CN100583622C - 用于调节线性驱动装置的位置和/或速度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节线性驱动装置、尤其是用于线性机械手的伺服驱动装置的位置和/或速度的方法和控制设备。其中通过具有控制单元(4)的变频器(3)给电马达供电，并且马达位置尤其无需传感器地或者通过位置传感器(7)来确定。将马达位置信号和通过设置在控制单元(4)中的、布置在线性驱动装置的运动部件上的加速度计(5)所产生的加速度信号，数学方式地计算成速度信号；并且将该速度信号用于调节驱动装置。将加速度计(5)构造成微机电系统(MEMS)，并且集成在随动的控制单元(4)中。

Description

用于调节线性驱动装置的位置和/或速度的方法
本发明涉及用于调节线性驱动装置、尤其是用于线性机械手的伺服驱动装置的位置和/或速度的方法，其中通过具有控制单元的变频器给电机供电，并且马达位置尤其无需传感器地或者通过位置传感器来确定。此外，本发明还涉及用于执行所述方法的控制设备。
一种已公开的伺服驱动装置由马达构成，该马达和位置测量系统机械耦合。伺服变频器用它的输出级通过电缆给马达提供电能。用电缆将位置传感器的信息返回到伺服放大器。这个措施叫做位置反馈。测得的位置对速度求微分。转速调节器要求位置信号的高质量，因为在位置信号中的测量噪音或者量化噪音通过微分被放大。位置调节器直接处理位置信号和位置预值。也就是说，高动力特性地调节伺服驱动装置要求具有高分辨率的位置检测，而这种位置检测是与经济的方案相反的，因为很昂贵。
对调节质量的最高要求，可以去掉微分的缺陷，其办法是附加地使用加速度传感器。在所谓的监控器(Beobachter)中将测量的位置和加速度转换成具有小得多噪音的速度信号，例如在Hiller，B.；Lehner W-D.；“Verbesserung der Regelguete durch Ferraris-Sensoren”，Antriebstechnik40，2001，Nr.4”所示的。这些方案的缺点是，用于加速度传感器和敷设电缆的附加成本高。
DE 198 51 003 A1公开了另一种装置，用于获得用于驱动装置的转子加速度的动态高质量的且部分合成的信号。
如果使用分辨率比较低的成本有利的传感器，则在理论上可以得到更为经济的方案。如果使用例如EP 0 539 401 B所公开的无传感器的方案来确定位置，则可替代地完全放弃位置测量。但这两种方案的缺点是调节品质低，对于线性机械手的应用而言不可接受。
因此本发明的任务是提供一种开头所述类型的方法。这种方法一方面避免了上述缺点，并且另一方面采用方法可在质量上提高调节品质。
通过本发明完成了此任务。
根据本发明的方法的特征在于，将马达位置信号和通过设置在控制单元中的、布置在线性驱动装置的运动部件上的加速度计所产生的加速度信号，数学方式地计算成速度信号；并且将该速度信号用于调节驱动装置。使用本发明，在线驱动装置的调节方面，首次达到可经济地检测转子位置，其同样具有突出的驱动动力特性。通过由设置在随动部件上的加速度计所产生的加速度信号，补偿了低分辨率的位置检测的缺点。
此外在调节品质或者质量方面还有如下优点，即由于有了监控器，就取消了马达位置信号的微分。也就是说，通过加速度计，使在低分辨率的位置测量系统中比较不准确的位置测量信号提高为可良好使用的速度信号。
根据本发明的特别简单的方案，马达位置的确定通过磁阻马达、尤其是步进马达的控制信号无需传感器地进行。这种磁阻马达用作滑块的驱动装置。通过磁阻马达的控制信号可确定马达位置。
根据本发明的特别特征，马达位置的确定由在控制单元中可供使用的测量参数电流和电压无需传感器地进行，并且在监控器中对马达位置信号和加速度信号进行计算，并用于调节驱动装置。其优点是，不依赖于检测马达位置的类型和方式，就可将加速度信号用于位置和/或速度调节。
根据本发明的替代的特别特征，通过位置传感器来检测马达位置，并且将该马达位置信号连同加速度信号在监控器中进行计算，并且用于调节驱动装置。如上面已提到，也可以在这种类型的马达位置测量中，将加速度信号用于位置和/或速度调节。
本发明的任务也在于提供一种执行上述方法的控制设备。
用于执行所述方法的根据本发明的控制设备，其特征在于，设置有由至少一个位置传感器和后置的转速传感器所述组成的控制单元，该控制单元具有布置在线性驱动装置的运动部件上、尤其是滑块上的加速度计；马达位置的检测无需传感器地通过在控制单元中可供使用的测量参数电流和电压完成，或者通过位置传感器完成；并且一方面马达位置检测装置以及另一方面加速度计同监控器连接，并且监控器的输出端同转速调节器的输入端连接。通过根据本发明的这种控制设备，首次能使用成本有利的部件如加速度计对驱动装置、尤其是线性驱动装置进行最佳的经济的调节。也就是说根据本发明所示的控制设备，实现驱动电子装置在驱动装置的运动部件上随动，并且加速度传感器即加速度计作为MEMS部件直接集成在驱动装置调节器中。通过这一措施产生了一种成本特别有利的构造，因为可以通过高分辨率的位置测量系统，明显降低目前很高昂的检测转子位置的成本，并且不必放弃最佳的驱动动力特性。
按照本发明的特别特征，加速度计构造成微机电系统(MicroElectro-Mechanical System，MEMS)，并且集成在随动的控制单元中。这种类型的MEMS在外形上具有小型电子元件的形状，并且可以大量地生产，因此采购成本很低。
根据本发明的改进方案，将加速度计构造成一种多轴的微机电系统(MEMS)。尤其是当该控制单元负责多轴的控制时，也可特别有利地使用多轴的加速度计。
按照本发明的特别方案，变频器和具有加速度计的控制单元构造成单元，并且设置在线性驱动装置的运动部件上，尤其是在滑块上。通过这一措施得到特别紧凑的方案。
借助在附图中所示的实施例对本发明进行更加详细的说明。
这些附图示出：
图1线性驱动装置的简图，
图2线性驱动装置的简图，带有布置在运动部件上的加速度计，
图3具有位置传感器的调节的方框图，
图4具有无需传感器地检测马达位置的调节的方框图。
首先确定，在所述实施形式中，相同的部件或者状态使用相同的参考标记或者相同的部件附图，其中，在整个说明书中所包含的公开内容，可以按其含意转用到具有相同参考标记或者相同部件附图的相同部件或者状态上。
根据图1，马达1驱动一个线性机械手的滑块2。变频器3、优选伺服变频器安装在马达1的附近，并且和滑块2一起运动。马达2例如通过齿带14驱动滑块2。变频器3和马达1一起安装在滑块2上。
根据图2，尤其是构造成永磁激励的同步电机的马达1通过具有控制单元4的变频器来供电，并且尤其是无需传感器地、或者通过位置传感器来确定马达位置。具有随动的驱动电子装置的分散构造允许给伺服放大器的控制单元4补充一个集成的加速度计5。该加速度计例如形成微机电系统(MEMS)，并且作为部件安装在控制单元的电路板上。
变频器3、必要时的功率放大级6以及带有加速度计5的控制单元4构造成一个单元，并且设置在线性驱动装置的运动的部件上，尤其是在滑块2上。尤其如果控制单元4负责控制多个轴，则使用一个多轴的加速度计5当然是有利的。
根据图3，在马达1上设置了一个位置传感器7。该马达1通过功率放大级6供电。设置在驱动装置的运动部件上的驱动电子装置由位置调节器8、后置的转速调节器9和电流调节器10组成。电流调节器10和功率放大级6连接。
由位置传感器7所产生的马达位置信号以及由设置在控制单元4中的、布置在线性驱动装置的运动部件上的加速度计5所产生的加速度信号，在监控器11中通过数学方式计算成速度信号。然后将这个速度信号用于调节驱动装置。
根据图4，进行无需传感器地确定马达位置。马达位置从控制单元4中提供使用的测量参数电流和电压在马达位置检测装置12的逻辑元件中通过算法确定。这个马达位置信号和加速度计5的加速度信号在监控器11中进行计算，并且用于调节驱动装置。
在一个特别简单的方案中，通过磁阻马达、尤其是步进马达的控制信号无需传感器地确定马达位置。这种磁阻马达用作滑块的驱动装置。可通过磁阻马达的控制信号来确定马达位置。
正如本身已公开的，在监控器11中使用的是一种数学的模型支持的方法，这种方法从加速度计5的信号和所计算出的马达位置生成速度信号。
上述优点是用本方法和所示的控制设备由此达到的：驱动电子装置在驱动装置的运动部件上一起运动，并且加速度传感器即加速度计5作为MEMS部件直接集成在驱动调节器中。
最后为了明确起见需要指出的是，在附图中的单个部件和组件出于更好地理解本发明而不成比例并且尺寸有失真。

Claims (9)

1.用于调节线性驱动装置的位置和/或速度的方法，其中通过具有控制单元的变频器给电马达供电，其特征在于，无需传感器地确定马达位置，并且将马达位置信号和由设置在控制单元(4)中的、布置在线性驱动装置的运动部件上的微机电系统(MEMS)加速度计(5)所产生的加速度信号，数学方式地计算成速度信号；并且将该速度信号用于调节驱动装置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无需传感器的马达位置确定通过磁阻马达的控制信号来进行。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无需传感器的马达位置确定由在控制单元(4)中可供使用的测量参数电流和电压来进行，并且在监控器(11)中将所述马达位置信号和加速度信号进行计算，并用于调节驱动装置。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线性驱动装置是用于线性机械手的伺服驱动装置。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无需传感器的马达位置确定通过步进马达的控制信号来进行。
6.用于执行如权利要求1至5中任一项所述方法的控制设备，其特征在于，所述变频器(3)、由至少一个位置调节器(8)和后置的转速调节器(9)所组成的且具有布置在线性驱动装置的运动部件上的微机电系统(MEMS)加速度计(5)的控制单元(4)构造成单元；所述马达位置的检测无需传感器地通过在控制单元(4)中可供使用的测量参数电流和电压完成；并且一方面马达位置检测装置(12)以及另一方面微机电系统(MEMS)加速度计(5)同监控器(11)连接，并且监控器(11)的输出端同转速调节器(9)的输入端连接。
7.如权利要求6所述的控制设备，其特征在于，所述加速度计(5)构造为微机电系统(MEMS)，并且集成在随动的控制单元(4)中。
8.如权利要求6或7所述的控制设备，其特征在于，所述加速度计(5)构造为多轴的微机电系统(MEMS)。
9.如权利要求6所述的控制设备，其特征在于，所述运动部件是滑块(2)。
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