CN103032517A

CN103032517A - 不进行直接的加速度检测的主动减振器

Info

Publication number: CN103032517A
Application number: CN2012103706915A
Authority: CN
Inventors: 乌韦·拉德拉; 埃尔玛·谢菲尔斯; 托尔斯滕·舒尔曼; 迪特马·施托伊贝尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: US8763771B2; CN103032517B; JP5623485B2; US20130081914A1; EP2574821B1; JP2013080468A; EP2574821A1

Abstract

本发明涉及一种用于主动减振器（2）的运行方法，主动减振器具有能相对于能振动的机械结构（1）运动的平衡块（3）。由主动减振器的控制装置根据控制装置输送的测量值确定机械结构在活动范围内的绝对运动。由控制装置考虑确定的绝对运动为平衡块确定减弱机械结构的振动的补偿运动。布置在机械结构上的、对平衡块起作用的平衡驱动装置由控制装置相应于确定的补偿运动控制，从而使平衡块借助于平衡驱动装置相对于机械结构相应于补偿运动移动。输送至控制装置的测量值包括平衡驱动装置的实际值、和/或平衡块相对于机械结构的位置和/或平衡块相对于机械结构的位置的至少一个时间导数。机械结构在活动范围内的绝对运动由控制装置根据所述值确定。

Description

不进行直接的加速度检测的主动减振器

技术领域

本发明涉及一种用于主动减振器的运行方法，该主动减振器具有能够相对于能振动的机械结构运动的平衡块，

-其中，由主动减振器的控制装置根据由控制装置输送的测量值确定机械结构在活动范围内的绝对运动，

-其中，由控制装置考虑所确定的绝对运动为平衡块确定减弱机械结构的振动的补偿运动，

-其中，布置在机械结构上的、对平衡块起作用的平衡驱动装置由控制装置相应于所确定的补偿运动来控制，从而使平衡块借助于平衡驱动装置相对于机械装置相应于补偿运动而移动或者说位移（verfahren）。

此外，本发明还涉及一种包括机器代码的控制程序，该机器代码能够由控制装置为主动减振器直接执行，其中，通过控制装置执行机器代码导致这样的效果，即控制装置使得主动减振器根据这种运行方法来运行。

此外，本发明还涉及一种用于主动减振器的控制装置，其中，控制装置这样设计或者编程，即控制装置使得主动减振器根据这种运行方法来运行。

此外，本发明还涉及一种主动减振器，

-其中，该主动减振器具有能够相对于能振动的机械结构运动的平衡块，

-其中，该主动减振器具有布置在机械结构上的、对平衡块起作用的平衡驱动装置，借助于该平衡驱动装置能够使平衡块相对于机械结构移动，

-其中，该主动减振器具有传感器，借助于该传感器能够检测平衡驱动装置的实际值、和/或平衡块相对于机械结构的位置和/或平衡块相对于机械结构的位置的至少一个时间导数，和

-其中，该主动减振器具有控制装置，该控制装置与传感器利用数据技术相连接以用于接收由传感器所检测到的值。

背景技术

上述的内容是已知的。

为了能够检测并且补偿能振动的机械结构的不符合预期的振动，需要检测能振动的机械结构的精确的偏移。在现有技术中，这通常这样实现，即在能振动的机械结构上布置加速度传感器，该传感器检测能振动的机械结构的（补充：绝对的）加速度。以该加速度为基础，随后便-通常通过两次积分-确定能振动的机械结构的取决于振动的偏移，因此随后便能够减弱振动。

但是，并非在任何情况下均可提供加速度传感器，并且并非在所有情况下均能够应用加速度传感器。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提出多种可能性，借助于这些可能性，即使在没有加速度传感器的情况下也可以确定能振动的机械结构的绝对运动。

该目的通过具有权利要求1所述的特征的运行方法实现。根据本发明的运行方法的设计方案在从属权利要求2至5中进行说明。

根据本发明设计为，这样设计开头所述类型的运行方法，即：输送至控制装置的测量值包括平衡驱动装置的实际值、和/或平衡块相对于机械结构的位置和/或平衡块相对于机械结构的位置的至少一个时间导数，并且机械结构在活动范围内的绝对运动由控制装置根据所述的值来确定。

在一个优选的设计方案中设计为，测量值一方面包括平衡驱动装置的实际电流或者实际力矩，并且另一方面包括平衡块相对于机械结构的位置的第一时间导数。通过这一处理方式使得绝对运动的确定特别的简单。

存在这样的可能性，即为了确定绝对运动附加地使用其它的测量值。但是，这些测量值优选地仅包括所述的值。

优选地设计为，控制装置通过对平衡驱动装置的相应控制使平衡块除了补偿运动外还以叠加运动相对于机械结构移动。通过该处理方式能够实现这样的效果，即最小化对测量值的检测造成干扰的非线性摩擦效应。叠加运动优选地这样确定，即叠加运动在每个时间点上的第一、第二和/或第三时间导数不等于零。

叠加运动通常是一种振荡运动。其行程可根据不同的需求来确定。其频率通常相对较低。

如果能振动的机械结构在运行时没有移动，那么上述的措施便已完全足够。在这种情况下，补偿运动特别地能够直接根据能振动的机械结构的绝对运动而确定，即无需考虑其它的可变的值。但是，可能的替换方案是，机械结构借助于结构驱动装置相应于额定移动运动或者说额定位移运动（Sollverfahrbewegung）来移动。在这种情况下，控制装置在确定补偿运动时优选地考虑额定移动运动。

此外，该目的通过根据权利要求6所述的控制程序实现。根据本发明，通过控制装置执行机器代码导致这样的效果，即控制装置使得主动减振器按照根据本发明的运行方法来运行。

此外，该目的还通过具有权利要求7所述特征的控制装置实现。根据本发明，控制装置这样设计或者编程，即控制装置使得主动减振器按照根据本发明的运行方法来运行。

此外，该目的还通过具有权利要求8所述特征的主动减振器实现。根据本发明设计为，开头所述类型的主动减振器这样设计，即控制装置根据本发明设计或者编程。

附图说明

结合对于参照附图进行了详细说明的实施例的以下说明，本发明的前述特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式和方法更加明确易懂。图中示出：

图1示意性地示出了能振动的机械结构和主动减振器，

图2示出了流程图，

图3示出了控制示意图，和

图4示出了图3的详细的设计方案。

具体实施方式

根据图1应该减弱能振动的机械结构1的振动。为实现该目的设有主动减振器2。该主动减振器2具有平衡块3、平衡驱动装置4、控制装置5和传感器6。

平衡块3能够相对于能振动的机械结构1运动。平衡驱动装置4布置在能振动的机械结构1上。该平衡驱动装置对平衡块3起作用。平衡块3能够借助于平衡驱动装置4相对于能振动的机械结构1移动。

借助于传感器6能够检测到平衡驱动装置4的实际值I,M、平衡块3相对于能振动的机械结构1的位置x’和/或平衡块3相对于能振动的机械结构1的位置x’的至少一个时间导数v’。借助于传感器6特别地能够一方面检测到平衡驱动装置4的实际电流I或者可替换地检测到其实际力矩M，并且另一方面能够检测到平衡块3相对于能振动的机械结构1的速度v’。

控制装置5与传感器6利用数据技术相连接以用于接收由传感器6所检测到的值I,M,v’。该控制装置这样设计，即控制装置使得主动减振器2根据随后详细说明的运行方法来运行。

根据图1的说明，控制装置5在内部通常具有微处理器8。因而通常将控制装置5设计为可软件编程的控制装置，该可软件编程的控制装置执行计算机程序7。计算机程序7包括能够由控制装置5（更确切地说，由控制装置5的微处理器8）直接执行的机器代码9。机器代码9的执行导致这样的效果，即控制装置5使得主动减振器2按照根据本发明的运行方法来运行。也就是说，计算机程序7实现了控制装置5的相应的设计。

计算机程序7能够以任意的方式被输送至控制装置5。例如可以将计算机程序7以机器可读的方式-特别是以电子的方式-储存在数据存储器10上，并且通过该数据存储器10输送至控制装置5。仅作为范例而言，根据图1的数据存储器10设计为USB-记忆棒。但是该设计方案可以没有问题地进行更改。

根据本发明的运行方法随后结合图2进行详细说明。

根据图2，控制装置1在第一步骤S1中从传感器6中接收其测量值M,I,v’、特别是平衡驱动装置4的实际力矩M或者实际电流I和平衡块3相对于能振动的机械结构1的实际速度v’。如果有必要的话，还可以接收其它的值。

在第二步骤S2中，控制装置5根据所接收的测量值I,M,v’确定能振动的机械结构1在活动范围中的实际加速度a。实际加速度a表征了能振动的机械结构1的绝对运动。步骤S2相应于确定机械结构1在活动范围内的绝对运动的步骤。

存在这样的可能性-见图3-，即能振动的机械结构1借助于结构驱动装置10相应于额定移动运动而移动。在此情况下，控制装置5在确定补偿运动K*时考虑额定移动运动。根据图3，这以最简单的方式这样进行，即：从所确定的、能振动的机械结构1的实际加速度a中减去能振动的机械结构1的与额定移动运动一致的额定加速度a*，并且根据以这种方式确定的产生的加速度δa来确定该补偿运动K*。

随后仅对这一情况进行说明，即：能振动的机械结构1相应于额定移动运动而移动，也就是说，根据能振动的机械结构1的实际加速度a和额定加速度a*之间的差将产生的加速度δa用于确定补偿运动K*。如果能振动的机械结构1不移动，那么这仅仅表明这一情况，即：额定加速度a*等于0，也就是说，产生的加速度δa等于实际加速度a。

根据图2，控制装置在步骤S3中考虑所确定的绝对运动-即根据产生的加速度δa-为平衡块3确定补偿运动K*。该确定由控制装置5这样进行，即补偿运动K*减弱了机械结构1的振动。相应的确定方法对于专业技术人员来说是已知的和熟悉的。特别地可以如随后结合图4所说明地那样进行确定。

根据图4的例子，通过在积分仪11中进行两次积分并根据产生的加速度δa首先确定产生的速度δv，并且然后再确定机械结构1的产生的实际位置δx。

产生的速度δv和产生的位置δx能够在缩放元件12中以合适的缩放因数缩放。d在缩放元件12中表示预期的减振，m表示平衡块3的质量（单位kg）。

被相应缩放的值可以根据图4被传输至调节器结构13，该调节器结构对平衡块3相对于机械结构1的位置x’和速度v’进行调节。调节器结构13在内部具有位置调节器14、速度调节器15，和可能还具有电流调节器16。调节器结构13对平衡驱动装置4起作用。平衡块3相对于机械结构1的位置x’和相应的速度v’作为实际值x’，v’被输送至调节器结构13。速度v’例如能够在微分元件17中通过对位置x’进行微分而确定。额定位置x’*作为额定值x’*被输送至调节器结构13。额定位置x’*可以是恒定不变的或者随时间变化。

可以将产生的加速度δa或者从产生的加速度δa中推导出的值用于进行频率滤波。这种频率滤波对于专业技术人员而言是普遍已知的。在图4中并未一并示出。

根据图2，控制装置5在步骤S4中相应于所确定的补偿运动K*控制平衡驱动装置4。平衡块3由此借助于平衡驱动装置4相应于补偿运动K*相对于机械结构1而移动。然而如果涉及到通过补偿运动K*所定义的移动方向，则平衡块3并未支撑在机械结构1上。这可以由此实现，即平衡块3在某种程度上可以说是被背负在平衡驱动装置4上一起移动。可替换地，虽然能够相对于机械结构1与移动方向正交地引导平衡块3，例如通过导轨实现。然而在这一情况下，也就是说在绕开（Umgehung）平衡驱动装置4的情况下，未进行从平衡块3到机械结构1的直接的力传递。

存在这一可能性，即控制装置5仅相应于补偿运动K*控制平衡驱动装置4。可能的替换方案-见图1-是，由控制装置5通过平衡驱动装置4的相应的控制使平衡块3附加地以叠加运动Z*相对于机械结构1移动。为实现此目的，位置额定值x’*-见图4-例如能够被相应地调制。叠加运动Z*优选地这样确定，即-考虑到叠加运动Z*-在每一个时间点上，以下的值中的至少一个值不等于0：

-第一时间导数，即平衡块3相对于机械结构1的运动的通过叠加运动Z*所引起的速度分量，

-第二时间导数，即平衡块3相对于机械结构1的运动的通过叠加运动Z*所引起的加速度分量，和

-第三时间导数，即平衡块3相对于机械结构1的运动的通过叠加运动Z*所引起的震动分量（Ruckanteil）。

通常，叠加运动Z*是一种振荡运动。其频率必须处于机械结构1的共振波谱范围之外，例如必须足够低频。

通过本发明因而存在这样的可能，即当无法直接将加速度信号提供给控制装置5使用时，也能够有效地减弱能振动的机械结构1的振动。

虽然通过优选的实施例进一步详细地解释和说明了本发明，但是本发明并不局限于已公开的例子。在不脱离本发明的保护范围的前提下，专业技术人员可以从中推导出其它变体。

Claims

1.一种用于主动减振器（2）的运行方法，所述主动减振器具有能够相对于能振动的机械结构（1）运动的平衡块（3），

-其中，由所述主动减振器（2）的控制装置（5）根据由所述控制装置（5）输送的测量值（M,I,v’）确定所述机械结构（1）在活动范围内的绝对运动，

-其中，由所述控制装置（5）考虑所确定的所述绝对运动为所述平衡块（3）确定减弱所述机械结构（1）的振动的补偿运动（K*），

-其中，布置在所述机械结构（1）上的、对所述平衡块（3）起作用的平衡驱动装置（4）由所述控制装置（5）相应于所确定的所述补偿运动（K*）来控制，从而使所述平衡块（3）借助于所述平衡驱动装置（4）相对于所述机械结构（1）相应于所述补偿运动（K*）而移动，

-其中，输送至所述控制装置（5）的所述测量值（M,I,v’）包括所述平衡驱动装置（4）的实际值（M,I）、和/或所述平衡块（3）相对于所述机械结构（1）的位置（x’）和/或所述平衡块（3）相对于所述机械结构（1）的所述位置（x’）的至少一个时间导数（v’），并且所述机械结构（1）在活动范围内的所述绝对运动由所述控制装置（5）根据所述的值（M,I,v’）来确定。

2.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，所述测量值（M,I,v’）一方面包括所述平衡驱动装置（4）的实际电流（I）或者实际力矩（M），并且另一方面包括所述平衡块（3）相对于所述机械结构（1）的所述位置（x’）的第一时间导数（v’）。

3.根据权利要求1或2所述的运行方法，其特征在于，所述测量值（M,I,v’）仅包括权利要求1或2中所述的值。

4.根据权利要求1，2或3所述的运行方法，其特征在于，所述控制装置（5）通过对所述平衡驱动装置（4）的相应控制使所述平衡块（3）除了所述补偿运动（K*）外还以叠加运动（Z*）相对于所述机械结构（1）移动，并且所述叠加运动（Z*）在每个时间点上的第一、第二和/或第三时间导数不等于零。

5.根据前述权利要求中任一项所述的运行方法，其特征在于，所述机械结构（1）借助于结构驱动装置（10）相应于额定移动运动来移动，并且所述控制装置（5）在确定所述补偿运动（K*）时考虑所述额定移动运动。

6.一种包括机器代码（9）的控制程序，所述机器代码能够由控制装置（5）为主动减振器（2）直接执行，其中，通过所述控制装置（5）执行所述机器代码（9）导致这样的效果，即所述控制装置（5）使得所述主动减振器（2）根据具有前述权利要求中任一项所述的运行方法的所有步骤的运行方法来运行。

7.一种用于主动减振器（2）的控制装置，其中，所述控制装置这样设计或者编程，即所述控制装置使得所述主动减振器（2）根据具有权利要求1至5中任一项所述的运行方法的所有步骤的运行方法来运行。

8.一种主动减振器，

-其中，所述主动减振器具有能够相对于能振动的机械结构（1）运动的平衡块（3），

-其中，所述主动减振器具有布置在所述机械结构（1）上的、对所述平衡块（3）起作用的平衡驱动装置（4），借助于所述平衡驱动装置能够使所述平衡块（3）相对于所述机械结构（1）移动，

-其中，所述主动减振器具有传感器（6），借助于所述传感器能够检测所述平衡驱动装置（4）的实际值（M,I）、和/或所述平衡块（3）相对于所述机械结构（1）的位置（x’）和/或所述平衡块（3）相对于所述机械结构（1）的所述位置（x’）的至少一个时间导数（v’），和

-其中，所述主动减振器具有控制装置（5），所述控制装置根据权利要求7设计或者编程并且与所述传感器（6）利用数据技术相连接以用于接收由所述传感器（6）所检测到的所述值（M,I,v’）。