專利名稱：由多個驅動裝置組成的驅動設備以及用于總驅動裝置的調節(jié)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于旋轉類型和/或平移類型的運動的驅動設備。該驅動設備具
有多個驅動裝置，尤其是用于共同驅動工作機械的裝置或者用于使物質運動的裝置，該驅動設備還具有一個控制裝置。優(yōu)選地，兩個裝置被耦合作為驅動裝置。以下只要出現(xiàn)數字"兩"，該數字就是以上所述多個驅動裝置/裝置的同義詞。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，在要求很高的情況下，使用直接驅動裝置、例如直線電動機，以便消除機械傳動的間隙和彈性。該高耗費尤其出現(xiàn)在直線驅動裝置和慢速旋轉的直接驅動裝置中。除了高成本之外，所述驅動裝置還具有大的體積和低的效率。 如今，在許多高精度的旋轉運動的應用中，也使用機電的驅動裝置。為了向工作機械提供所要求的小的轉速，使用具有幾乎無間隙的行星齒輪傳動裝置的電動機-傳動裝置組合，該電動機_傳動裝置組合是為了所要求的精度而設計的。 在通過傳動裝置間隙(Getriebelose)、傳動帶或者鏈條的彈性所產生的機械剩余誤差過大的場合，如前所述，使用直接驅動裝置。目前，為了實現(xiàn)機械的精密驅動裝置，例如使用了以下用于改進精度的措施。 幾乎無間隙的傳動裝置通過小公差的嚙合元件和無齒隙的離合器，例如片式離合器、金屬波紋管聯(lián)軸器實現(xiàn)小的角度誤差。 扭轉剛性的傳動元件和傳動裝置，例如行星齒輪傳動裝置、厚壁的殼體，提高可達到的增益并且必要時也達到小的角度誤差。 直接驅動裝置，例如慢速旋轉的同步電動機避免通過機械傳動所產生的誤差。
當今的解決方案的共同點在于，所述驅動裝置必須被設計用于全功率和所要求的精密度。由此使得驅動裝置變得昂貴。尤其在大功率的情況下，所描述的措施成本巨大。一個另外的問題在于生產中的可靠的實現(xiàn)，例如在大轉矩情況下，對用于幾乎無間隙的傳動裝置的精密的嚙合部件的選擇是受到限制的。
發(fā)明內容
本發(fā)明的任務在于，在具有大功率并且同時對精度或者動態(tài)性能具有很高要求的、轉速被調節(jié)的驅動裝置中，降低用于功率電子裝置(高時鐘頻率)、電動機(高精密度)和機械傳動(幾乎無間隙的傳動元件)的非常高的耗費。 權利要求1或28提供了一種解決方案。至少一個驅動裝置用于提供功率(功率驅動裝置)，以及至少一個驅動裝置用于調節(jié)精度和/或動態(tài)性能(調節(jié)驅動裝置)。控制和調節(jié)裝置控制和調節(jié)所述至少兩個，尤其是多個驅動裝置。 因此，本發(fā)明包括一個至少雙驅動裝置以及一個用于雙驅動裝置的調節(jié)裝置，該雙驅動裝置由兩個并行工作的、轉速可變的驅動裝置組成。在此，一個驅動裝置負責低成本地提供功率，而另一驅動裝置負責總驅動裝置的精度。 在有很高要求的情況下，在現(xiàn)有技術中使用直接驅動裝置，例如直線電動機，以便消除機械傳動的間隙和彈性。該高耗費尤其出現(xiàn)在直線驅動裝置和慢速旋轉的直接驅動裝置中。除了高成本之外，所述驅動裝置還具有大的體積和低的效率。采用本發(fā)明可以解決這個問題。 所述總驅動裝置由(至少)兩個分離的驅動裝置(驅動方案)組成。所述至少一個第一驅動裝置(功率驅動裝置)對于低成本地提供大功率是最優(yōu)化的，例如通過用于變頻器的、例如直至僅2kHz的小的開關頻率，無傳感器的運行，簡單的電動機-例如具有標準轉速的交流異步電動機，具有標準間隙的、用于使電動機轉速與工作機械的轉速相匹配的標準傳動裝置，用于將旋轉運動轉換為直線運動的齒形帶。所述至少一個第二驅動裝置(調節(jié)驅動裝置)負責所述運動的精度。該至少一個第二傳動裝置補償所述功率驅動裝置的誤差。 為了補償，僅需要小的功率，從而能夠成本低地構造調節(jié)驅動裝置。對于不同驅動裝置的計算表明，所述調節(jié)驅動裝置需要總功率的大約5% 。所述兩個驅動裝置的共同作用是通過調節(jié)裝置來進行，該調節(jié)裝置測量所述功率驅動裝置的誤差并且控制用于補償的所述調節(jié)驅動裝置。這可以例如采用一個具有兩個實際值輸入端的伺服調節(jié)器來實現(xiàn)。
因此得到了以下有益效果。 在大驅動功率的情況下，可以通過由變流器、電動機和傳動裝置組成的成本低的機電驅動裝置，例如通過可供使用的裝置8200、MDEMA、GST、GKS來提供絕大部分的功率。小得多的伺服驅動裝置提供精度和動態(tài)性能。在此，所述伺服驅動裝置能夠承擔全部的給定值處理和調節(jié)以及向所述變流器提供給定值。 為了調節(jié)，使用一個相匹配的調節(jié)結構和兩個實際值輸入端，如它們在使用中的Lenze公司的驅動調節(jié)器ESC、9300或9400中存在的那樣?？偠灾?，因此由標準組件得到了一種成本低并且輕便的驅動裝置，該驅動裝置的特性可以與昂貴并且沉重的直接驅動裝置的性能相比較。根據本發(fā)明，高要求的驅動任務可以借助由標準組合構成的、成本低的組件來解決。 作為"雙機器"(在多重驅動裝置的意義上)的驅動裝置由一個用于提供功率的、成本低的驅動裝置和一個用于提供精度的、小的驅動裝置組成?？偠灾玫搅司_的驅動裝置的解決方案，該驅動裝置由成本低的標準組件組成，例如
參具有齒形帶的直線驅動裝置，以取代直線電動機。 參具有標準傳動裝置的驅動裝置，以取代直接驅動裝置或者高精度的機器人傳動裝置。 與常規(guī)的直接驅動裝置的解決方案(如開頭所描述的)相比，所述驅動裝置(由
兩個或多個裝置組成的雙驅動裝置)具有顯著的優(yōu)點 參更低的成本(在例子中大約低50% ) 參更小的重量(在例子中大約輕50% ) 參由標準程序的、可獲得的組件組成的功率路徑結構 可使用多個第一驅動裝置和/或多個第二驅動裝置。所要求保護的是一種驅動設備和這樣一種用于通過多個電動機來共同驅動一個"負載"的方法。在此，負載的概念應一
6般地理解為物體，該物體進行由所述驅動裝置引起的運動(權利要求10)。
在此，精密度應理解為以下特性的一個特性或多個特性驅動裝置相對于干擾量和負載躍變的高剛度，具有高極限頻率的快速調節(jié)，小的角度誤差(或者在直線運動時的路徑誤差)，例如通過傳動裝置間隙、離合器間隙、調節(jié)偏差引起的誤差。 用于旋轉類型和/或平移類型的運動的所述驅動設備的所述控制裝置或者由該控制裝置執(zhí)行的控制方法(權利要求28)控制和調節(jié)所述至少兩個驅動裝置。
所述調節(jié)驅動裝置獲得用于整個驅動裝置的速度給定值(v，")與所述功率驅動裝置的或者用于該功率驅動裝置的傳感器(或者觀察器)的實際值之間的一個差值作為給定值(權利要求29)，其中，該差值乘以一個系數并且被作為給定值預先給予所述調節(jié)驅動裝置。因此能夠促使所述調節(jié)驅動裝置完全地補償，至少基本上補償所述功率驅動裝置(10)的旋轉類型的誤差和/或平移類型的誤差。 所述驅動設備設有多個用于共同驅動一個工作機械或者用于使作為"負載"的物質運動的驅動裝置。至少一個驅動裝置實現(xiàn)功率的提供(功率驅動裝置)。至少一個驅動裝置作為調節(jié)驅動裝置對機械精度和/或所要求的動態(tài)性能進行跟蹤。采用所述控制裝置來控制和調節(jié)所述至少兩個驅動裝置。 除了電機(電驅動裝置)之外，所述驅動裝置包括氣動驅動裝置、液壓驅動裝置、
具有內燃機或者流體機械的驅動裝置或者這些驅動裝置的組合，尤其是裝配有機械傳動裝
置、液壓傳動裝置或者耦合單元。 獨立權利要求的特殊變形或者具體化如下。 優(yōu)選地，所述驅動裝置至少部分地具有電動機，這些電動機分別由功率電子裝置
饋電。至少一個功率傳動裝置為帶齒輪傳動裝置電動機(Getriebemotor)。 所述驅動裝置中的至少一個可以被構造為制動器，尤其被構造為具有一個在制動
斬波器上饋電的變流器的電動機。至少一個功率驅動裝置可以是一個氣動缸或者液壓缸。 所述至少一個調節(jié)驅動裝置可以優(yōu)選地是一個電動機或者直線電動機，尤其至少
部分地裝配有一個或多個永磁鐵。 從旋轉運動類型到直線運動的轉換可以通過一個連桿、一個齒條、一個齒形帶或者一個絲杠來進行。 可以設置一個彈性的聯(lián)接元件，以便使所述至少兩個驅動裝置分別與所述工作機械或者所述物質進行耦合，該聯(lián)接元件尤其作為空心軸或者從軸向的兩端來從所述至少兩個驅動裝置，即功率驅動裝置和調節(jié)驅動裝置空間分離地引入驅動力。 多個調節(jié)驅動裝置也可以對所述至少一個功率驅動裝置進行控制，尤其是其方式為由所述調節(jié)驅動裝置中的一個調節(jié)驅動裝置機械地操作液壓驅動裝置或者氣動驅動裝置的至少一個閥。 在所述至少一個功率驅動裝置上可以存在至少一個用于對所述功率驅動裝置的運動進行測量的傳感器，其中，在所述至少一個調節(jié)驅動裝置上也可以存在一個用于對所述調節(jié)驅動裝置的運動進行測量的傳感器?？梢酝ㄟ^一個觀察器來代替或者補充所述運動傳感器中的至少一個。 —個調節(jié)單元分析所述(至少一個)功率驅動裝置的運動并且使用該信號來控制所述(至少一個)調節(jié)驅動裝置，優(yōu)選地，這是通過一個設置在所述功率驅動裝置的軸附近的運動傳感器實現(xiàn)的。 一個另外的調節(jié)單元分析所述調節(jié)驅動裝置的運動并且調節(jié)該調節(jié) 驅動裝置。 所述用于運動測量的傳感器優(yōu)選是測速發(fā)電機、旋轉變壓器、加速度傳感器、光學 增量傳感器、磁性增量傳感器、光學絕對值傳感器或者磁性絕對值傳感器，優(yōu)選地設置在所 述功率驅動裝置的軸上或者設置在所述功率驅動裝置附近。 所述調節(jié)單元可以用線性的參量或者非線性的參量工作，尤其是與一個觀察器一 起工作或者與一個狀態(tài)調節(jié)器一起工作。所述調節(jié)單元的參數被有利地這樣選擇，使得在 一個確定的頻率范圍內幾乎完全地補償所述(至少一個)功率驅動裝置的誤差。但是，所述 調節(jié)單元的參數也可以這樣選擇，使得在一個給定的頻率范圍內至少基本上補償所述(至 少一個)功率驅動裝置的誤差。 所述調節(jié)單元對作為所述至少兩個驅動裝置的所述(至少一個)功率驅動裝置和 所述(至少一個)調節(jié)驅動裝置進行控制。 可以建立結構單元所述功率驅動裝置和所述調節(jié)驅動裝置可以組合成一個這樣 的結構單元。所述調節(jié)驅動裝置和所述調節(jié)裝置可以組合成一個這樣的結構單元。所述功 率電子裝置和所述調節(jié)單元可以組合成一個這樣的結構單元。或者所有組件可以組合成一 個結構單元。
借助實施例來說明和補充本發(fā)明，其中，需要說明的是，以下說明涉及本發(fā)明的優(yōu) 選實施例的描述。
圖1示出了一個具有雙驅動裝置的直線驅動裝置的框圖。 圖la為圖1的略圖，其中，整個驅動裝置被劃分為兩個子驅動裝置。 一個子驅動 裝置10，即功率驅動裝置，用于提供所需要的機械功率。第二子驅動裝置20，即調節(jié)驅動裝 置，用于糾正所述功率驅動裝置留下的誤差。 圖2示出了一個具有多重驅動的滾筒驅動裝置的框圖； 圖3示出了一個放大的調節(jié)電路，其中，左邊的驅動裝置10受到控制并且右邊的 驅動裝置20受到轉速調節(jié)。該調節(jié)電路也可以用于其他方案，如圖2所示的方案。
圖4示出了用于選擇一個直線驅動裝置的驅動方案的例子。
圖5示出了一個常規(guī)的直接驅動裝置的組件匯總。
圖6示出了雙驅動裝置和常規(guī)的驅動裝置的價格比較。 圖7示出了在一個功率驅動裝置中，給定轉速的時間變化曲線、實際轉速的時間 變化曲線以及轉速偏差的時間變化曲線。 圖8示出了在一個具有調節(jié)驅動裝置參與的雙驅動裝置中，給定轉速的時間變化 曲線、實際轉速的時間變化曲線以及轉速偏差的時間變化曲線。 圖9示例性地示出了一個具有傳動裝置間隙的滾筒驅動裝置，用于在功率大于 20kW的情況下說明圖7和圖8。功率驅動裝置是一個具有變頻器的帶齒輪傳動裝置交流電 動機。傳動裝置通過一個具有剛度Cu的、扭轉彈性的軸驅動滾筒。該軸與一個旋轉傳感器 相連接。物理值被給出。
具體實施例方式
借助一個直線驅動裝置來說明所述結構。以下附圖示出了所述驅動設備的結構， 參見具有調節(jié)單元的圖1和圖3。 功率驅動裝置10具有一個變頻器11、一個交流電動機12和一個傳動裝置13?？?制裝置14控制變流器11。該控制裝置14獲得給定值Vs。n作為調節(jié)量。傳動裝置為一直 線運動v驅動齒形帶Z。由于傳動帶預應力，齒形帶無間隙地與齒形帶輪連接。與該齒形帶 輪相連接的是一個旋轉傳感器(Drehgeber)TX或者25。可替換地，該旋轉傳感器能夠通過 一個自己的輪無間隙地與所述齒形帶相連接。 調節(jié)驅動裝置20驅動所述齒形帶的另一端上的齒形帶滾輪。該調節(jié)驅動裝置20 由一個具有伺服電動機22和變流器21的轉速可調的伺服驅動裝置組成。調節(jié)裝置24由 旋轉傳感器26控制。該旋轉傳感器與電動機22耦合。在調節(jié)裝置24中設有作為n-調節(jié) 器的調節(jié)器24'。該調節(jié)裝置也包括經過系數A和減法器的給定值的預給定，調節(jié)器24'本 身僅是按照圖1的函數"n-調節(jié)器"，例如作為通用的積分調節(jié)器或者PI調節(jié)器或者(簡 化的)二階低通濾波器。 所述調節(jié)驅動裝置獲得用于整個驅動裝置的速度給定值Vs。u與在功率驅動裝置 10的齒形帶滾輪上的傳感器TX或25的實際值VUst之間的一個差值Vdiff作為給定值。該 差值與一個系數A相乘，并且被作為給定值給予調節(jié)驅動裝置20，從而使得該調節(jié)驅動裝 置完全地，至少幾乎或者基本上補償所述功率驅動裝置的誤差，參見圖3。
在圖2中示出了一個具有一個印刷滾筒90和用于負載驅動裝置和調節(jié)驅動裝置 的兩個驅動端的滾筒驅動裝置的框圖。功率驅動裝置30由兩個帶齒輪傳動裝置電動機34、 34'組成。這兩個帶齒輪傳動裝置電動機中的每一個由一個交流電動機32、32'和一個附屬 的傳動裝置33、33'組成。每個電動機32、32'由一個被控制器44'控制的變頻器31饋電。 傳動裝置33、33'中的每一個的機械耦合分別通過一個扭轉彈性的空心軸實現(xiàn)，這兩個空心 軸位于印刷滾筒90的一側和在軸向上相對的另一側。每個扭轉彈性的空心軸具有一個剛 度。用于傳動裝置33的空心軸的剛度為C^，而用于傳動裝置33'的、相對的空心軸的剛度 為CCL2。 旋轉傳感器TX或者45與所述一個空心軸耦合。該旋轉傳感器將關于轉速和/或 必要時也將關于位置(在該實施例中為旋轉位置或者角度)的信息輸出到隨后的調節(jié)電 路。 圖中的右邊設置了一個調節(jié)驅動裝置40。所述調節(jié)驅動裝置具有一個電動機42 和一個向該電動機饋電的變流器41。所述調節(jié)驅動裝置通過電動機42驅動一個軸。該軸 具有扭轉剛度CeK。調節(jié)驅動裝置40不具有傳動裝置，但是與一個另外的旋轉傳感器46耦 合，該旋轉傳感器將轉速和/或必要時也將位置作為輸出信號輸出到調節(jié)電路44。該調節(jié) 電路被構造用于通過一個轉速調節(jié)器來控制變流器41。 調節(jié)驅動裝置40獲得來自調節(jié)器44的調節(jié)信號。調節(jié)器44獲得一個與(用于整 個驅動裝置的)轉速給定值ns。u與傳感器45的實際值nist之間的差值成比例的值作為給 定值ndiff。因為傳感器45被耦合到所述功率驅動裝置的空心軸上，所以所述實際值被稱為 nUst。通過將所形成的差值與一個放大系數A(大于或者小于1)相乘，產生比例關系^ndiff 作為調節(jié)器44的給定值。
根據該電路結構得到了對調節(jié)驅動裝置40的調節(jié)，從而使得調節(jié)驅動裝置幾乎 完全地補償所述功率驅動裝置，在這里為兩個功率驅動裝置34、34'的誤差。在此，所述控 制裝置包括調節(jié)器44和控制器44'，該控制裝置控制至少兩個裝置42、34，在此也控制一個 第三裝置34'。 在圖2的左上方可見，所述功率驅動裝置的控制器44'是通過變流器31實現(xiàn)的并 且同樣受(用于整個驅動裝置的)轉速給定值ns。u的控制。 計算表明，所述調節(jié)驅動裝置所消耗的功率不大于所述功率驅動裝置的功率的 5% 10%。因此，所述調節(jié)驅動裝置是小的和成本低的。
直線驅動裝置的例子 具有以下數據的一個直線驅動裝置的具體的例子說明了相互關系，參見圖4。
采用該雙驅動裝置，所述總驅動裝置獲得了與通過無傳動裝置的直接驅動裝置將 65kW的大功率傳輸到齒形帶上時大致相當的性能。
調節(jié) 為了使所述調節(jié)驅動裝置能夠完全地補償所述功率驅動裝置的誤差，恰當地選擇 放大系數A。在直線驅動裝置的例子中，可以求得該放大系數A。 由變流器、電動機和傳動裝置組成的所述功率驅動裝置具有非線性的傳遞函數L， 由變流器、電動機和調節(jié)裝置組成的所述調節(jié)驅動裝置具有線性的傳遞函數E : ^加=4'樣.古'L。"(注意盡管存在非線性關系，但對復雜的表述進行了簡化) ^紐=^ ' *' 4 ' — ) 物質m的速度y由通過齒形帶的、兩個驅動裝置的耦合從兩個轉速的疊加中得到。 y = CCL Ji DL HList+￡CR " DK nRist 在此，￡^和￡^為齒形帶輪與物質m之間的傳遞函數。 為了補償所述功率驅動裝置的誤差，按以下方式選擇放大系數A : 4 = ，4 采用該放大系數完全地調整了所述功率驅動裝置的誤差。在此，當僅觀察有限的 頻率范圍時，所必需的放大是有限的 4 = ，'7在范圍"=()",z中 所述功率及調節(jié)驅動裝置與所述物質之間的傳遞函數是根據當前的位置由齒形 帶彈性得到的。齒形帶彈性、質量和阻尼給出如下傳遞函數
「 ， r_ 4 叫z
fCi = 1 i丄n s丄,s 、2
r___,，廣 一 4__ f CT — 1丄n ^丄,s 、2 所述彈性取決于當前的位置。如果坐標原點位于中心，那么對于所述彈性有
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問題。
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因此得到了用于完全地消除所述功率驅動裝置的誤差的放大系數A:
<formula>formula see original document page 11</formula>即所述放大系數在有限的頻率范圍內是有限的，并且可以被達到而不出現(xiàn)穩(wěn)定性 對當前位置的匹配是通過總歸要被測量的(運動的物質m的)位置進行的。
那么，所述總驅動裝置的傳遞函數2為 G = CCi=~^--^_^ x = ￡ xsoll(由34' 、34組成的)調節(jié)驅動裝置10或者30用于校正運動中/位置中的誤差。 因此，調節(jié)驅動裝置所必需的功率取決于所述功率驅動裝置的誤差的大小。在此，誤差的種 類對所述調節(jié)驅動裝置的校正功率起作用。以下將觀察不同的誤差機制和傳動裝置間隙的 影響。 為了補償轉矩誤差，可以進行功率分配。這樣的誤差可以在由變流器操作的驅動 裝置中由所述功率驅動裝置的電磁偏差和對所述給定值的調節(jié)偏差產生。同樣也可以由轉 矩_電流特征曲線的溫度漂移或者電動機模型和電動機之間的偏差或者變流器的直流分 量以及輸出電流中的不對稱性產生。 兩個驅動裝置10和20按照圖la通過彈性的傳動元件Ca和CCK作用在負載上并 且共同產生轉矩M。所述功率驅動裝置產生具有誤差AMu的轉矩Mu。 如果涉及的是時間上恒定的偏差，那么在所述調節(jié)驅動裝置的穩(wěn)定工作中補償所 述誤差并且提供轉矩M^該轉矩(理論上)與轉矩誤差AMu—樣大。實踐中它們基本上 是相同大小的。所述調節(jié)驅動裝置提供了相應的功率。 然而，所述誤差更多涉及周期性的轉矩偏差。那么所述轉矩誤差近似地具有一個 正弦形的時間變化曲線。 由于調節(jié)驅動裝置和負載之間的彈性，所述調節(jié)驅動裝置可以根據所述轉矩誤差 附加地為所述負載保留一個角度。由此得到所述調節(jié)驅動裝置的一個附加的角速度和加速 度。為此，所述調節(jié)驅動裝置提供用于加速的附加轉矩，并且因此也要具有/輸出比用于穩(wěn) 定的轉矩誤差的功率更大的功率。 當借助傳動裝置進行驅動時，常常出現(xiàn)分度誤差形式的偏差。這可以被視為功率 驅動裝置和負載之間的角度誤差。其原因在于齒輪的齒部和偏心度以及傳動裝置的軸中的 偏差。在這種情況下，為了補償所述角度誤差進行功率分配。作為例子，可以觀察一個具 有60mm的分度圓直徑以及30度的嚙合角的小齒輪。該小齒輪的50 y m的徑向跳動會導致 25iim的切線方向上的誤差。由此得到士3acrmin的角度誤差?？偣?arcmin的誤差可以 被所述調節(jié)驅動裝置補償。 對此，所述調節(jié)驅動裝置可以這樣地加速整個驅動裝置，從而去除角度誤差。為此所使用的轉矩與慣量和角度誤差成比例并且與轉速平方地相關。 在負載變換時(在轉矩反向或者力反向時)傳動裝置間隙可以被視為角度誤差。 在一個(第一)功率驅動裝置與一個(第一)調節(jié)驅動裝置機械耦合時，在由于所述(第 一 )功率驅動裝置的間隙而導致沒有轉矩能夠傳輸期間，所述調節(jié)驅動裝置提供全部的轉 矩。然后，為了補償傳動裝置間隙，進行功率分配。 0103] 在技術和成本方面與直接驅動解決方案的比較
0104] 所述雙驅動裝置_作為具有多個主動裝置或者"驅動裝置"的驅動裝置的例子_具 有與通過一個沒有傳動裝置的直接驅動裝置將65kW的大功率傳輸到齒形帶上時大致相當 的性能。
0105] 在這種情況下，作為直接驅動裝置，例如以下組件是必不可少的，參見圖5。
0106] 因此，常規(guī)的驅動裝置的重量幾乎是所述雙驅動裝置的四倍并且具有比所述雙驅 動裝置小30%的固有頻率。
0107] 在圖6中示出了用于實現(xiàn)雙驅動裝置(兩個驅動裝置)和用于實現(xiàn)常規(guī)的直接驅 動裝置的價格對比?？偟膩碚f，該例子的雙驅動裝置幾乎比常規(guī)的驅動裝置便宜50%。
0108] 所述雙驅動裝置(所述多重驅動裝置也同樣)具有以下重要優(yōu)點
O109] 參更低的成本(在例子中幾乎低50% )
0110] 參更小的重量(在例子中輕70% )
0111] 參更高的固有頻率(在例子中高40% )
0112] 參由標準組件組成的功率路徑的結構
0113] 在此，在具有齒形帶的一個直線驅動裝置(和一個滾筒驅動裝置)的例子中所說
明的方法可以用于完全不同的機械驅動裝置。 0114] 取代 現(xiàn)在
0115] 參直線電動機_ > 具有齒形帶和兩個旋轉驅動裝置 0116] 的直線驅動裝置 0117] 參直線電動機_> 具有一個旋轉電動機和一個用于 0118] 調節(jié)驅動裝置的小的直線電動機 0119] 參直接驅動裝置_ > 具有標準傳動裝置的驅動裝置 0120] 參高精度的機器人傳動裝置_ > 標準傳動裝置
0121] 綜上所述，產生了用于由低成本的標準組件組成的精確驅動裝置的解決方案。應 用場合例如為 0122] 參橫切割機(與軌道速度同步) 0123] 參印刷機(與印刷標記同步)
0124] 參用于大物質，例如工件安裝和固定裝置的定位驅動裝置
0125] 所述雙驅動裝置可以與其他的驅動裝置組合，所述其他的驅動裝置在必要時可以 一同參與所述調節(jié)。在所述驅動裝置中也可以包括制動的驅動裝置，作為直接的制動器或 者作為進行制動的驅動裝置，尤其是具有制動斬波器或者以具有直流電壓級間耦合電路以 及熵產生器的電反饋驅動裝置的形式。
其他的實施例 具有伺服驅動裝置和帶齒輪傳動裝置交流電動機的驅動裝置
a)應用實例 具有單個驅動裝置的印刷機的印刷滾筒。
b)功率驅動裝置 在具有帶有間隙的傳動裝置的電網中的交流電動機，在傳動裝置的輸出端上對旋 轉進行測量，與工作機械的彈性連接。
c)調節(jié)驅動裝置 無傳動裝置的伺服電動機，采用具有轉速和/或位置調節(jié)的功率電子裝置進行控
制，在伺服電動機中對旋轉進行測量，與工作機械的彈性連接。 d)說明 帶齒輪傳動裝置交流電動機在剛性的電網中運行。由此該帶齒輪傳動裝置交流電 動機低成本地提供了大功率。然而，轉速是取決于負載的，并且運動與印刷機的其他驅動裝 置不同步。 調節(jié)驅動裝置將在傳動裝置輸出端上的帶齒輪傳動裝置交流電動機的旋轉角的 偏差與旋轉角給定值進行比較。所述偏差被用于對校正所述旋轉角的伺服驅動裝置進行控 制。因為為了調節(jié)，在傳動裝置輸出端上獲得受到帶齒輪傳動裝置電動機的角度誤差影響 的信號，所以帶齒輪傳動裝置交流電動機的誤差可以被伺服電動機完全地補償。
具有氣動缸和伺服電動機的驅動裝置
a)應用實例
機器人手臂。
b)功率驅動 氣動缸，其中，該氣動缸的閥由調節(jié)驅動裝置控制。氣動缸通過機器人手臂的柔韌 性彈性地與該手臂的末端相連接。對機器人手臂的旋轉角進行測量。
c)調節(jié)驅動裝置 永磁鐵勵磁的同步伺服電動機，具有角度調節(jié)器的功率電子裝置，伺服電動機中 的旋轉角測量，伺服電動機通過一個連桿與機器人手臂的末端彈性的連接。氣動閥由電動 機驅動。 d)說明 氣動缸向手臂的運動提供了絕大部分的動力或者功率。因為該運動僅僅是不精確 的，所以伺服電動機糾正該運動。在此，機器人手臂的旋轉角通過氣缸提供了有誤差的運 動，通過伺服驅動裝置來糾正該運動。因為對氣動缸的控制是通過伺服電動機進行的，所以 不需要電磁閥或者根本不需要被調節(jié)的閥。在此，伺服電動機不僅改善了定位精確度而且 改善了例如對于干擾量的響應速度。 由具有變頻器的帶齒輪傳動裝置電動機和伺服電動機組成的驅動裝置作為無傳
動裝置的直接驅動裝置 a)應用實例 印刷滾筒驅動裝置。 b)功率驅動裝置 具有標準傳動裝置和變頻器的帶齒輪傳動裝置交流電動機，在傳動裝置的輸出端 上對旋轉角進行測量，與印刷滾筒的彈性連接。
c)調節(jié)驅動裝置 伺服電動機，伺服變流器，在伺服電動機中對旋轉角進行測量，與印刷滾筒的彈性 連接。 d)說明 具有變頻器的帶齒輪傳動裝置交流電動機低成本地提供功率。在此，能夠通過變 頻器使轉速與所期望的設備速度相匹配。由于標準傳動裝置的扭轉間隙和傳動比誤差，印 刷滾筒的運動對于良好的印刷結果來說是不夠的。在此，伺服電動機參與作用，其方式是它 糾正帶齒輪傳動裝置交流電動機的運動。因為伺服電動機也改善了動態(tài)性能，所以印刷滾 筒能夠在有動態(tài)要求的情況下也被調節(jié)并且例如在多彩印刷時跟蹤配線控制的信號。
具有37kW額定功率的驅動裝置的實施例應說明20kW以上的結果。采用1801/min 和2000Nm來示例性地仿真所述驅動裝置。該驅動裝置用作同步運行驅動裝置并且必須盡 可能好地跟蹤平均轉速周圍的小的給定值變化。 一個具有變頻器的異步_帶齒輪驅動裝置 電動機被用為功率驅動裝置。 一個具有伺服變流器的、無齒輪的永磁鐵伺服電動機被用為 調節(jié)驅動裝置。其他數據從圖9中得到。 圖7示出了在功率驅動裝置中，給定轉速的時間變化曲線、實際轉速的時間變化 曲線以及轉速偏差的時間變化曲線。在圖7中示出了不具有調節(jié)驅動裝置的功率驅動裝置 的轉速的時間變化曲線。給定轉速在升速到1801/min后具有鞍形，該鞍形代表了疊加的角 度同步運行調節(jié)的參與?？梢郧逦乜吹?，功率驅動裝置僅非常延遲地跟蹤給定值并且?guī)?乎不對給定值的變化做出響應。相應地，給定值與實際值之間的差值示出了 4. 51/min的波 動。 圖8示出了具有調節(jié)驅動裝置的參與以及根據附加的驅動裝置的上述例子的轉
速變化曲線。在此，調節(jié)驅動裝置通過一個非常簡化的傳遞函數集成有二階低通濾波器。通 過該非常簡單的調節(jié)，轉速偏差已經能夠減少到小于原始值的一半，即減小到大約21/min。 公式標記列表 nUst 功率驅動裝置的實際轉速 L 功率驅動裝置的傳遞函數 i 傳動比 p 電動機的極對數 A 功率驅動裝置的滾輪的直徑 vs。u 給定速度 nKist 調節(jié)驅動裝置的實際轉速 A 用于完全補償的調節(jié)器的傳遞函數 DK 調節(jié)驅動裝置的滾輪的直徑 A二 用于在一有限頻率范圍內盡可能補償的調節(jié)器的傳遞函數 y 速度 ￡a 功率驅動裝置與負載的彈性連接的傳遞函數 ￡eK 調節(jié)驅動裝置與負載的彈性連接的傳遞函數 co 角頻率
"K，z傳動范圍的最高角頻率
14
D 阻尼量 c 剛度 a 功率驅動裝置與負載之間的剛度 cK 調節(jié)驅動裝置與負載之間的剛度"。 固有角頻率 功率驅動裝置與負載的彈性連接的固有角頻率 "。K 調節(jié)驅動裝置與負載的彈性連接的固有角頻率 1 長度 x 當前位置 S 拉普拉斯變換 m 質量 ^ 驅動裝置的總傳遞函數
1權利要求
一種用于旋轉類型和/或平移類型的運動的驅動設備，該驅動設備具有多個用于共同驅動一工作機械或者用于使一物質運動的驅動裝置(10，20；30，34，34’，40)并且具有一控制裝置(24，14；44，44’)，其特征在于，設置至少一個用于提供功率的驅動裝置(10；34)(功率驅動裝置)，以及設置至少一個用于控制或者調節(jié)精度和/或動態(tài)性能的驅動裝置(20，40)(調節(jié)驅動裝置)，以及所述控制裝置(24，14)控制和調節(jié)所述至少兩個、尤其是更多個驅動裝置(10，20)。
2. 根據權利要求1所述的驅動設備，其中，所述驅動裝置為電驅動裝置、氣動驅動裝 置、液壓驅動裝置、具有內燃機或者流體機械的驅動裝置或者這些驅動裝置的組合，尤其是 裝配有機械的傳動裝置、液壓傳動裝置或者一耦合單元。
3. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述驅動裝置至少部分地由電 動機(33， 33'，12， 22)組成，所述電動機分別由一功率電子裝置饋電。
4. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述至少一個功率驅動裝置 (10,34)為帶齒輪傳動裝置電動機。
5. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述驅動裝置中的至少一個被 構造為制動器，尤其被構造為一電動機，該電動機具有一在一制動斬波器上饋電的變流器。
6. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述至少一個功率驅動裝置 (10,34)為一氣動缸或者液壓缸。
7. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述至少一個調節(jié)驅動裝置 (20， 40)為電動機或者直線電動機。
8. 根據權利要求3至7中任一項所述的驅動設備，其中，所述至少一個具有電動機的驅 動裝置至少部分地裝備有永磁鐵。
9. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，存在或者進行通過一連桿、齒 條、齒形帶或者絲杠將旋轉運動類型轉換到直線運動的轉換。
10. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述至少兩個驅動裝置分別通 過一彈性的聯(lián)接元件與所述工作機械或者所述物質(90)耦合。
11. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，一個或多個調節(jié)驅動裝置 (40)對所述至少一個功率驅動裝置進行所述控制，尤其是其方式為由所述調節(jié)驅動裝置中 的一個調節(jié)驅動裝置機械地操作一液壓驅動裝置或者氣動驅動裝置的至少一個閥。
12. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，在所述至少一個功率驅動裝置 (10,34)上具有至少一個用于對所述功率驅動裝置的運動進行測量的傳感器(25,45)。
13. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，在所述至少一個調節(jié)驅動裝置 (20,40)上具有一用于對所述調節(jié)驅動裝置的運動進行測量的傳感器(26,46)。
14. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，一調節(jié)單元(24,44)對所述 (至少一個)功率驅動裝置(10,34)的運動進行分析并且將其用于所述(至少一個)調節(jié) 驅動裝置(20,40)的控制。
15. 根據權利要求12或13所述的驅動設備，其中，所述用于所述運動的測量的傳感器 (25，45)為測速發(fā)電機、旋轉變壓器、加速度傳感器、光學增量傳感器、磁性增量傳感器、光 學絕對值傳感器或者磁性絕對值傳感器。
16. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，一調節(jié)單元(24，44)對所述調 節(jié)驅動裝置的運動(26， 46)進行分析并且對所述調節(jié)驅動裝置(20， 40)進行調節(jié)。
17. 根據權利要求16所述的驅動設備，其中，所述調節(jié)單元用線性和非線性的參量工作。
18. 根據權利要求16或17所述的驅動設備，其中，所述調節(jié)單元包括一觀察器。
19. 根據權利要求16至18中任一項所述的驅動設備，其中，所述調節(jié)單元包括一狀態(tài) 調節(jié)器。
20. 根據權利要求16至19中任一項所述的驅動設備，其中，所述調節(jié)單元的參數被這 樣選擇，使得在一確定的頻率范圍中幾乎完全地補償所述(至少一個)功率驅動裝置的誤差。
21. 根據權利要求16至19中任一項所述的驅動設備，其中，所述調節(jié)單元的參數被這 樣選擇，使得在一給定的頻率范圍中至少基本上補償所述(至少一個)功率驅動裝置的誤差。
22. 根據權利要求1至15中任一項所述的驅動設備，其中，所述調節(jié)單元(14,24)對所 述(至少一個)功率驅動裝置和所述(至少一個)調節(jié)驅動裝置進行控制。
23. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述功率驅動裝置和所述調節(jié) 驅動裝置被組合成一結構單元。
24. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述調節(jié)驅動裝置和所述調節(jié) 裝置被組合成一結構單元。
25. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述功率電子裝置和所述調節(jié) 單元被組合成一單元。
26. 根據權利要求23至25中任一項所述的驅動設備，其中，所有組件被組合成一結構 單元。
27. 根據以上權利要求中任一項所述的驅動設備，其中，所述調節(jié)驅動裝置(20)獲得 用于整個驅動裝置的速度給定值(v，")與所述功率驅動裝置的一傳感器(TX)的實際值之 間的差值(Vdiff)作為給定值，其中，該差值乘以一系數A并且被作為給定值預先給予所述調 節(jié)驅動裝置(20)，使得所述調節(jié)驅動裝置完全地補償、至少基本上補償所述功率驅動裝置 (10)的誤差。
28. —種用于一驅動設備的控制裝置或者控制方法，所述驅動設備用于旋轉類型和/ 或平移類型的運動，該驅動設備具有多個用于通過所述控制裝置(24,14)來共同驅動一工 作機械或者使一物質運動的驅動裝置(10，20，30，34，34')，其特征在于，所述控制裝置對所述至少兩個驅動裝置(20，34，34' ;10,20)進行控制和調節(jié)，以及 至少一個驅動裝置實現(xiàn)所述功率的提供(功率驅動裝置)，至少一個驅動裝置作為調節(jié)驅動裝置對機械精度和/或動態(tài)性能進行所述控制或調 節(jié)，并且利用所述控制裝置來控制和調節(jié)所述至少兩個驅動裝置。
29. 根據權利要求28所述的方法，其中，所述調節(jié)驅動裝置(20,40)獲得用于整個驅動 裝置的速度給定值(v，")與所述功率驅動裝置(10 ;34， 34')的傳感器(TX，25，45)的實 際值之間的差值(Vdiff)作為給定值，其中，該差值乘以一系數(A)并且被作為給定值預先給 予所述調節(jié)驅動裝置(20,40)，以促使所述調節(jié)驅動裝置完全地補償、至少基本上補償所述功率驅動裝置(10)的旋轉類型和/或平移類型的誤差。
全文摘要
本發(fā)明的任務在于，在具有大功率并且同時對精度或者動態(tài)性能具有高要求的、轉速被調節(jié)的傳動裝置中，降低用于功率電子裝置(高時鐘頻率)、電動機(高精密度)和機械傳動(幾乎無間隙的傳動元件)的很高耗費。為此，提出了一種用于旋轉類型和/或平移類型的運動的驅動設備。該驅動設備具有多個用于共同地、機械耦合地驅動一工作機械或者用于使一物質運動的驅動裝置(10，20；30，34，34′，40)。此外，該驅動設備還具有一控制裝置(24，14；44，44′)。至少一個驅動裝置(10；34)被設置用于提供功率(作為功率驅動裝置，10，30)。設置和機械耦合了作為調節(jié)驅動裝置的、用于對總驅動裝置的精度和/或動態(tài)性能進行控制或調節(jié)的至少一個另外的傳動裝置(20，40)?？刂蒲b置(24，14)對所述至少兩個機械耦合的驅動裝置(10，20)進行控制和調節(jié)。
文檔編號G05B19/416GK101772744SQ200780048494
公開日2010年7月7日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權日2006年12月27日
發(fā)明者C·弗雷格爾 申請人:倫茨自動化有限責任公司