CN107453679A - 用于运行长定子直线电机的方法 - Google Patents

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Abstract

为了使长定子直线电动机的运行能更好地适应各个运输单元或运输路径的要求或状态而规定，为运输单元(Tx)预给定移动轨迹，由运输单元(Tx)驶过该移动轨迹，在此借助参数估计法确定受控系统(21)模型的至少一个系统参数，并且检测所述至少一个系统参数值的时间变化并且由所述时间变化推导出运输单元(Tx)和/或运输路径的磨损状态。

Description

用于运行长定子直线电机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行长定子直线电机的方法，该长定子直线电机包括运输路径和至少一个沿该运输路径移动的运输单元，沿该运输路径依次设置有多个驱动线圈，其中，每个驱动线圈由驱动线圈调节器调节。根据本发明还涉及一种运输装置，所述运输装置特别是以长定子直线电机的形式构造。
背景技术
在几乎所有的现代化生产设备中需要借助运输装置使构件或部件——甚至穿过较长的运输路径——在各个操作站和生产站之间移动。为此已知许多运输或输送装置。通常为此使用不同实施方式的连续输送机。传统的连续输送机是不同实施方式的输送带，在其中电驱动装置的旋转运动转换为输送带的直线运动。借助这种传统的连续输送机在灵活性方面受到很大限制，尤其是不能实现单个运输单元的单独运输。为了弥补这点并且为了适应现代化的、灵活的运输装置的要求，越来越多地使用所谓的长定子直线电机(LLM)来代替传统的连续输送机。
在长定子直线电机中沿运输路径设有多个构成定子的电驱动线圈。在运输单元上设有多个励磁体(要么作为永磁体要么作为电线圈或短路绕组)，所述励磁体与定子的驱动线圈共同作用。长定子直线电机可实施为(自励或他励)同步电机或异步电机。通过控制运输单元区域中的各驱动线圈来调节磁通，产生一个作用于运输单元的推进力并且运输单元因此可沿运输路径移动。在此也可沿运输路径设置多个运输单元，所述运输单元的移动可单个并且相互独立地来控制，其方式为分别仅激活设置在各个运输单元区域中的驱动线圈。长定子直线电机的特点尤其是在于：在移动(速度、加速度)的整个工作范围方面更好以及更灵活的使用、沿运输路径对运输单元的个别调节/控制、改善的能量利用、由于磨损件数量减少而维护成本的降低、运输单元的简单更换、高效的监控和故障检测以及沿运输路径产品流的优化。这种长定子直线电机的示例例如可由WO 2013/143783 A1、US 6,876,107B2、US 2013/0074724 A1或WO 2004/103792 A1获知。
在US 2013/0074724 A1和WO 2004/103792 A1中，定子的驱动线圈设置在运输路径上侧。永磁体设置在运输单元的下侧。在WO2013/143783 A1和US 6,876,107 B2中，永磁体设置在位于中央的驱动线圈的两侧，由此永磁体包围长定子直线电机的定子并且驱动线圈与设置在两侧的永磁体共同作用。
运输单元沿运输路径的导向要么如在WO 2013/143783 A1或US6,876,107 B2中机械地、例如通过导向轮实现，要么通过如WO2004/103792 A1中的磁性导向实现。也可想到由机械和磁性导向形成的组合。在磁性导向情况下可在运输单元两侧设置导向磁铁，所述导向磁铁与相对置设置在运输路径上的导向杆共同作用。导向杆在此构成磁轭，其闭合导向磁铁的磁回路。如此形成的磁性导向回路因此反作用于运输单元的侧向移动，从而侧向地导向运输单元。也可由US6,101,952 A获知类似的磁侧向导向。
在许多运输装置中也需要如以转接器为形式的转移位置，以便实现运输装置复杂且智能的轨道规划或轨道实现。到目前为止转移位置常常借助附加的机械触发单元实现。这方面的一个示例是US2013/0074724 A1中借助可动转向臂或转台以机械触发的转接器的形式。但也已知这样的运输装置，在其中使用附加的电辅助线圈来实现转接器触发。在US6,101,952 A中，辅助线圈例如设置在磁性导向回路的磁轭上，而辅助线圈在US 2013/0074724 A1中侧向地设置在运输路径上。在DE 1963505 A1、WO 2015/036302 A1和WO2015/042409A1中描述了长定子直线电机的磁激活转接器，其不需要附加的辅助线圈。
长定子直线电机对运输单元移动的调节的要求较高。为此沿运输路径通常设置多个调节器，所述调节器调节驱动线圈的定子电流，以便使运输单元按规定沿运输路径移动。为了运输单元的移动，需要单独调节每个驱动线圈，以确保运输单元沿运输路径流畅、受控且稳定的移动。但多个运输单元在运输路径上移动，因此通过不同驱动线圈调节不同的运输单元。但沿运输路径移动的运输单元在它们的特性方面可能互不相同。例如运输单元可装载不同负荷、具有不同磨损状态、由于制造技术的不完善而引起不同的导向力、不同的摩擦力等。也可想到，设计不同或结构尺寸不同的运输单元沿运输路径移动。但所有这些因素都影响运输单元的调节。
由于驱动线圈的调节对于所有运输单元都必须稳定且可靠地起作用，因此到目前为止遵循保守调节策略。因此在调节时损害动态性，从而限制了快速调节干预、如运输单元突然的速度变化。
但各个运输单元也受到不同磨损，这使得运输单元或长定子直线电机的维护十分困难。虽然简单地并能够在预给定的时间点去维护或甚至更换所有运输单元，但这也是复杂和昂贵的，因为由此也可能维修或更换了根本不需要这样的运输单元。另一方面，随着磨损的增加，各个运输单元的行驶阻力可能由于运输单元和导向装置之间加剧的摩擦而增大。这也会导致更高的功率损耗，因为必须提高运输单元的驱动功率。最后，运输单元的当前磨损状态也影响其调节。
发明内容
因此，本发明的任务在于使长定子直线电机的运行更好地适应各个运输单元或运输路径的要求或状态。
根据本发明，所述任务通过下述方式来解决，即，由运输单元驶过预给定的移动轨迹并且在此借助参数估计法确定受控系统模型的至少一个系统参数，其中，检测所述系统参数值的时间变化并且由所述时间变化推导出运输单元和/或运输路径的磨损状态。为此也可首先如下所阐明的那样对驱动线圈调节器进行参数化。系统参数反映运输路径的状态。因此通过观测系统参数的时间变化可推导出可能的磨损。于是可以不同方式利用运输单元和/或运输路径的当前磨损状态。例如可通过如下方式使调节适应磨损状态，即例如通过改变调节器参数，或也可通过维护运输单元和/或运输路径。在此，所追求的目标是使所需的调节干预、尤其是以调节参量幅值的形式保持尽可能低。
在一种有利方案中以下述方式确定系统参数，即通过检测驱动线圈上受调节的定子电流并且同时由受控系统的模型计算出定子电流并且通过改变模型的所述至少一个系统参数使检测到和计算出的定子电流之间的误差最小化。
通过实现作用于驱动线圈调节器的输入端的前馈控制，可改善调节的导向性能(Führungsverhalten)。前馈控制在此校正大部分调节误差。驱动线圈调节器在此只须校正其他非线性、未知的外部影响和由前馈控制所不调节的干扰参量。
根据本发明还涉及一种运输装置，所述运输装置包括运输路径和至少一个沿该运输路径移动的运输单元，所述运输装置由驱动线圈调节器调节，其中，为运输单元预给定移动轨迹，由运输单元驶过该移动轨迹，在此借助参数估计法确定受控系统模型的至少一个系统参数，并且检测所述至少一个系统参数值的时间变化并且由所述时间变化推导出运输单元和/或运输路径的磨损状态。优选地，所述运输装置以长定子直线电动机的形式构造。所述长定子直线电动机包括运输路径和至少一个沿该运输路径移动的运输单元，沿该运输路径依次设有多个驱动线圈，每个驱动线圈由驱动线圈调节器调节。
根据本发明还涉及一种驱动线圈调节器，所述驱动线圈调节器包括具有速度输入端的速度调节器和/或具有力输入端的换算块并且前馈控制计算速度前馈控制和/或力前馈控制，并且速度前馈控制作用于速度输入端和/或力前馈控制作用于力输入端，其中，所述驱动线圈调节器如此调节运输装置，使得能够实施以上所述的根据本发明的方法。
根据本发明另外还涉及一种系统，所述系统包括以上所述的根据本发明的运输装置和至少一个以上所述的根据本发明的驱动线圈调节器。
附图说明
下面参考附图1至10详细说明本发明，所述附图示例性、示意性并且不加限制示出本发明的有利方案。其中：
图1和图2分别示出以长定子直线电机为形式的运输装置；
图3示出运输单元的横截面图；
图4示出运输装置的调节器示意图；
图5和图6示出用于辨识驱动线圈调节器的调节器参数的基本方案；
图7示出具有前馈控制和前向平滑滤波器的驱动线圈调节器的调节器级联；
图8示出待调节的推进力向各个作用的驱动线圈的分配；
图9示出受控系统的频率特性；
图10示出具有前馈控制的驱动线圈调节器。
具体实施方式
图1示例性示出以长定子直线电机为形式的运输装置1。该传输装置1包括n个运输区段A1…A9(概括为An)，这些运输区段组成运输装置1。这种模块化结构能实现运输装置1非常灵活的设计，但也以多个转移位置U1...U9为前提，在这些转移位置上在运输装置1上移动的运输单元T1...Tx(为清楚起见在图1中并非所有的运输单元都标明附图标记)从一个运输区段A1...A9转移到另一运输区段。
运输装置1实施为长定子直线电机，在其中运输区段A1...A9以自身已知的方式分别构成长定子直线电机的长定子的一部分。因此，沿运输区段A1...A9在纵向方向上以已知方式设有多个电驱动线圈(在图1中为清楚起见未示出)，这些电驱动线圈与各运输单元T1...Tx上的励磁体(参见图3)共同作用。以同样已知的方式通过控制各个驱动线圈7、8的定子电流iA为每个所述运输单元T1...Tx独立地产生一个推进力FV，该推进力使各运输单元T1...Tx沿运输区段A1...A9的纵向方向、即沿运输路径移动。每个所述传输单元T1...Tx在此可个别地(速度、加速度、轨道)并且与其它运输单元T1...Tx无关地移动(除了避免可能碰撞外)。由于长定子直线电机的基本原理是众所周知的，在此不再赘述。
沿运输装置1的运输路径也设有一些转移位置U1...U10。在此可想到不同类型的转移位置U1...U10。在转移位置U2和U7上例如设有转接器，而其它转移位置U1、U3…U6、U8、U9例如实施为从一个运输区段A1...A8到另一运输区段的转换点。在转移位置U10上例如设有从单侧运输区段A2到双侧运输区段A9的过渡。在转移位置U2(转接器)上，运输单元T6例如可继续移动到运输区段A2或运输区段A3上。在转移位置U1(转换点)上，运输单元T5从单侧运输区段A1转移到单侧运输区段A2上。从一个运输区段到另一运输区段的转移可以按任意方式实现。
沿运输装置1的运输路径——其主要由运输区段A1...A9的纵向方向得出——也可设置多个工作站S1...S4，在所述工作站中操作借助运输单元T1...Tx运输的部件。工作站S1例如可实施为运入和/或运出站，完成加工的部件在其中被取出并且待加工的部件到转移给运输单元T1...Tx上。在工作站S2...S4中可对部件实施任意加工步骤。在此，运输单元T1...Tx可为了加工而在工作站S1...S4中停顿或者通过，例如在用于填充空瓶的填充站中停顿、例如在用于热处理部件的调温站中通过，必要时也能以与在工作站S1...S4之间的速度所不同的速度通过。
在图2中示出运输装置1的另一种示例。在此设置五个自身闭合的运输区段A1...A5。在此，运输区段A2...A4用于将不同部件运入工作站S1...S3中。在运输区段A5的工作站S4中，这些部件被相互连接或以其它方式被加工并被运出运输装置1。另一运输区段A1用于将部件从运输区段A2、A3、A4传送到运输区段A5中。为此设置转移位置U1、U2、U3，以便将具有不同部件的运输单元Tx传送到运输区段A1。此外设置转移位置U4，在该转移位置中具有不同部件的运输单元Tx被传送到运输区段A5。
运输装置1几乎可任意实施并且可由不同运输区段A组成，其中，也可根据需要设置转移位置U和工作站S。
图3示出任意的运输区段An和在其上移动的运输单元Tx的横截面图。运输单元Tx在所示实施例中包括基体2和设置在其上的、用于容纳待运输的构件(未示出)的部件容纳部3，其中，该部件容纳部3原则上可设置在基体2的任意位置上、尤其是也可为了悬挂构件而设置在下侧。在基体2上、优选在运输单元Tx两侧设置长定子直线电机的多个励磁体4、5。运输装置1或运输区段An的运输路径由固定的导向结构6构成，在导向结构上设有长定子直线电机的驱动线圈7、8。基体2连同在两侧设置的作为励磁体4、5的永磁体在所示实施例中设置在驱动线圈7、8之间。因此至少一个励磁体4、5分别与驱动线圈7、8(或驱动线圈组)相对置地设置并且因此与至少一个驱动线圈7、8共同作用以用于产生推进力FV。因此运输单元Tx可在具有驱动线圈7、8的导向结构6之间并沿运输路径移动。
在基体2上和/或在部件容纳部3上当然也还可设置(为清楚起见未示出或仅示意性示出的)导向元件9、如辊、轮、滑动面、磁体等，以便沿运输路径引导运输单元Tx。在此，运输单元Tx的导向元件9为了导向而与固定的导向结构6共同作用，例如以导向元件9支撑在导向结构6上、在其上滑动或滚动的形式等。但运输单元Tx的导向也可通过设置导向磁体实现。当然也可想到驱动线圈7、8和与之共同作用的励磁体4、5的其它设置方式。例如也可以的是，驱动线圈7、8设置在内部并且励磁体4、5设置为向内指向并包围驱动线圈7、8。同样可仅在运输单元Tx的一侧设置励磁体。在此情况下驱动线圈也只需仅位于运输单元Tx一侧。
为了使运输单元Tx向前移动，已知向运输单元Tx区域中的驱动线圈7、8中施加定子电流iA(图4)，其中，也可向不同的驱动线圈7、8中施加不同的定子电流iA(数值和矢量方向)。在此，只需仅向正好可与运输单元Tx上的励磁体4、5共同作用的驱动线圈7、8中施加定子电流iA。为了产生作用于运输单元Tx的推进力FV，驱动线圈7、8以具有构成推进力的电流分量iAq的定子电流iA通电。
但并非必须同时给设置在两侧的驱动线圈7、8通过施加定子电流iA通电来移动运输单元Tx。原则上只需仅借助一侧的驱动线圈7、8产生用于移动运输单元Tx的推进力FV。在运输路径的需要较大推进力FV的路径区段上、例如在上坡、重负荷或在运输单元Tx的加速区域中的情况下，可为两侧的驱动线圈7、8通电(如图1中的运输区段A9)，由此可增大推进力FV。同样可想到，在一些运输区段An中导向结构6仅单侧地实施，或在一些运输区段An中虽然导向结构6双侧地实施，但仅在一侧装配有驱动线圈7、8。图1也示出具有双侧导向结构6的路线区段和仅具有单侧导向结构6的路线区段。
同样已知，一个运输区段An由各个运输分段TS组成，所述运输分段分别带有多个驱动线圈7、8。运输分段TS可分别通过配设的分段调节单元11调节、如在US6,876,107B2中所描述并在图4中示出的那样。位于一个运输分段TSm中的运输单元Tx因此由所属的分段调节单元11m调节。这主要表明，分段调节单元11m这样调节所属的运输分段TSm的驱动线圈7、8，使得运输单元Tx通过产生的推进力FV以希望的方式(速度、加速度)沿运输分段TSm移动。如果运输单元Tx从一个运输分段TSm移动到下一个运输分段TSm+1中，那么运输单元Tx的调节也以有序的方式转移到下一个运输分段TSm+1的分段调节单元11m+1上。运输单元Tx通过运输装置1的移动可在上一级的设备调节单元10中被监控，设备调节单元与分段调节单元11连接。设备调节单元10例如通过位置给定ssoll或速度给定vsoll来控制运输单元Tx通过运输装置1的移动。分段调节单元11于是通过如下方式来校正理论参量与实际参量之间可能的误差，即通过为运输分段TSm的驱动线圈7、8加载定子电流iA。为此当然也需要借助适合的传感器测量或者借助其它测量值或其它已知或计算的值来估计实际参量、如实际位置s或实际速度v。在此当然也可规定，为每一侧的驱动线圈7、8设置一个自身的分段调节单元11，其中，在每一侧上的分段调节单元11也可通过数据线彼此连接并且相互交换数据、如实际参量的测量值。
每个分段调节单元11由理论参量给定ssoll或vsoll以及实际参量s或v产生定子电流iA，为需要的驱动线圈7、8加载该定子电流。优选在此仅调节与运输单元Tx或其励磁体4、5共同作用的驱动线圈7、8。定子电流iA是电流矢量(电流空间矢量)，其包括形成推进力的q分量iAq用于产生推进力Fv以及必要时也包括形成侧向力的d分量iAd并且产生磁通ψ。
为了调节运输单元Tx的移动，在分段调节单元11内实现驱动线圈调节器20，所述驱动线圈调节器调节运输分段TSm的所有驱动线圈7、8，如图5所示。
在图6中以框图示出基本调节方案和根据本发明的用于辨识驱动线圈8a、8b的驱动线圈调节器20的调节器参数RP的基本方案。受控系统21(主要指技术系统或输入如以定子电流iA为形式的调节参量与检测(测量、估计、计算)运输单元Tx的以实际位置s或实际速度v为形式的实际参量IG之间的部件、即尤其是驱动线圈8a、8b、具有励磁体5的运输单元Tx以及运输单元Tx与运输区段An之间的共同作用)由驱动线圈调节器20对于每个驱动线圈8a、8b以传统方式在闭环调节回路中调节。为此以已知方式检测并反馈实际参量IG、如运输单元Tx的实际位置s或实际速度v。实际参量IG可测量、由其它测得、计算或已知的参量推导出或在调节技术方面的观测器中被确定。实际参量IG因此可被认为是已知的并且也可被提供给驱动线圈调节器20，如图6所示。驱动线圈调节器20从由理论参量SG(例如理论位置ssoll或理论速度vsoll)与实际参量IG之间的差值形成的调节误差E来确定调节参量StG、如用于每个待通电的驱动线圈8a、8b的定子电流iAa、iAb。
驱动线圈调节器20可包括由位置调节器RL和速度调节器RV形成的调节器级联，如图7所示。但就其自身而言，只需仅一个位置调节器RL或仅一个速度调节器RV。已知位置调节器RL由理论参量SG和实际参量IG计算待调节的速度vR，速度调节器RV又由该速度vR计算待调节的推进力FR，其中也可考虑实际参量IG。待调节的推进力FR最终在换算块25中转换为定子电流iA作为调节参量StG。为此例如可在假设iAd＝0或iAd<<iAq的情况下使用已知关系式其具有已知电机常数Kf。如果在速度调节器RV中直接计算定子电流iA作为调节参量StG，则也可省却换算块25。
由于运输单元Tx始终与多个驱动线圈7、8同时共同作用，因此待调节的推进力FR或定子电流iA也由所有作用于运输单元Tx的驱动线圈7、8来施加。待调节的推进力FR因此还应根据运输单元Tx的当前(已知)位置s被分到各个作用的驱动线圈7、8上，如图8所示。以定子电流iA为形式的调节参量StG为此在电流分配单元23中被分为作用的驱动线圈7、8的各个理论驱动线圈电流iAsoll'、iAsoll″、iAsoll″′。由当前位置随时可知每个作用的驱动线圈7、8所占的比例。接着在配设给相应驱动线圈7、8的单个线圈调节器24'、24″、24″′中由理论驱动线圈电流iAsoll'、iAsoll″、iAsoll″′计算出作用的驱动线圈8'、8″、8″′所需的线圈电压UA'、UA″、UA″′，这些电压应被施加到驱动线圈8'、8″、8″′上以便调节出理论驱动线圈电流iAsoll'、iAsoll″、iAsoll″′。为此当然也可规定，向单个线圈调节器24'、24″、24″′也提供定子电流iA的当前实际参量。
由于单个线圈调节器24仅与驱动线圈7、8的具体实现有关，因此单个线圈调节器24或其参数是预先确定的或者说被认为是已知的。出于该原因，单个线圈调节器24优选也配设给受控系统21，如图8所示。同样调节参量StG到各个作用的驱动线圈7、8的参量的划分优选配设给受控系统21。作用的驱动线圈8'、8″、8″′的线圈电压UA'、UA″、UA″′于是施加到长定子直线电机的电机硬件26上。
但调节参量StG到各个作用的驱动线圈7、8的参量的划分当然也可在驱动线圈调节器20中实施。于是，驱动线圈调节器20的输出会是用于每个作用的驱动线圈7、8的调节参量StG。在此情况下，于是当然也设置多个激励信号AS，即为每个作用的驱动线圈7、8设置一个激励信号AS。同样也可以将单个线圈调节器24实现在驱动线圈调节器20中。在此情况下，调节参量StG也是电压，因此激励信号AS也同样是电压。但这并没有改变本发明的构思。
在这种调节方案中可认为位置调节器RL和速度调节器RV配属于运输单元Tx。因此，位置调节器RL和速度调节器RV与运输单元Tx一样多。对于每个驱动线圈7、8为此存在一个附属的单个线圈调节器24'、24″、24″′。
如常见的那样，驱动线圈调节器20或者在其中实现的调节器具有多个待调节的调节器参数RP，以便能够稳定且充分动态地调节运输单元Tx的移动。调节器参数RP一般在运输装置运行之前或期间通常例如通过设备调节单元10被调节一次。在此应注意，通常不应参数化单个线圈调节器24的调节器参数，因为单个线圈调节器24基本上仅与驱动线圈7、8的具体、已知的设计有关。单个线圈调节器24的所述调节器参数因此通常是已知的并且无需改变。因此通常需要参数化的是配设给运输单元Tx的调节器部分、如位置调节器RL和速度调节器RV的调节器参数。
然而，一方面调节器参数RP的确定很难。另一方面在运输装置1运行中，受控系统(驱动线圈7、8、具有励磁体4、5的运输单元Tx)以及运输单元Tx与运输区段An的共同作用也可能改变。这种改变例如可由此产生，即，运输单元Tx被装载不同负荷。同样，运输单元Tx和运输区段An的导向结构6之间的摩擦也起作用，其中，该摩擦又可与运输单元Tx和运输区段An的当前磨损状态有关。但运行参数、如运输单元Tx的当前速度或环境温度也可——例如通过与速度有关或温度有关的摩擦——作用于受控系统21并影响调节。为了使驱动线圈调节器20在这些极为不同的、在较大范围内波动的条件下能够鲁棒且稳定地调节，到目前为止驱动线圈调节器20在调节器参数方面必须设计得极为保守。但由此在快速调节干预、如快速改变速度的意义中降低了调节器动态性。为了改善该问题，根据本发明如下采取措施，在此参见图5和图6。
确定测量单元MZ，其中，所述测量单元MZ包括一侧的至少两个与运输单元Tx共同作用的驱动线圈8a、8b、优选至少两个相邻的驱动线圈8a、8b，如在图5中所示那样。在图5中为了简化且不失一般性仅示出唯一的运输分段TSm的一侧连同运输单元Tx。当运输分段TSm设有多个驱动线圈8时，则测量单元MZ优选包括一个运输分段TSm的所有驱动线圈8或多个运输分段TSm的所有驱动线圈8。
首先进行调节器参数RP的粗略参数化(Grobparametrierung)。这可基于运输单元Tx已知的质量(连同预期的负荷)和长定子直线电机已知的设计数据实施，在此通常这样调节调节器参数RP，使得闭环调节回路具有大大降低的带宽(低动态)、但却具有高鲁棒性(高稳定性)。根据所使用的驱动线圈调节器20、如传统的PI调节器，已知用于调节器参数化的不同方法，借助这些方法可实施粗略参数化。粗略参数化只需确保运输单元Tx能够移动并定位，在此对动态和精度没有提出高要求。借助粗略参数化，可利用运输单元Tx通过预给定相应的理论参量SG而到达(anfahren)确定的工作点。工作点在此理解为运输单元Tx的确定的位置s(运输单元Tx的静止状态)或确定的速度v。“到达”在此当然表示到达测量单元MZ区域中的工作点、即运输单元Tx例如以确定的速度移动通过测量单元MZ或运输单元Tx驶入测量单元MZ区域中并且在那里停住。
在工作点中通过向调节参量StG叠加激励信号AS的方式向闭环调节回路输入激励信号AS。激励信号AS在此施加到测量单元MZ的所有驱动线圈8a、8b上。激励信号AS具有某一预给定的频带。可能的激励信号AS例如是已知的伪随机二进制序列信号(PRBS)或正弦扫频信号。在此，这样选择激励信号AS的频率和激励信号AS的幅值，使得系统响应具有充分的信息，即系统响应在感兴趣的频率范围内大到足以在信号技术上被分析。感兴趣的频率范围尤其是在其中预期有谐振或反谐振的范围。对于本发明应用而言感兴趣的频率范围通常是10Hz至2500Hz、尤其是500Hz至1000Hz。激励信号AS的幅值可依据长定子直线电机的额定电流(或额定电压)并且典型地位于1/10额定电流(或额定电压)的范围中。激励信号AS优选应平均为零，因此受调节的系统(受控系统21)自身在平均上保持尽可能不受影响。借助激励信号AS为运输单元Tx希望的移动(通过用于到达工作点的位置给定Ssoll和速度给定vsoll得出)叠加激励移动，这仅在测量单元MZ包括至少两个驱动线圈8a、8b时才能实现。
叠加了激励信号AS的调节参量StGAS和受控系统21对于该激励的响应(相当于实际参量IG)被提供给分析单元22。在此，受控系统21的响应当然是运输单元Tx的以实际位置s或实际速度v为形式的当前移动状态。受控系统21的响应在此可直接测量、由其它测量值推导出或也可通过观测器计算或以其它方式估计出。在分析单元22中由叠加了激励信号AS的调节参量StGAS和受控系统21的响应以已知的方式确定频率特性(包括幅值特性和相位特性)，典型地通过给这两个信号进行滤波和离散傅里叶变换并且随后根据输出除以输入的模式逐项地使这两个信号相除。在此，可对于开环和/或闭环调节回路确定频率特性。
在此应注意，虽然必须为测量单元MZ的多个驱动线圈8a、8b施加激励信号AS，但对于调节器参数RP的确定只须分析测量单元MZ驱动线圈8a、8b之一的叠加的调节参量StGAS。如果下面提及频率特性，则指的是与运输单元Tx以及与运输单元Tx共同作用的驱动线圈8a、8b所属的频率特性。
频率特性可作为确定优化的调节器参数RP的基础。为此可使用调节技术中已知的不同方法。在此，改变调节器参数RP，以便以希望的方式调节频率特性的某一特性。一种已知的方法例如是最大峰值准则(Maximum Peak Criteria)。借助图9示例性详细说明最大峰值准则法。在其中分别对于开环(虚线)和闭环调节回路以幅值特性(上面的图9a)和相位特性(下面的图9b)的形式示出频率特性。众所周知，开环调节回路在不将实际参量IG反馈回理论参量SG的情况下进行考虑。在最大峰值准则下，现在这样改变调节器参数RP，使得闭环调节回路的幅值特性的最大值不超过某一预给定的值MT。该值MT例如由开环调节回路的增益和相位裕度的希望极限值得出。由此确保开环调节回路具有足够的相位裕度PM(在0dB增益时的相位)和增益裕度GM(在-180°相位时的增益G)。根据驱动线圈调节器20的实现当然应改变不同的调节器参数RP、例如改变PI调节器中的增益和调节时间。
也有不同的方法适用于改变调节器参数RP。例如可将优化问题公式化，以便使闭环调节回路幅值特性的最大值与值MT的距离最小化。
以这种方式对于相应的运输单元Tx获得优化的调节器参数RP。这些调节器参数RP现在也可用于相同的运输单元Tx。同样可想到，为每个或多个运输单元Tx确定相应的优化的调节器参数RP。
也可针对运输单元Tx的不同工作点和/或不同负荷来确定调节器参数RP。同样对于一个运输单元Tx的调节器参数RP也可针对不同测量单元MZ确定。因此，在长定子直线电机的运行中对于一个运输单元Tx也可在不同调节器参数组之间切换。例如可选择这样的调节器参数组，其最佳地符合当前借助运输单元Tx输送的负荷或最佳地匹配运输单元Tx的当前速度或位置。因此可为每个运输单元Tx建立一个自身的或多个调节器参数组。以这种方式也可考虑不同的运输单元Tx的区别。理想的是，已经提前知道运输单元Tx如何并且以多少负荷在运输装置1中移动。因此可为了调节器参数化而已经到达匹配的工作点或匹配的测量单元MZ。
但频率特性还包括受控系统21其它重要的特性。例如在持续运行中可由幅值特性确定运输单元Tx的当前总质量mG。由此又可推导出运输单元Tx的装载量，因为运输单元Tx的质量mTx是已知的。因此可能的区别必然源于装载量，因此可确定负荷。在已知负荷的情况下，于是例如又可选择合适的调节器参数组以便优化地调节运输单元Tx。为了确定总质量mG，例如研究在低频率f下的幅值特性|G(j2πf)|并且适用关系式为其具有已知的标准化了的电机常数Kf和总质量mG。该关系式在假设低粘性摩擦(摩擦力正比于速度值并且与之反向)的情况下适用于频率f足够低的值，低粘性摩擦可在本发明应用中被假设。因此可计算总质量mG。
此外，可由作为受控系统21的特性的频率特性(图9)确定可能存在的始终成对出现的谐振和反谐振频率。谐振/反谐振频率可被认为在幅值特性的局部或全局的最大值/最小值处。通过分析开环调节回路的幅值特性可以容易(甚至自动化)地找到这些局部或全局的最大值/最小值。假如存在谐振频率fR和反谐振频率fAR，则可根据谐振频率fR和反谐振频率fA在频率轴上的位置将受控系统21归入各类别中、如刚性(starr)、硬性(steif)和柔性(flexibel)。在此，当谐振/反谐振对的最低频率(fR、fAR)明显大于相位截止频率(Phasendurchtrittsfrequenz)fD时，受控系统21可被归为刚性的。已知相位截止频率fD是开环调节回路的相位与值-180°第一次相交时的频率。当谐振/反谐振对的频率(fR、fAR)位于相位截止频率fD的区域中时受控系统21是硬性的，并且当谐振/反谐振对的频率(fR、fAR)明显小于相位截止频率fD时，受控系统21是柔性的。根据类别判断谐振/反谐振频率(fR、fAR)是否产生干扰作用并且采用哪些措施、例如通过合适的滤波器消除或抑制谐振/反谐振频率。
调节器参数化和/或受控系统21特性的确定也可在持续运行中以一定间隔重复。以此驱动线圈调节器20可持续地适应运输单元Tx变化的磨损状态和因此变化的受控系统21。调节器参数化例如可每天在关断运输装置1之前或在启动运输装置1之前实施。
于是还可在可信度方面检验所确定的调节器参数RP。例如为此可借助具有所确定的优化的调节器参数RP的驱动线圈调节器20到达用于调节器参数化的工作点并且再次接入激励信号AS。再次确定闭环调节回路的频率特性并且基于其最大谐振超调判断闭环调节回路的性能是否令人满意。附加地或备选地，同样可检验谐振频率fR或反谐振频率fAR和/或相位截止频率fD的位置并且由此检验调节器参数RP的可信度。
沿运输装置1的运输路径也可设置多个测量单元MZ。因此也可为运输路径的不同区段确定不同的优化的调节器参数RP。在此，为一个运输单元Tx所确定的调节器参数RP优选从第一测量单元MZ1直至下一测量单元MZ2始终适用。
现在也可借助参数化的驱动线圈调节器20在其它的、对于过程重要的系统参数方面分析受控系统21。为此例如可如以上所述的那样辨识驱动线圈调节器20的调节器参数RP，但调节器参数也可以其它方式确定或也可以是已知的。原则上唯一的前提条件是，借助驱动线圈调节器20可驶过预给定的移动轨迹。移动轨迹应充分激励受控系统21，以便能够辨识系统参数。为此为运输单元Tx预给定确定的移动轨迹、如以不同速度和加速度(同样以减速的意义)的时间变化的形式。在此有利的是包括两个方向上的移动，以便检测与方向有关的系统参数。运输单元Tx在通过驱动线圈调节器20的控制下驶过作为调节的理论参量的所述移动轨迹。为此，驱动线圈调节器20根据移动轨迹产生调节参量StG，所述调节参量作用于受控系统21并且引起受控系统21的实际参量IG，所述实际参量在闭环调节回路中反作用于理论参量SG。
现在为受控系统21设想一个具有系统参数的模型，该模型尽可能好地描述受控系统21。例如对于运输单元Tx可使用下述运动方程：
其包括运输单元Tx的总质量mG、粘性摩擦系数kv、静摩擦系数ks、运输单元Tx的当前速度v和符号函数sign。作用于运输单元Tx的推进力FV如以上所述那样由所有作用于运输单元Tx的驱动线圈7、8的作用组成、即其包括由驱动线圈7、8施加的力FVASi。对于长定子直线电机已知可以下述方式对该力建模：
在此，ψp表示由励磁体4、5产生的、与驱动线圈7、8相关联的磁通，τP表示运输单元Tx的励磁体的磁极宽度并且x表示运输单元Tx的位置。LAd和LAq表示驱动线圈7、8在d或q方向上已知的电感。通过允许的假设iAd＝0或iAd〈〈iAq该方程可简化为：
其包括电机常数Kf。于是，驱动线圈7、8的定子电流iAq由驱动线圈7、8的推进力FV的相应比例得出。
受控系统21模型的系统参数、在此情况下即运输单元Tx的总质量mG、粘性摩擦系数kv、静摩擦系数ks可由此在已知电机常数Kf的前提下通过已知的参数估计法来确定。当已知另外的系统参数、例如以上所述的总质量mG时，也可由此估计出电机常数Kf。为了参数估计而驶过预给定的移动轨迹，由此确定速度v(或等效的位置s)和加速度作为参数估计法的输入。在此，在驱动线圈7、8上受调节的定子电流iAq相当于调节参量StG并且是已知的或也可以其它方式检测、如测量。同时由受控系统21的模型计算出定子电流iAq并且通过改变模型的系统参数使计算和测得的定子电流iAq之间的误差(如均方误差)最小化。已知的参数估计法例如是最小二乘法、递归最小二乘法、卡尔曼或扩展卡尔曼滤波器。
在此所确定的系统参数对受控系统21进行辨识、尤其是通过粘性摩擦系数kv和静摩擦系数ks来辨识运输路径、或运输区段An或运输分段TSm、以及通过参数Kf来辨识励磁体4、5和驱动线圈7、8之间的气隙。通过在运输路径的同一区段上观测这些系统参数的时间变化可推导出运输单元Tx和/或运输路径、尤其是运输区段An或运输分段TSm的磨损状态。当定期、如每天一次确定受控系统21的系统参数时，则可由粘性摩擦系数kv和静摩擦系数ks的时间变化推导出可能的磨损。如果所述系数增大，则表示加剧磨损。同样可由电机常数Kf识别出气隙变化，这同样可表示加剧磨损。在发生不允许的变化时、如超过预给定的极限值，也可采取对运输单元Tx和/或运输区段An的维护。
为了改善驱动线圈调节器20对运输单元Tx运动调节的导向性能，驱动线圈调节器20也可增加前馈控制V。前馈控制V在此(例如通过相加)作用于驱动线圈调节器20的输入端。这在图10中以级联驱动线圈调节器20为例示出。前馈控制V(例如通过相加)在此分别作用于所属的调节器的输入端、即速度前馈控制vvs作用于速度调节器RV的输入端并且力前馈控制FVS作用于换算块25的输入端。前馈控制V可以传统方式以受控系统21的模型为基础，其中，受控系统21的逆模型通常用作前馈控制V。如以上所述那样，所述模型优选以运输单元Tx运动方程的形式实现。该模型在此通过辨识的系统参数确定，因此前馈控制(作为逆模型)也被确定。但代替受控系统21的模型也可实现任意其它的前馈控制-调节定律。
对于速度前馈控制vvs例如可使用下述模型：其具有当前实际位置作为实际参量IG。
速度调节器RV因此仅校正其他非线性、未知外部影响和未由速度前馈控制vvs调节的干扰参量。
对于力前馈控制FVS例如可使用上述模型：其具有粘性摩擦系数kv、静摩擦系数ks、运输单元Tx的当前速度以及符号函数sign。
换算块25从如此确定的、补偿当前调节误差E所需的力给定计算出用于驱动线圈7、8的调节参量StG、例如以待调节的定子电流iA的形式。借助力前馈控制电流调节器RS仅校正其他非线性、未知外部影响和未由力前馈控制调节的干扰参量。
此外，驱动线圈调节器20以已知的方式也可补充前向平滑滤波器FF即在没有前馈控制V的情况下，如图10所示。出于调节技术的角度，前向平滑滤波器FF例如可实现为具有时间常数T的有限脉冲响应滤波器(FIR滤波器)。前向平滑滤波器FF用于对理论参量SG进行滤波，以防止激励某些不希望的频率。例如前向平滑滤波器FF可实现为脉冲限制器(Ruckbegrenzung)(具有作为加速度时间导数的脉冲)。
通过前向平滑滤波器FF滤波的理论参量SGF随后用于前馈控制V和通过驱动线圈调节器20的调节。
从运输单元Tx的以点到点的定位为形式的移动轨迹给定，可在该移动轨迹的终点分析跟踪误差特性(Schleppfehlerverhalten)(理论移动轨迹和实际移动轨迹的差异)。由跟踪误差衰减的振荡的周期时间(如作为两个第一半波的幅值比值)和第一振荡的周期时间可以已知方式计算出前向平滑滤波器FF的时间常数T，其等于周期时间。
受控系统21模型的系统参数和/或前向平滑滤波器FF参数的确定由于移动轨迹给定当然与运输路径有关。因此也可推导出运输路径的特性、如静态或动态摩擦参数。因此，借助运输路径的这些特性、尤其是借助这些特性的时间变化也可推导出运输路径的状态。当为不同的运输单元Tx确定相同运输路径上的相同特性时，也可由特性的比较推导出运输单元Tx的(磨损)状态。
为了确定系统参数和/或前向平滑滤波器FF的参数优选将移动轨迹施加在这样的运输路径上，沿该运输路径对运输单元Tx的移动没有很高的要求(速度给定、位置给定)。
也可想到，在不同运输区段An上、例如对于每个运输分段TSm确定系统参数和/或前向平滑滤波器FF的参数。以这种方式也可通过观测不同运输区段An的系统参数的时间变化来推导出不同运输区段An的磨损状态。

Claims (9)

1.用于运行长定子直线电机的方法，该长定子直线电机包括运输路径和至少一个沿该运输路径移动的运输单元(Tx)，沿该运输路径依次设置多个驱动线圈(7、8)，每个驱动线圈(7、8)由驱动线圈调节器(20)调节，其特征在于，为运输单元(Tx)预给定移动轨迹，由运输单元(Tx)驶过该移动轨迹，在此借助参数估计法确定受控系统(21)模型的至少一个系统参数，并且检测所述至少一个系统参数值的时间变化并且由所述时间变化推导出运输单元(Tx)和/或运输路径的磨损状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测驱动线圈(7、8)上受调节的定子电流(iA)并且同时由受控系统的模型计算出定子电流并且通过改变模型的所述至少一个系统参数使检测到和计算出的定子电流之间的误差最小化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，实现作用于驱动线圈调节器(20)的输入端的前馈控制(V)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述驱动线圈调节器(20)包括具有速度输入端的速度调节器(RV)和/或具有力输入端的换算块(25)并且前馈控制(V)计算速度前馈控制(vvs)和/或力前馈控制(Fvs)，并且速度前馈控制(vvs)作用于速度输入端和/或力前馈控制(Fvs)作用于力输入端。
5.运输装置，所述运输装置包括运输路径和至少一个沿该运输路径移动的运输单元(Tx)，所述运输装置由驱动线圈调节器(20)调节，其特征在于，为运输单元(Tx)预给定移动轨迹，由运输单元(Tx)驶过该移动轨迹，在此借助参数估计法确定受控系统(21)模型的至少一个系统参数，并且检测所述至少一个系统参数值的时间变化并且由所述时间变化推导出运输单元(Tx)和/或运输路径的磨损状态。
6.根据权利要求5所述的运输装置，其特征在于，所述运输装置以长定子直线电动机的形式构造。
7.根据权利要求6所述的运输装置，其特征在于，所述长定子直线电动机包括运输路径和至少一个沿该运输路径移动的运输单元(Tx)，沿该运输路径依次设有多个驱动线圈(7、8)，每个驱动线圈(7、8)由驱动线圈调节器(20)调节。
8.驱动线圈调节器(20)，所述驱动线圈调节器包括具有速度输入端的速度调节器(RV)和/或具有力输入端的换算块(25)并且前馈控制(V)计算速度前馈控制(vvs)和/或力前馈控制(Fvs)，速度前馈控制(vvs)作用于速度输入端和/或力前馈控制(Fvs)作用于力输入端，其中，所述驱动线圈调节器(20)如此调节运输装置，使得能够实施根据权利要求1至4之一所述的方法。
9.一种系统，所述系统包括根据权利要求5至7之一所述的运输装置和至少一个根据权利要求8所述的驱动线圈调节器(20)。
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