專利名稱：用于調節(jié)線性驅動裝置的位置和/或速度的方法
用于調節(jié)線性驅動裝置的位置和/或速度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于調節(jié)線性驅動裝置、尤其是用于線性機械手的伺服 驅動裝置的位置和/或速度的方法，其中通過具有控制單元的變頻器給電 機供電，并且馬達位置尤其無需傳感器地或者通過位置傳感器來確定。 此外，本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行所述方法的控制設備。
一種已公開的伺服驅動裝置由馬達構成，該馬達和位置測量系統(tǒng)機 械耦合。伺服變頻器用它的輸出級通過電纜給馬達提供電能。用電纜將 位置傳感器的信息返回到伺服放大器。這個措施叫做位置反饋。測得的 位置對速度求微分。轉速調節(jié)器要求位置信號的高質量，因為在位置信 號中的測量噪音或者量化噪音通過微分被放大。位置調節(jié)器直接處理位 置信號和位置預值。也就是說，高動力特性地調節(jié)伺服驅動裝置要求具 有高分辨率的位置檢測，而這種位置檢測是與經濟的方案相反的，因為 很昂貴。
對調節(jié)質量的最高要求，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)中將測量的位置和加 速度轉換成具有小得多噪音的速度信號，例如在Hiller,B.; Lehner W-D.;
"Verbesserung der Regelguete durch Ferraris-Sensoren，， , Antriebstechnik 40,2001, Nr.4"所示的。這些方案的缺點是，用于加速度傳感器和敷設 電纜的附加成本高。
DE 198 51 003 Al公開了另一種裝置，用于獲得用于驅動裝置的轉 子加速度的動態(tài)高質量的且部分合成的信號。
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 更為經濟的方案。如果使用例如EPO 539 401 B所公開的無傳感器的方 案來確定位置，則可替代地完全放棄位置測量。但這兩種方案的缺點是 調節(jié)品質低，對于線性機械手的應用而言不可接受。
因此本發(fā)明的任務是提供一種開頭所述類型的方法。這種方法一方 面避免了上述缺點，并且另一方面采用方法可在質量上提高調節(jié)品質。 通過本發(fā)明完成了此任務。
根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，將馬達位置信號和通過設置在控制
單元中的、布置在線性驅動裝置的運動部件上的加速度計所產生的加速
度信號，數(shù)學方式地計算成速度信號；并且將該速度信號用于調節(jié)驅動 裝置。使用本發(fā)明，在線驅動裝置的調節(jié)方面，首次達到可經濟地檢測 轉子位置，其同樣具有突出的驅動動力特性。通過由設置在隨動部件上 的加速度計所產生的加速度信號，補償了低分辨率的位置檢測的缺點。 此外在調節(jié)品質或者質量方面還有如下優(yōu)點，即由于有了監(jiān)控器， 就取消了馬達位置信號的微分。也就是說，通過加速度計，使在低分辨 率的位置測量系統(tǒng)中比較不準確的位置測量信號提高為可良好使用的 速度信號。
根據(jù)本發(fā)明的特別簡單的方案，馬達位置的確定通過磁阻馬達、尤 其是步進馬達的控制信號無需傳感器地進行。這種磁阻馬達用作滑塊的 驅動裝置。通過磁阻馬達的控制信號可確定馬達位置。
根據(jù)本發(fā)明的特別特征，馬達位置的確定由在控制單元中可供使用 的測量參數(shù)電流和電壓無需傳感器地進行，并且在監(jiān)控器中對馬達位置 信號和加速度信號進行計算，并用于調節(jié)驅動裝置。其優(yōu)點是，不依賴 于檢測馬達位置的類型和方式，就可將加速度信號用于位置和/或速度調 下。
根據(jù)本發(fā)明的替代的特別特征，通過位置傳感器來檢測馬達位置， 并且將該馬達位置信號連同加速度信號在監(jiān)控器中進行計算，并且用于 調節(jié)驅動裝置。如上面已提到，也可以在這種類型的馬達位置測量中，
將加速度信號用于位置和/或速度調節(jié)。
本發(fā)明的任務也在于提供一種執(zhí)行上述方法的控制設備。 用于執(zhí)行所述方法的根據(jù)本發(fā)明的控制設備，其特征在于，設置有 由至少一個位置傳感器和后置的轉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動裝置的運動部件上、尤其是滑塊上的加速度 計；馬達位置的檢測無需傳感器地通過在控制單元中可供使用的測量參 數(shù)電流和電壓完成，或者通過位置傳感器完成；并且一方面馬達位置檢
測裝置以及另 一方面加速度計同監(jiān)控器連接，并且監(jiān)控器的輸出端同轉 速調節(jié)器的輸入端連接。通過根據(jù)本發(fā)明的這種控制設備，首次能使用 成本有利的部件如加速度計對驅動裝置、尤其是線性驅動裝置進行最佳
的經濟的調節(jié)。也就是說根據(jù)本發(fā)明所示的控制設備，實現(xiàn)驅動電子裝 置在驅動裝置的運動部件上隨動，并且加速度傳感器即加速度計作為
MEMS部件直接集成在驅動裝置調節(jié)器中。通過這一措施產生了一種成 本特別有利的構造，因為可以通過高分辨率的位置測量系統(tǒng)，明顯降低 目前很高昂的檢測轉子位置的成本，并且不必放棄最佳的驅動動力特性。
按照本發(fā)明的特別特征，加速度計構造成凝:機電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical System, MEMS),并且集成在隨動的控制單元中。 這種類型的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，因此采購成本很低。
根據(jù)本發(fā)明的改進方案，將加速度計構造成一種多軸的微機電系統(tǒng) (MEMS)。尤其是當該控制單元負責多軸的控制時，也可特別有利地 -使用多軸的加速度計。.
按照本發(fā)明的特別方案，變頻器和具有加速度計的控制單元構造成 單元，并且設置在線性驅動裝置的運動部件上，尤其是在滑塊上。通過 這一措施得到特別緊湊的方案。
借助在附圖中所示的實施例對本發(fā)明進行更加詳細的說明。
這些附圖示出


圖1線性驅動裝置的簡圖，
圖2線性驅動裝置的簡圖，帶有布置在運動部件上的加速度計， 圖3具有位置傳感器的調節(jié)的方框圖， 圖4具有無需傳感器地檢測馬達位置的調節(jié)的方框圖。 首先確定，在所述實施形式中，相同的部件或者狀態(tài)使用相同的參 考標記或者相同的部件附圖，其中，在整個說明書中所包含的公開內 容，可以按其含意轉用到具有相同參考標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1驅動一個線性機械手的滑塊2。變頻器3、優(yōu)選伺 服變頻器安裝在馬達1的附近，并且和滑塊2—起運動。馬達2例如通 過齒帶14驅動滑塊2。變頻器3和馬達1 一起安裝在滑塊2上。
根據(jù)圖2，尤其是構造成永磁激勵的同步電機的馬達1通過具有控 制單元4的變頻器來供電，并且尤其是無需傳感器地、或者通過位置傳 感器來確定馬達位置。具有隨動的驅動電子裝置的分散構造允許給伺服 ;故大器的控制單元4補充一個集成的加速度計5。該加速度計例如形成 微機電系統(tǒng)(MEMS),并且作為部件安裝在控制單元的電路板上。
變頻器3、必要時的功率放大級6以及帶有加速度計5的控制單元4
構造成一個單元，并且設置在線性驅動裝置的運動的部件上，尤其是在 滑塊2上。尤其如果控制單元4負責控制多個軸，則使用一個多軸的加 速度計5當然是有利的。
根據(jù)圖3，在馬達1上設置了一個位置傳感器7。該馬達1通過功 率放大級6供電。設置在驅動裝置的運動部件上的驅動電子裝置由位置 調節(jié)器8、后置的轉速調節(jié)器9和電流調節(jié)器10組成。電流調節(jié)器10 和功率^:大級6連才矣。
由位置傳感器7所產生的馬達位置信號以及由設置在控制單元4中 的、布置在線性驅動裝置的運動部件上的加速度計5所產生的加速度信 號，在監(jiān)控器11中通過數(shù)學方式計算成速度信號。然后將這個速度信 號用于調節(jié)驅動裝置。
根據(jù)圖4，進行無需傳感器地確定馬達位置。馬達位置從控制單元 4中提供使用的測量參數(shù)電流和電壓在馬達位置檢測裝置12的邏輯元 件中通過算法確定。這個馬達位置信號和加速度計5的加速度信號在監(jiān) 控器11中進行計算，并且用于調節(jié)驅動裝置。
在一個特別簡單的方案中，通過磁阻馬達、尤其是步進馬達的控制 信號無需傳感器地確定馬達位置。這種磁阻馬達用作滑塊的驅動裝置。 可通過磁阻馬達的控制信號來確定馬達位置。
正如本身已公開的，在監(jiān)控器11中使用的是一種數(shù)學的模型支持 的方法，這種方法從加速度計5的信號和所計算出的馬達位置生成速度 信號。
上述優(yōu)點是用本方法和所示的控制設備由此達到的驅動電子裝置 在驅動裝置的運動部件上一起運動，并且加速度傳感器即加速度計5作 為MEMS部件直接集成在驅動調節(jié)器中。
最后為了明確起見需要指出的是，在附圖中的單個部件和組件出于 更好地理解本發(fā)明而不成比例并且尺寸有失真。
權利要求
1.用于調節(jié)線性驅動裝置、尤其是用于線性機械手的伺服驅動裝置的位置和/或速度的方法，其中通過具有控制單元的變頻器給電機供電，并且馬達位置尤其無需傳感器地或者通過位置傳感器來確定，其特征在于，將馬達位置信號和由設置在控制單元(4)中的、布置在線性驅動裝置的運動部件上的加速度計(5)所產生的加速度信號，數(shù)學方式地計算成速度信號；并且將該速度信號用于調節(jié)驅動裝置。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述無需傳感器的馬 達位置確定通過磁阻馬達、尤其是步進馬達的控制信號來進行。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述無需傳感器的馬 達位置確定由在控制單元(4)中可供使用的測量參數(shù)電流和電壓來進 行，并且在監(jiān)控器(11 )中將所述馬達位置信號和加速度信號進行計算， 并用于調節(jié)驅動裝置。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述馬達位置通過位 置傳感器(7)來測量；并且將該馬達位置信號和加速度信號在監(jiān)控器(11)中進行計算，并用于調節(jié)驅動裝置。
5. 用于執(zhí)行如權利要求1至4中任一項或多項所述方法的控制設 備，其特征在于，設置有由至少一個位置調節(jié)器(8)和后置的轉速調 節(jié)器(9)所組成的控制單元(4),該控制單元具有設置在線性驅動裝 置的運動部件上、尤其是設置在滑塊(2)上的加速度計(5);所述馬 達位置的檢測無需傳感器地通過在控制單元(4)中可供使用的測量參 數(shù)電流和電壓、或者通過位置傳感器(7)完成；并且一方面馬達位置 檢測裝置(12)以及另一方面加速度計(5)同監(jiān)控器(11)連接，并 且監(jiān)控器(11)的輸出端同轉速調節(jié)器(9)的輸入端連接。
6. 如權利要求4所述的控制設備，其特征在于，所述加速度計(5) 構造為微機電系統(tǒng)(MEMS),并且集成在隨動的控制單元(4)中。
7. 如權利要求4或5所述的控制設備，其特征在于，所述加速度 計(5 )構造為多軸的微機電系統(tǒng)(MEMS )。
8. 如權利要求5至7中任一項或者多項所述的控制設備，其特征 在于，所述變頻器(3)和具有加速度計(5)的控制單元(4)構成為 單元，并且布置在線性驅動裝置的運動部件上，尤其是布置在滑塊(2) 上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調節(jié)線性驅動裝置、尤其是用于線性機械手的伺服驅動裝置的位置和/或速度的方法和控制設備。其中通過具有控制單元(4)的變頻器(3)給電機供電，并且馬達位置尤其無需傳感器地或者通過位置傳感器(7)來確定。將馬達位置信號和通過設置在控制單元(4)中的、布置在線性驅動裝置的運動部件上的加速度計(5)所產生的加速度信號，數(shù)學方式地計算成速度信號；并且將該速度信號用于調節(jié)驅動裝置。將加速度計(5)構造成微機電系統(tǒng)(MEMS)，并且集成在隨動的控制單元(4)中。
文檔編號H02P25/08GK101185237SQ200680017962
公開日2008年5月21日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權日2005年5月25日
發(fā)明者T·卡倫德 申請人:威特曼塑料儀器有限責任公司