CN101512892B - 方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制轴的运动的方法，所述轴的驱动装置相连接用于交换能量，特别是通过连接分别由驱动装置包含的转换器的中间电路，其中在运动开始前预先确定运动顺序，其中首先确定限时轴，然后确定所述限时轴的移动曲线，之后将相应的总能量消耗配属于其它轴的可能的移动曲线，从中选出最小的总能量需求所属的那个曲线，然后进行运动。

Description

方法和设备

技术领域

本发明涉及一种方法和设备。

背景技术

电驱动装置包括由转换器供电的电机，该电机直接地或者通过传动装置来驱动负载。

在WO 2005/117248 A1中公开了一种高架式仓库系统，其中设置有具有所属的电流消耗值或者电流输出值的几个单独的预定的运动曲线/运动型式。在此，确定反馈到能量供给电路中的能量(WO 2005/117248 A1的权利要求15)。

在DE 33 09 370 A1中公开了一种用于对两个异步电机的启动加速和空载运行施加影响的方法。

发明内容

本发明的目的在于，使设备可以尽可能紧凑且廉价地制造并且在此节省能量。

根据本发明，该目的通过具有下述特征的设备以及方法来实现。

在用于控制轴——所述各轴的驱动装置为交换能量而相连接，特别是通过连接分别由各驱动装置包含的转换器的中间电路——的运动的方法方面的重要特征在于，在运动开始前预先确定运动顺序，其中

-首先确定限时的/时间苛刻的(zeitkritisch)轴，

-然后确定所述限时轴的移动曲线，

-之后将相应的总能量消耗配属于其它轴的可能的移动曲线，

-从中选出最小的总能量需求所属的那个移动曲线，

-然后进行运动，

其中规定，从初始状态、特别是初始位置向终端状态、特别是终端位置运动，

其中用于限时轴的移动曲线以最大加速度和最大制动加速度来确定。

在这里，须通过包括驱动装置的设备的供电线路输送而用于进行运动的那个能量被作为总能量。

在根据WO 2005/117248 A1的权利要求15的现有技术中，虽然确定反馈到能量供给电路中的能量；然而未确定通过高架式仓库系统的供电线路输入的能量或者功率。而在本发明中，则确定要输送的总能量，然后确定最小值。

本发明中的优点在于，通过确定限时轴可快速地进行运动，并且通过其它轴的相关的移动顺序可以实现节省能量。尽管如此，该运动并不缓慢而是尽可能快速地进行，其中该运动在此不仅涉及一个轴而且涉及相互关联的多个轴。其中，从初始状态、特别是初始位置向终端状态、特别是终端位置运动的优点在于，可以以节省能量的方式在极短的时间内进行定位运动。以最大的加速度和制动加速度来确定用于限时轴的移动曲线的优点在于，可以利用限时轴进行尽可能快的运动。

在一种有利的设计方案中，用于其它各轴及其移动曲线的从属于运动的时间间隔特别是利用属于此的加速度值以及制动加速度值如此确定，使得由为交换能量而连接的各驱动装置通过能量供给线路供应的、对于运动所需的峰值功率尽可能地小，特别是最小化。因此可以以有利的方式仅输入较小的功率。特别是在进行运动时要输入的最大功率即峰值功率尽可能地小。这可以实现细的芯线并且由此廉价的电线作为用于根据本发明运行的设备的供电线路。由此不仅总能量消耗保持最小化，而且须由外部总共输入到该设备上的峰值功率保持较小。这带来构造上的优点，如相当细的导线横截面以及可相当小地确定尺寸的电或电子元件。这例如还涉及用于制造单极中间电路电压的整流二极管或者用于阻抑谐波的电源滤波扼流圈。

在本发明中，还考虑取决于各轴的速度的摩擦损耗。特别是当速度降低时，摩擦损耗减少。因此有利的是，降低其它非限时轴的速度。但在此首先如此执行其它轴的以电动机模式的运行，使得其它轴能消耗由限时轴的发电机模式的运行而产生的尽可能多的能量。

其中优点在于，由一轴以发电机运行方式产生的能量可以提供给其它轴。因此减少了在运动时的总能量消耗。

在一种有利的设计方案中，如此设置用于其它各轴的从属于运动的时间间隔，即包括至少一个时间范围，在该时间范围内限时轴被制动，特别是设置限时轴的制动加速度。其中优点在于，其它轴尽可能地消耗由限时轴回馈的能量。因此仅需要小的峰值功率。

在一种有利的设计方案中，当限时轴以发电机模式运行时，至少其它轴便运行。其中优点在于，限时轴以发电机模式产生的能量能由其它轴来消耗。

此外，在其它轴以发电机模式运行时，能量能输送到在该时间期间内以电动机模式运行的限时轴上。

在一种有利的设计方案中，其它轴以相对于最大允许速度降低的速度运行，从而这些轴至少在限时轴以发电机模式运行的整个时间段内运行。其中优点在于，在速度降低的情况下减少了摩擦损耗，并且由此可以节省能量。

在所述设备方面本发明的重要特征在于，该设备包括驱动(多个)轴的驱动装置，这些驱动装置分别包括至少一个包含中间电路的转换器，其中转换器的中间电路彼此连接而用于交换能量，其中设置有至少一个计算机，该计算机包括用于预先确定轴运动的器件，特别是其中该计算机还包括用于确定总能量优化的轴运动的器件。

其中优点在于，通过预测和考虑可实现的能量交换，在没有增大时间需求的情况下，可以以节省能量的方式进行运动。

在一种有利的设计方案中，所述设备包括计算机，特别是用于预先计算轨迹的控制装置，特别是用于预先计算和控制在运动时相互关联的驱动装置。在该设备相应的设计方案中，轴运动的反馈不是必要的。其中优点在于，因为仅必须控制相互关联的轨迹，所以没有实现集中式SPS，而是实现了计算容量的分布式布置。不言而喻，还可以考虑上级控制装置和/或SPS的通用指令。

在一种有利的设计方案中，计算机和驱动装置能设置用于进行主从调节，其中限时轴设计为主站，而其它轴设计为从站。其优点在于，因为可以控制从站作为主站驱动装置的功能，所以没有产生时间损失。

在一种有利的设计方案中，计算机内置设置在转换器之一中。其中优点在于，不需要分离的计算机，并且由此可以节省壳体。

在一种有利的设计方案中，所述设备为高架式操纵装置，特别是具有至少一个用于提升机构的驱动装置以及用于使包括提升机构的主运输工具运动的另一驱动装置。其中优点在于，降低了该装置的能量消耗，并且由此该装置的能量供给线路可以用于相应较小的功率。例如以这种方式可以更好地利用滑接线，或者甚至使用用于无接触地给主运输工具供给能量的系统，其中能量供给通过感应耦合来实现。

具体实施方式

现在借助附图详细阐述本发明：

本发明可以有利地在具有至少两个驱动装置的机器或者设备中应用，这两个驱动装置特别是可以相互关联地移动。

当例如第一驱动装置驱动机器的第一轴并且第二驱动装置驱动第二轴时，任务经常是从初始状态(x1，y1)移动到终端状态(x2，y2)，其中x1为第一轴的初始位置而x2为第一轴的终端位置，以及y1为第二轴的初始位置而y2为第二轴的终端位置。

轴由电机来驱动并且设计为旋转轴或者直线轴，该电机可以包含于电驱动装置中。

每个驱动装置对应一个最大加速度。

其中一个驱动装置根据状态参数为限时的驱动装置。这就是说，所属的轴从初始位置到达终端位置所需的持续时间决定由机器的初始状态到终端状态的持续时间。在此，设置最大加速度、速度以及制动加速度。

这在图1中说明，其中绘出速度-时间曲线。在此轴x为限时轴。所述速度以最大允许加速度来启动，直至达到最大允许速度。为了制动，应用最大允许制动加速度。

另一轴以能量优化的方式移动。这就是说，这样——更确切地说在这样的时间间隔内选择加速度值和制动加速度，使得全部功率消耗尽可能小。以这种方式，可使在制动x轴时以发电机模式产生的能量用于使z轴移动。

为此，驱动装置的中间电路为交换能量而以有利的方式相互连接。在此，各个驱动装置的每个转换器具有用于从给转换器供电的电网电压中产生单级电压的整流器，其中单级电压为中间电路电压并且施加在电容器上。然后由该中间电路电压给输出级供电，该输出级包括可由转换器的电子控制装置控制的电子断路器。

在本发明中，第一转换器的中间电路与第二转换器的中间电路连接并且可以交换能量。

在图1中可十分清楚地看出，在制动x轴时输入中间电路的能量被用于使z轴移动。因为z轴的移动行程小于x轴的移动行程的一半，所以z轴在超过x的一半行程时才启动。

当在此z轴的移动行程小得多时，用于z轴的时间间隔可能会长短不等并且会选择具有最小功率消耗的那个时间间隔，其中考虑到摩擦。这便导致移动尽可能缓慢。

因此重要的是，使用于移动过程的、由能量耦合的所有转换器总共消耗的能量最小。

轴x和轴z还可以是货架操作装置的移动轴和升降轴，该货架操作装置包括用于整个运输工具的移动装置以及用于竖直传送装置的提升驱动装置。

图2示出了这种情况，即升降轴(在此为z轴)下降，而x轴构造成移动轴。在此，运输工具以x轴移动，即初始加速，并在结束时制动。在此，x轴是限时的。当z轴尽可能在x轴的整个移动时间期间下降时，便实现能量优化的结果。

图3示出了这种情况，即z轴为限时轴，而x轴以降低的速度移动，以便减少摩擦损耗并且特别是在制动z轴时由x轴消耗至少一部分的、z轴以发电机模式产生的能量。也就是说，该z轴在此以小于最大允许制动加速度的制动加速度来运行。

图4示出了这种情况，即x轴缓慢地、亦即以小的制动力矩制动，而作为限时轴的z轴以最大允许制动力矩制动。在此，因为x轴的制动过程较早地开始，所以x轴的能量在z轴的制动过程开始之前便由z轴接受。

总之，在本发明中，首先确定限时轴，然后确定用于该轴的尽可能快的移动方式。此后确定用于另一轴的移动曲线、特别是速度曲线，其中选出在配属于各移动曲线的总能量消耗中的最小值。在此还考虑摩擦损耗功率。

然而该工作方法需要预测。这就是说，计算机在执行运动之前首先执行所述的确定，然后才可以开始运动。

在本发明中，通过中间电路的联接可以实现在各驱动装置的转换器之间的能量交换。因此由在发电机运行方式中运行的驱动装置产生的能量可以转移到以电动机方式工作的驱动装置上。其它通过可从中间电路供电的制动电阻消耗的能量减小。

在其它根据本发明的实施例中，不是确定用于其它轴的所有可能的移动曲线及其所属的总能量，而是为可能的移动曲线配备其值域被确定的参数，也就是说确定边界条件。边界条件例如有用于使其它轴移动的时间范围、最大加速度等。之后采用一优化方法用于在所述的多维参数空间中确定至少局部的最佳值。主要在总能量方面进行优化。当可能出现多个解决方案时，还在尽可能小的要输送的峰值功率方面进行优化。

在其它根据本发明的实施例中，输入用于其它移动曲线的额外调节，所述调节针对/面向于相应的设备。因此能进一步限制参数空间并且能较简单且快速地进行优化。特别是不仅能找到局部的最佳值而且能找到绝对的最佳值。

在其它根据本发明的实施例中，一供电模块给所有转换器供给中间电路电压，从而各转换器不需要各自的整流器来对电网电压整流。因为在该供电模块中需要一个整流器来对电网电压整流。此外，可以在该供电模块中设置制动电阻和/或电网反馈单元。可选地，该供电模块可以配备有矩阵转换器，从而由此可以代替整流器和反馈装置。以这种方式，总共需要少量的功率半导体元件。

转换器基本上设计为逆变器和/或作为逆变器运行，从而其能由单级中间电路电压提供用于给驱动装置的电机供电的交流电压。

特别是以多轴运行的货架操作装置、机器人、搬运系统、或者其它的具有多个能以相互依赖的方式运行的轴的机器和设备可以用作设备。

附图标记表

1    限时轴x

2    另一轴z

Claims (14)

1.一种用于控制轴的运动的方法，所述轴的驱动装置相连接用于交换能量，其特征在于，在运动开始前预先确定运动顺序，其中

-首先确定限时轴，

-然后确定所述限时轴的移动曲线，

-之后将相应的总能量消耗配属于其它轴的可能的移动曲线，

-从中选出最小的总能量需求所属的那个移动曲线，

-然后进行运动，

其中规定，从初始状态向终端状态运动，

其中，用于所述限时轴的移动曲线以最大加速度和最大制动加速度来确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驱动装置的所述连接通过使分别由所述驱动装置包含的转换器的中间电路相连接来进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始状态是初始位置，所述终端状态是终端位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，用于其它各轴及其移动曲线的、从属于运动的时间间隔如此确定，使得由为交换能量而连接的驱动装置通过能量供给线路供应的、对于运动所需的峰值功率为最小。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述时间间隔利用属于所述其它各轴及其移动曲线的加速度值以及制动加速度值来确定。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，如此设置用于其它各轴的从属于运动的时间间隔，即包括至少一个时间范围，在所述时间范围内所述限时轴被制动，亦即所述限时轴的制动加速度被设置。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当所述限时轴以发电机模式运行时，至少其它轴运行。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，其它轴以相对于最大允许速度降低的速度运行，从而这些轴至少在限时轴以发电机模式运行的整个时间段内运行。

9.一种用于实施根据前述权利要求之任一项所述的方法的设备，其中所述设备包括对轴进行驱动的驱动装置，所述驱动装置分别包括至少一个包含中间电路的转换器，其中所述转换器的中间电路彼此连接以用于交换能量，其中设置有至少一个计算机，所述计算机设置用于：

-在运动开始前预先确定从初始状态向终端状态运动的运动顺序、即轴运动，

-确定限时轴的移动曲线，

-将相应的总能量消耗配属于其它轴的可能的移动曲线，

-通过所述限时轴的最大加速度以及最大制动加速度和通过最小的总能量需求来选择移动曲线，以及

-实施所述移动曲线。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述初始状态是初始位置，所述终端状态是终端位置。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述计算机包括用于包含驱动装置的轴的控制装置，以预先计算和控制在运动时相互关联的驱动装置。

12.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述计算机和驱动装置能设置用于进行主从调节，其中限时轴设计为主站，而其他的轴设计为从站。

13.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述计算机内置设置在所述转换器之一中。

14.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述设备为高架式操纵装置，该高架式操纵装置至少具有一用于提升机构的驱动装置以及用于使包括提升机构的主运输工具运动的另一驱动装置。

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