[发明专利]具有附加转矩补偿功能的双边驱动系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双边驱动系统及方法。

背景技术

在双边驱动的系统中，不可避免的一个问题就是Rz向转矩的问题。Rz向转矩是指由于用于双边驱动的两个驱动电机不同步及出力大小的不同，被驱动物体的质心偏移，以及由于被驱动物体的上层物体或者下层物体的Rz向转矩的影响，而使得双边驱动系统出现一个Rz向转矩。绝大多数情况下，这个转矩是不期望存在的。因此在应用中，就需要对该Rz向转矩进行消除。现有的技术中，通常有两种方法来消除该Rz向转矩。其一，是在双边驱动电机的动子和被驱动物体之间加入柔性件形式，通过柔性件的变形，吸收掉该转矩。其二是，通过改变驱动电机，即用二维电机代替一维电机。二维电机的主要出力方向完成驱动作用，与它正交的非主要出力方向完成对Rz向转矩的补偿。配合相应的控制策略，两种方法都可以很好的完成对Rz向转矩的补偿。但这两种方法也有各自的不足之处。

柔性件结构中，一个突出的难点就在于对Rz柔性件刚度的一个选择。由于该方法是通过利用柔性件的变形来吸收Rz向的转矩，但是柔性件的变形量有个限制，不能太大，即要求柔性件的刚度不能太小，同时柔性件的刚度也不能太大，太大的话就起不到吸收Rz向转矩的功能。这样，柔性件的大小、结构的选择就需要进行多次的计算、验证。如果没有丰富的实际经验，要想达到理想的效果，研发的周期必然会比较长。

二维电机结构中，虽然通过一个电机就可以解决Rz向附加转矩的问题，但这种方法的缺点：一方面，二维电机的体积可能比一维电机的大；另一方面，两个二维电机的成本可能比两个一维电机高；再一方面，如果二维电机制造不是很优秀的话，两个运动方向的相互串扰会比较严重，而两个一维电机方案这种风险就相对比较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的具有附加转矩补偿功能的双边驱动系统及方法，可以消除双边驱动过程中产生的附加转矩。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有附加转矩补偿功能的双边驱动系统，包括：底座、第一载台、设置于底座和第一载台之间并用于双边驱动第一载台的两个第一方向的行程电机、分别用于测量对应的第一方向的行程电机位移的两个第一方向的行程测量单元和第一行程测量变换单元，其特征在于，所述双边驱动系统还包括：用于控制所述两个第一方向的行程电机的第一载台位移闭环控制单元、用于补偿第一载台转矩的第二方向的行程补偿电机和用于控制所述第二方向的行程补偿电机的第一载台转矩补偿闭环控制单元，其中，第二方向的行程补偿电机设置于底座和第一载台之间，第二方向与第一方向相互垂直设置；所述两个第一方向的行程测量单元将测得的所述两个第一方向的行程电机的位移测量值输出到所述第一行程测量变换单元，所述第一行程测量变换单元将接收到的数据处理得到第一载台位移测量值和第一载台转矩测量值后，将所述第一载台位移测量值反馈到第一载台位移闭环控制单元并产生对两个第一方向的行程电机的控制力信号，从而形成对第一载台的位移的闭环控制，另将所述第一载台转矩测量值反馈到第一载台转矩补偿闭环控制单元并产生对第二方向的行程补偿电机的控制力信号，从而形成对第一载台所受的转矩补偿的闭环控制。

进一步，所述第二方向的行程补偿电机包括第二方向的行程补偿电机的定子和第二方向的行程补偿电机的动子，所述第二方向的行程补偿电机的定子与所述底座刚性联接，所述第二方向的行程补偿电机的动子与所述第一载台刚性联接。

本发明还公开了一种采用上述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动系统的双边驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，两个第一行程测量单元分别测得对应的第一方向的行程电机的位移获得两个第一方向的行程电机的位移测量值；

第二步，所述第一行程测量变换单元接收并处理所述两个第一方向的行程电机的位移测量值获得第一载台位移测量值和第一载台转矩测量值；

第三步，通过比较一第一载台位移设定值和所述第一载台位移测量值后获得第一载台位移偏差信号，并将所述第一载台位移偏差信号转换成两个第一方向的行程电机的控制力信号，再将两个第一方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第一方向的行程电机；与此同时，通过比较一第一载台转矩设定值和所述第一载台转矩测量值后获得第一载台转矩偏差信号，并将第一载台转矩偏差信号转换成第二方向的行程补偿电机的控制力信号，再将第二方向的行程补偿电机的控制力信号放大后输出到第二方向的行程补偿电机；

第四步，进行第一步形成循环，从而实现在对第一载台的位移进行闭环控制的同时，对第一载台所受到的转矩进行实时补偿。