CN103261080A

CN103261080A - 传动系统中的绝对位置确定

Info

Publication number: CN103261080A
Application number: CN2011800600109A
Authority: CN
Inventors: 马库斯·古茨默; 乌韦·克劳泽; 乌韦·诺尔特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: ES2529128T3; EP2632841A1; EP2632841B1; CN103261080B; WO2012089580A1; US20130282327A1; DE102011003399A1; DE102011003399B4

Abstract

本发明涉及一种用于测定至少一个可以借助于传动单元的传动皮带运动的元件的位置的方法。本发明还涉及一种由这种组件组成的系统以及用于实施这一方法的程序模块。为了以简单的方式和方法来确定这个可运动元件的绝对位置，推荐一种解决方案，其中，在整个测量间隔内拉伸传动皮带，并通过传动单元的效率确定拉伸传动皮带对此所需的力，其中，由这个测量间隔和这个力以及弹性模型和横截面确定传动皮带的起作用的长度，并且，其中，由这个起作用的长度确定位置。

Description

传动系统中的绝对位置确定

技术领域

本发明涉及一种用于确定至少一个能借助于传动单元的传动皮带运动的元件的位置的方法。本发明还涉及一种由具有控制装置的传动单元、传动皮带和能运动元件组成的系统；此外，本发明还涉及一种用于在前述控制装置中运行的程序模块。

背景技术

这样的方法、系统和程序模块在此被广泛实用，这里为了控制传动单元（其中，也可以将控制装置集成到传动单元中）需要已知要运动的元件-例如自控门-的位置，这是因为通常必须取决于（由恰好例如发动机驱动的升降梯门的）当前位置来实现控制执行元件。

如果使用增量式编码器，则在电压消失后始终必需首先进行初始化运行，以便确定至少一个最终位置。此时，典型地使用绝对值编码器，其中绝对值编码器还通过多次旋转（多圈Multiturn）明确地检测位置。另一种可能性是通过超声波进行的间距测量。单也是已知的方法是，这些方法在电压消失时也继续进行增量检测，从而不丢失任何增量。

进一步拓展的现有技术是在传动系统的发动机轴上使用增量式编码器或霍尔传感器。在这种情况下，由于此时始终是根据事先已知的位置进行“计算”，因此增量部分（Ansatz）产生不利影响。另外，编码器通常是光学编码器，其在切断电源电压后失去传感器信号。在绝对编码器中，虽然在重新“接通电网”之后有转子角度的绝对位置，但这个绝对位置在大多情况下与能运动元件的位置不符，这是因为例如在自控门中，在通过整个门距时，多次存在这个绝对位置。为了回避这一点，截至目前为止，原则上有以下几种解决方案：

1.在电力供应中断的时间范围内，为传感器和分析电子装置供电。这在所需的过渡时间段较长时会非常耗费成本。

2.机械存储系统，例如通过齿轮并且在可能的情况下通过轴上的多个传感器形成所谓的多圈-编码器（Multiturn-Encoder），这种多圈-编码器将整个可能的-例如-门距离反映作为绝对传感器信号。

3.凭借钢丝绳利用磁致伸缩的测量原理进行检测。这常用于检测升降梯（在上行和下行过程中）的轿厢位置。

4.根据条形码（以光学方式或磁性方式等）检测线性位置。

发明内容

本发明的目的在于，以简单的方式和方法来确定能通过传动系统运动的元件的绝对位置。

这一目的通过用于确定至少一个能借助于传动单元的传动皮带运动的元件的位置的方法来实现，其中，在整个测量间隔内拉伸传动皮带，并通过传动单元的效率确定拉伸传动皮带所需的力，其中，由这个测量间隔和这个力以及弹性模型和横截面确定传动皮带的起作用的长度，并且，其中，由这个起作用的长度确定位置。

这一目的还通过具有权利要求5或6中所述特征的系统和程序模块实现。

借助于对传动皮带的弹性常数的测量来确定传动装置（或能运动元件）的绝对位置，适用的公式为：

D = \frac{ΔF}{Δs}

（力的变化量与位移变化量的商）。

皮带的弹性模型体现出材料常数，并且在应用范围内通常被视为恒定不变。适用于弹性模型与弹性常数之间关系的公式为：

D = \frac{EA}{l}

（弹性模型乘以横截面除以长度）。

所以，将皮带张拉或拉伸一定距离所需的力与起作用的皮带长度成反比，其中所述的起作用的皮带长度按照以下公式来确定：

l = EA \frac{Δs}{ΔF} .

另外，重要的一点是，通过皮带驱动的负载（可运动元件）不运动，或者仅仅这样少量变动，即只要辨别不出质量，就不会影响结果。但是如果负载的质量是已知的，则很容易计算出这种影响。

还必须将皮带张拉至具有可以测量的距离，并且皮带的惯性质量必须明显低于负载的惯性质量。并且最后，传动装置的效率必须相对良好地已知或是可以预知的，从而可以得到起作用的力的可靠值。

从起作用的长度l中，得出可运动元件的绝对位置或者直接作为传动单元与负载之间的间距，或者间接通过考虑到具体安装情况的偏移值得出该绝对位置；在门或两个门扇的情况下，例如指示“关闭”、“打开20cm”或“打开”，也就是说，例如可以在60cm的临界长度时可以存在关闭-位置。

有利地，将这一数值以及弹性模型与横截面的乘积储存在非易失性存储器中，并且将来可以在通电（PowerOn）之后通过一次性测量直接确定负载的位置。

因此，利用根据本发明的解决方案可以立即确定位置，其中，至今为止常见的初始化运行被弃用。另外，利用了结构上所需组件的弹性特性，以便从中获取负载的位置信息，而无须为此额外采用传感器。

在这一设计方案的有利形式中，对传动皮带施加预应力。在另一种有利的实施方式中，在拉伸传动皮带之前，将能运动元件调至均匀的速度。通过提前将负载调至较小的速度或对传动皮带施加预应力（如果人处于或者被堵在最终位置），可以提高测量精度，并且有利地保持较小的测量间隔。于是，可以避免由传动距离中的间隙或负载加速运动引起的错误。

在另一种有利的实施方式中，在学习运行过程中确定弹性模型与横截面的乘积，其中在具有已知的间距的两个位置中确定对于拉伸所需的力。从而，不用提前知道传动皮带的弹性模型或测出横截面尺寸就可以实施根据本发明的解决方案，这是因为对于确定位置来说只需要所提到的乘积。这个乘积的计算方法-以在两个彼此间隔为x=x₂-x₁的位置x₁和x₂中的弹性常数D₁和D₂表示，弹性常数根据前面给出的公式从对于相应的测量间隔所需的力中得出-为：

EA = x \frac{D_{1} D_{2}}{D_{1} - D_{2}} .

在实际运行过程中，可以尽可能地使这一过程自动化。为此，首先采用至今为止常见的方法进行学习运行。另外，利用增量式编码器可以获得例如关于完整的打开尺寸的精确信息。额外地在两个最终位置中对弹性常数进行测量。因此得到弹性常数的两个数值，知道中间的距离就可以通过乘积EA确定皮带的有效（起作用的）长度。另外，同时还将其它影响因素-例如发动机的效率-考虑在内。

附图说明

以下根据附图中示出的实施例对本发明作进一步描述和说明。图中示出：

门的机械装置作为示例性系统。

具体实施方式

图中示出根据本发明的系统包括传动皮带1、传动单元2和两个能借助于皮带1运动的元件3，其中能运动元件在此处示出的实施例中被设计为门扇。为了能够在传动皮带1的弹性模型和横截面未知的条件下确定门扇3的位置，首先进行学习运行，在这个学习运行过程中求出这两个数值的乘积。为此，利用增量式编码器确定门3的完整打开尺寸，此外，在两个最终位置中借助于皮带1被拉伸所经过的测量间隔和拉伸皮带所需的力测出皮带1的弹性常数，这个力通过电动机2的效率获得。于是，可以根据两个最终位置的差-打开尺寸-和相应的弹性常数计算出提到的乘积，有利地将这个乘积储存在发动机2的控制装置的非易失性存储器中，从而能够通过一次性测量确定门3的位置。

为了真正确定位置，控制装置在短时间内使发动机2运动经过较小的测量间隔，并根据发动机2的效率确定为此所需的力。另外，重要的是，皮带1的惯性质量明显低于负载3的惯性质量，从而使皮带1得到尽可能的拉伸，而不需在这种情况下使门扇3运动。根据测量间隔和拉伸所需的力以及传动皮带1的弹性模型和横截面的乘积，现在-如前文所述-可以确定皮带1的起作用的长度。同时知道最终位置-例如通过学习运行已知-就可以从中得出门扇3的位置，从而可以得知门是否关闭、打开还是只开了例如10cm。所以，通过根据本发明的解决方案，可以利用结构上所需的组件的弹性特性，以便从中获取负载的位置信息，而不须为此额外采用传感器。

总之，本发明涉及一种用于确定至少一个可以借助于传动单元的传动皮带运动的元件的位置的方法。本发明还涉及一种由这种组件组成的系统以及一种用于实施这一方法的程序。为了以简单的方式和方法来确定这个可运动元件的绝对位置，推荐一种解决方案，其中，在整个测量间隔内拉伸传动皮带，并通过传动单元的效率确定对于拉伸传动皮带所需的力，其中，由这个测量间隔和这个力以及弹性模型和横截面确定传动皮带的起作用的长度，并且，其中，由这个起作用的长度确定位置。

Claims

1.一种用于确定至少一个能借助于传动单元（2）的传动皮带（1）运动的元件（3）的位置的方法，其中，在整个测量间隔内拉伸所述传动皮带（1），并通过所述传动单元（2）的效率确定对此所需的力，其中，由所述测量间隔和所述力以及弹性模型和横截面确定所述传动皮带（1）的起作用的长度，并且，其中，由所述起作用的长度确定所述位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述的传动皮带（1）施加预应力。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在对所述传动皮带（1）进行所述拉伸之前，将能运动的所述元件（3）调至均匀速度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在学习运行中确定所述弹性模型和所述横截面的乘积，其中在具有已知的间距的两个位置中确定对于所述拉伸所需的所述力。

5.一种系统，包括至少一个传动单元（2）、传动皮带（1）和能借助于所述传动皮带（1）运动的元件（3），其中所述传动单元（2）具有控制装置，所述控制装置具有用于实施根据前述权利要求中任一项所述方法的措施。

6.一种程序模块，用于在根据权利要求5的系统中的传动单元（2）的控制装置中运行时，实施根据权利要求1至4中任一项所述方法的程序。