器9和電流調(diào)節(jié)器10組成。電流調(diào)節(jié)器10 和功率^:大級(jí)6連才矣。
由位置傳感器7所產(chǎn)生的馬達(dá)位置信號(hào)以及由設(shè)置在控制單元4中 的、布置在線性驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上的加速度計(jì)5所產(chǎn)生的加速度信 號(hào)，在監(jiān)控器11中通過(guò)數(shù)學(xué)方式計(jì)算成速度信號(hào)。然后將這個(gè)速度信 號(hào)用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。
根據(jù)圖4，進(jìn)行無(wú)需傳感器地確定馬達(dá)位置。馬達(dá)位置從控制單元 4中提供使用的測(cè)量參數(shù)電流和電壓在馬達(dá)位置檢測(cè)裝置12的邏輯元 件中通過(guò)算法確定。這個(gè)馬達(dá)位置信號(hào)和加速度計(jì)5的加速度信號(hào)在監(jiān) 控器11中進(jìn)行計(jì)算，并且用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。
在一個(gè)特別簡(jiǎn)單的方案中，通過(guò)磁阻馬達(dá)、尤其是步進(jìn)馬達(dá)的控制 信號(hào)無(wú)需傳感器地確定馬達(dá)位置。這種磁阻馬達(dá)用作滑塊的驅(qū)動(dòng)裝置。 可通過(guò)磁阻馬達(dá)的控制信號(hào)來(lái)確定馬達(dá)位置。
正如本身已公開(kāi)的，在監(jiān)控器11中使用的是一種數(shù)學(xué)的模型支持 的方法，這種方法從加速度計(jì)5的信號(hào)和所計(jì)算出的馬達(dá)位置生成速度 信號(hào)。
上述優(yōu)點(diǎn)是用本方法和所示的控制設(shè)備由此達(dá)到的驅(qū)動(dòng)電子裝置 在驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上一起運(yùn)動(dòng)，并且加速度傳感器即加速度計(jì)5作 為MEMS部件直接集成在驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器中。
最后為了明確起見(jiàn)需要指出的是，在附圖中的單個(gè)部件和組件出于 更好地理解本發(fā)明而不成比例并且尺寸有失真。
權(quán)利要求
1.用于調(diào)節(jié)線性驅(qū)動(dòng)裝置、尤其是用于線性機(jī)械手的伺服驅(qū)動(dòng)裝置的位置和/或速度的方法，其中通過(guò)具有控制單元的變頻器給電機(jī)供電，并且馬達(dá)位置尤其無(wú)需傳感器地或者通過(guò)位置傳感器來(lái)確定，其特征在于，將馬達(dá)位置信號(hào)和由設(shè)置在控制單元(4)中的、布置在線性驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上的加速度計(jì)(5)所產(chǎn)生的加速度信號(hào)，數(shù)學(xué)方式地計(jì)算成速度信號(hào)；并且將該速度信號(hào)用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述無(wú)需傳感器的馬 達(dá)位置確定通過(guò)磁阻馬達(dá)、尤其是步進(jìn)馬達(dá)的控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述無(wú)需傳感器的馬 達(dá)位置確定由在控制單元(4)中可供使用的測(cè)量參數(shù)電流和電壓來(lái)進(jìn) 行，并且在監(jiān)控器(11 )中將所述馬達(dá)位置信號(hào)和加速度信號(hào)進(jìn)行計(jì)算， 并用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述馬達(dá)位置通過(guò)位 置傳感器(7)來(lái)測(cè)量；并且將該馬達(dá)位置信號(hào)和加速度信號(hào)在監(jiān)控器(11)中進(jìn)行計(jì)算，并用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。
5. 用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述方法的控制設(shè) 備，其特征在于，設(shè)置有由至少一個(gè)位置調(diào)節(jié)器(8)和后置的轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器(9)所組成的控制單元(4),該控制單元具有設(shè)置在線性驅(qū)動(dòng)裝 置的運(yùn)動(dòng)部件上、尤其是設(shè)置在滑塊(2)上的加速度計(jì)(5);所述馬 達(dá)位置的檢測(cè)無(wú)需傳感器地通過(guò)在控制單元(4)中可供使用的測(cè)量參 數(shù)電流和電壓、或者通過(guò)位置傳感器(7)完成；并且一方面馬達(dá)位置 檢測(cè)裝置(12)以及另一方面加速度計(jì)(5)同監(jiān)控器(11)連接，并 且監(jiān)控器(11)的輸出端同轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(9)的輸入端連接。
6. 如權(quán)利要求4所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述加速度計(jì)(5) 構(gòu)造為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS),并且集成在隨動(dòng)的控制單元(4)中。
7. 如權(quán)利要求4或5所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述加速度 計(jì)(5 )構(gòu)造為多軸的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS )。
8. 如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)或者多項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征 在于，所述變頻器(3)和具有加速度計(jì)(5)的控制單元(4)構(gòu)成為 單元，并且布置在線性驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上，尤其是布置在滑塊(2) 上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)線性驅(qū)動(dòng)裝置、尤其是用于線性機(jī)械手的伺服驅(qū)動(dòng)裝置的位置和/或速度的方法和控制設(shè)備。其中通過(guò)具有控制單元(4)的變頻器(3)給電機(jī)供電，并且馬達(dá)位置尤其無(wú)需傳感器地或者通過(guò)位置傳感器(7)來(lái)確定。將馬達(dá)位置信號(hào)和通過(guò)設(shè)置在控制單元(4)中的、布置在線性驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)部件上的加速度計(jì)(5)所產(chǎn)生的加速度信號(hào)，數(shù)學(xué)方式地計(jì)算成速度信號(hào)；并且將該速度信號(hào)用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。將加速度計(jì)(5)構(gòu)造成微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，并且集成在隨動(dòng)的控制單元(4)中。
文檔編號(hào)H02P25/08GK101185237SQ200680017962
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者T·卡倫德 申請(qǐng)人:威特曼塑料儀器有限責(zé)任公司