[发明专利]用于调节线性驱动装置的位置和/或速度的方法

说明书

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 19851003 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 0539401 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。