專(zhuān)利名稱：由多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置組成的驅(qū)動(dòng)設(shè)備以及用于總驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)類(lèi)型和/或平移類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。該驅(qū)動(dòng)設(shè)備具
有多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，尤其是用于共同驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械的裝置或者用于使物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的裝置，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備還具有一個(gè)控制裝置。優(yōu)選地，兩個(gè)裝置被耦合作為驅(qū)動(dòng)裝置。以下只要出現(xiàn)數(shù)字"兩"，該數(shù)字就是以上所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置/裝置的同義詞。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，在要求很高的情況下，使用直接驅(qū)動(dòng)裝置、例如直線電動(dòng)機(jī)，以便消除機(jī)械傳動(dòng)的間隙和彈性。該高耗費(fèi)尤其出現(xiàn)在直線驅(qū)動(dòng)裝置和慢速旋轉(zhuǎn)的直接驅(qū)動(dòng)裝置中。除了高成本之外，所述驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用中，也使用機(jī)電的驅(qū)動(dòng)裝置。為了向工作機(jī)械提供所要求的小的轉(zhuǎn)速，使用具有幾乎無(wú)間隙的行星齒輪傳動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)-傳動(dòng)裝置組合，該電動(dòng)機(jī)_傳動(dòng)裝置組合是為了所要求的精度而設(shè)計(jì)的。 在通過(guò)傳動(dòng)裝置間隙(Getriebelose)、傳動(dòng)帶或者鏈條的彈性所產(chǎn)生的機(jī)械剩余誤差過(guò)大的場(chǎng)合，如前所述，使用直接驅(qū)動(dòng)裝置。目前，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械的精密驅(qū)動(dòng)裝置，例如使用了以下用于改進(jìn)精度的措施。 幾乎無(wú)間隙的傳動(dòng)裝置通過(guò)小公差的嚙合元件和無(wú)齒隙的離合器，例如片式離合器、金屬波紋管聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)小的角度誤差。 扭轉(zhuǎn)剛性的傳動(dòng)元件和傳動(dòng)裝置，例如行星齒輪傳動(dòng)裝置、厚壁的殼體，提高可達(dá)到的增益并且必要時(shí)也達(dá)到小的角度誤差。 直接驅(qū)動(dòng)裝置，例如慢速旋轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī)避免通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)所產(chǎn)生的誤差。
當(dāng)今的解決方案的共同點(diǎn)在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置必須被設(shè)計(jì)用于全功率和所要求的精密度。由此使得驅(qū)動(dòng)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(gè)另外的問(wèn)題在于生產(chǎn)中的可靠的實(shí)現(xiàn)，例如在大轉(zhuǎn)矩情況下，對(duì)用于幾乎無(wú)間隙的傳動(dòng)裝置的精密的嚙合部件的選擇是受到限制的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，在具有大功率并且同時(shí)對(duì)精度或者動(dòng)態(tài)性能具有很高要求的、轉(zhuǎn)速被調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置中，降低用于功率電子裝置(高時(shí)鐘頻率)、電動(dòng)機(jī)(高精密度)和機(jī)械傳動(dòng)(幾乎無(wú)間隙的傳動(dòng)元件)的非常高的耗費(fèi)。 權(quán)利要求1或28提供了一種解決方案。至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置用于提供功率(功率驅(qū)動(dòng)裝置)，以及至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置用于調(diào)節(jié)精度和/或動(dòng)態(tài)性能(調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置)?？刂坪驼{(diào)節(jié)裝置控制和調(diào)節(jié)所述至少兩個(gè)，尤其是多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置。 因此，本發(fā)明包括一個(gè)至少雙驅(qū)動(dòng)裝置以及一個(gè)用于雙驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)裝置，該雙驅(qū)動(dòng)裝置由兩個(gè)并行工作的、轉(zhuǎn)速可變的驅(qū)動(dòng)裝置組成。在此，一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置負(fù)責(zé)低成本地提供功率，而另一驅(qū)動(dòng)裝置負(fù)責(zé)總驅(qū)動(dòng)裝置的精度。 在有很高要求的情況下，在現(xiàn)有技術(shù)中使用直接驅(qū)動(dòng)裝置，例如直線電動(dòng)機(jī)，以便消除機(jī)械傳動(dòng)的間隙和彈性。該高耗費(fèi)尤其出現(xiàn)在直線驅(qū)動(dòng)裝置和慢速旋轉(zhuǎn)的直接驅(qū)動(dòng)裝置中。除了高成本之外，所述驅(qū)動(dòng)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(gè)問(wèn)題。 所述總驅(qū)動(dòng)裝置由(至少)兩個(gè)分離的驅(qū)動(dòng)裝置(驅(qū)動(dòng)方案)組成。所述至少一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)裝置(功率驅(qū)動(dòng)裝置)對(duì)于低成本地提供大功率是最優(yōu)化的，例如通過(guò)用于變頻器的、例如直至僅2kHz的小的開(kāi)關(guān)頻率，無(wú)傳感器的運(yùn)行，簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)-例如具有標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的交流異步電動(dòng)機(jī)，具有標(biāo)準(zhǔn)間隙的、用于使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與工作機(jī)械的轉(zhuǎn)速相匹配的標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)裝置，用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的齒形帶。所述至少一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)裝置(調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置)負(fù)責(zé)所述運(yùn)動(dòng)的精度。該至少一個(gè)第二傳動(dòng)裝置補(bǔ)償所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差。 為了補(bǔ)償，僅需要小的功率，從而能夠成本低地構(gòu)造調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。對(duì)于不同驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算表明，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置需要總功率的大約5% 。所述兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的共同作用是通過(guò)調(diào)節(jié)裝置來(lái)進(jìn)行，該調(diào)節(jié)裝置測(cè)量所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差并且控制用于補(bǔ)償?shù)乃稣{(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。這可以例如采用一個(gè)具有兩個(gè)實(shí)際值輸入端的伺服調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
因此得到了以下有益效果。 在大驅(qū)動(dòng)功率的情況下，可以通過(guò)由變流器、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置組成的成本低的機(jī)電驅(qū)動(dòng)裝置，例如通過(guò)可供使用的裝置8200、MDEMA、GST、GKS來(lái)提供絕大部分的功率。小得多的伺服驅(qū)動(dòng)裝置提供精度和動(dòng)態(tài)性能。在此，所述伺服驅(qū)動(dòng)裝置能夠承擔(dān)全部的給定值處理和調(diào)節(jié)以及向所述變流器提供給定值。 為了調(diào)節(jié)，使用一個(gè)相匹配的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和兩個(gè)實(shí)際值輸入端，如它們?cè)谑褂弥械腖enze公司的驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器ESC、9300或9400中存在的那樣?？偠灾?，因此由標(biāo)準(zhǔn)組件得到了一種成本低并且輕便的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置的特性可以與昂貴并且沉重的直接驅(qū)動(dòng)裝置的性能相比較。根據(jù)本發(fā)明，高要求的驅(qū)動(dòng)任務(wù)可以借助由標(biāo)準(zhǔn)組合構(gòu)成的、成本低的組件來(lái)解決。 作為"雙機(jī)器"(在多重驅(qū)動(dòng)裝置的意義上)的驅(qū)動(dòng)裝置由一個(gè)用于提供功率的、成本低的驅(qū)動(dòng)裝置和一個(gè)用于提供精度的、小的驅(qū)動(dòng)裝置組成?？偠灾玫搅司_的驅(qū)動(dòng)裝置的解決方案，該驅(qū)動(dòng)裝置由成本低的標(biāo)準(zhǔn)組件組成，例如
參具有齒形帶的直線驅(qū)動(dòng)裝置，以取代直線電動(dòng)機(jī)。 參具有標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置，以取代直接驅(qū)動(dòng)裝置或者高精度的機(jī)器人傳動(dòng)裝置。 與常規(guī)的直接驅(qū)動(dòng)裝置的解決方案(如開(kāi)頭所描述的)相比，所述驅(qū)動(dòng)裝置(由
兩個(gè)或多個(gè)裝置組成的雙驅(qū)動(dòng)裝置)具有顯著的優(yōu)點(diǎn) 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(biāo)準(zhǔn)程序的、可獲得的組件組成的功率路徑結(jié)構(gòu) 可使用多個(gè)第一驅(qū)動(dòng)裝置和/或多個(gè)第二驅(qū)動(dòng)裝置。所要求保護(hù)的是一種驅(qū)動(dòng)設(shè)備和這樣一種用于通過(guò)多個(gè)電動(dòng)機(jī)來(lái)共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)"負(fù)載"的方法。在此，負(fù)載的概念應(yīng)一
6般地理解為物體，該物體進(jìn)行由所述驅(qū)動(dòng)裝置引起的運(yùn)動(dòng)(權(quán)利要求10)。
在此，精密度應(yīng)理解為以下特性的一個(gè)特性或多個(gè)特性驅(qū)動(dòng)裝置相對(duì)于干擾量和負(fù)載躍變的高剛度，具有高極限頻率的快速調(diào)節(jié)，小的角度誤差(或者在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的路徑誤差)，例如通過(guò)傳動(dòng)裝置間隙、離合器間隙、調(diào)節(jié)偏差引起的誤差。 用于旋轉(zhuǎn)類(lèi)型和/或平移類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)的所述驅(qū)動(dòng)設(shè)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(quán)利要求28)控制和調(diào)節(jié)所述至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置。
所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置獲得用于整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的速度給定值(v，")與所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的或者用于該功率驅(qū)動(dòng)裝置的傳感器(或者觀察器)的實(shí)際值之間的一個(gè)差值作為給定值(權(quán)利要求29)，其中，該差值乘以一個(gè)系數(shù)并且被作為給定值預(yù)先給予所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。因此能夠促使所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置完全地補(bǔ)償，至少基本上補(bǔ)償所述功率驅(qū)動(dòng)裝置(10)的旋轉(zhuǎn)類(lèi)型的誤差和/或平移類(lèi)型的誤差。 所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè)有多個(gè)用于共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)工作機(jī)械或者用于使作為"負(fù)載"的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)功率的提供(功率驅(qū)動(dòng)裝置)。至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置作為調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)機(jī)械精度和/或所要求的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行跟蹤。采用所述控制裝置來(lái)控制和調(diào)節(jié)所述至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置。 除了電機(jī)(電驅(qū)動(dòng)裝置)之外，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、
具有內(nèi)燃機(jī)或者流體機(jī)械的驅(qū)動(dòng)裝置或者這些驅(qū)動(dòng)裝置的組合，尤其是裝配有機(jī)械傳動(dòng)裝
置、液壓傳動(dòng)裝置或者耦合單元。 獨(dú)立權(quán)利要求的特殊變形或者具體化如下。 優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)裝置至少部分地具有電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)分別由功率電子裝置
饋電。至少一個(gè)功率傳動(dòng)裝置為帶齒輪傳動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)(Getriebemotor)。 所述驅(qū)動(dòng)裝置中的至少一個(gè)可以被構(gòu)造為制動(dòng)器，尤其被構(gòu)造為具有一個(gè)在制動(dòng)
斬波器上饋電的變流器的電動(dòng)機(jī)。至少一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置可以是一個(gè)氣動(dòng)缸或者液壓缸。 所述至少一個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置可以優(yōu)選地是一個(gè)電動(dòng)機(jī)或者直線電動(dòng)機(jī)，尤其至少
部分地裝配有一個(gè)或多個(gè)永磁鐵。 從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)類(lèi)型到直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)一個(gè)連桿、一個(gè)齒條、一個(gè)齒形帶或者一個(gè)絲杠來(lái)進(jìn)行。 可以設(shè)置一個(gè)彈性的聯(lián)接元件，以便使所述至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置分別與所述工作機(jī)械或者所述物質(zhì)進(jìn)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(lái)從所述至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，即功率驅(qū)動(dòng)裝置和調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置空間分離地引入驅(qū)動(dòng)力。 多個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置也可以對(duì)所述至少一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制，尤其是其方式為由所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置中的一個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械地操作液壓驅(qū)動(dòng)裝置或者氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的至少一個(gè)閥。 在所述至少一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置上可以存在至少一個(gè)用于對(duì)所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，其中，在所述至少一個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置上也可以存在一個(gè)用于對(duì)所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的傳感器?？梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)觀察器來(lái)代替或者補(bǔ)充所述運(yùn)動(dòng)傳感器中的至少一個(gè)。 —個(gè)調(diào)節(jié)單元分析所述(至少一個(gè))功率驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)并且使用該信號(hào)來(lái)控制所述(至少一個(gè))調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，優(yōu)選地，這是通過(guò)一個(gè)設(shè)置在所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的軸附近的運(yùn)動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)的。 一個(gè)另外的調(diào)節(jié)單元分析所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)并且調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié) 驅(qū)動(dòng)裝置。 所述用于運(yùn)動(dòng)測(cè)量的傳感器優(yōu)選是測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、加速度傳感器、光學(xué) 增量傳感器、磁性增量傳感器、光學(xué)絕對(duì)值傳感器或者磁性絕對(duì)值傳感器，優(yōu)選地設(shè)置在所 述功率驅(qū)動(dòng)裝置的軸上或者設(shè)置在所述功率驅(qū)動(dòng)裝置附近。 所述調(diào)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(gè)觀察器一 起工作或者與一個(gè)狀態(tài)調(diào)節(jié)器一起工作。所述調(diào)節(jié)單元的參數(shù)被有利地這樣選擇，使得在 一個(gè)確定的頻率范圍內(nèi)幾乎完全地補(bǔ)償所述(至少一個(gè))功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差。但是，所述 調(diào)節(jié)單元的參數(shù)也可以這樣選擇，使得在一個(gè)給定的頻率范圍內(nèi)至少基本上補(bǔ)償所述(至 少一個(gè))功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差。 所述調(diào)節(jié)單元對(duì)作為所述至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的所述(至少一個(gè))功率驅(qū)動(dòng)裝置和 所述(至少一個(gè))調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制。 可以建立結(jié)構(gòu)單元所述功率驅(qū)動(dòng)裝置和所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置可以組合成一個(gè)這樣 的結(jié)構(gòu)單元。所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置和所述調(diào)節(jié)裝置可以組合成一個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)單元。所述功 率電子裝置和所述調(diào)節(jié)單元可以組合成一個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)單元?；蛘咚薪M件可以組合成一 個(gè)結(jié)構(gòu)單元。


借助實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和補(bǔ)充本發(fā)明，其中，需要說(shuō)明的是，以下說(shuō)明涉及本發(fā)明的優(yōu) 選實(shí)施例的描述。
圖1示出了一個(gè)具有雙驅(qū)動(dòng)裝置的直線驅(qū)動(dòng)裝置的框圖。 圖la為圖1的略圖，其中，整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置被劃分為兩個(gè)子驅(qū)動(dòng)裝置。 一個(gè)子驅(qū)動(dòng) 裝置10，即功率驅(qū)動(dòng)裝置，用于提供所需要的機(jī)械功率。第二子驅(qū)動(dòng)裝置20，即調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝 置，用于糾正所述功率驅(qū)動(dòng)裝置留下的誤差。 圖2示出了一個(gè)具有多重驅(qū)動(dòng)的滾筒驅(qū)動(dòng)裝置的框圖； 圖3示出了一個(gè)放大的調(diào)節(jié)電路，其中，左邊的驅(qū)動(dòng)裝置10受到控制并且右邊的 驅(qū)動(dòng)裝置20受到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。該調(diào)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(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方案的例子。
圖5示出了一個(gè)常規(guī)的直接驅(qū)動(dòng)裝置的組件匯總。
圖6示出了雙驅(qū)動(dòng)裝置和常規(guī)的驅(qū)動(dòng)裝置的價(jià)格比較。 圖7示出了在一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置中，給定轉(zhuǎn)速的時(shí)間變化曲線、實(shí)際轉(zhuǎn)速的時(shí)間 變化曲線以及轉(zhuǎn)速偏差的時(shí)間變化曲線。 圖8示出了在一個(gè)具有調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置參與的雙驅(qū)動(dòng)裝置中，給定轉(zhuǎn)速的時(shí)間變化 曲線、實(shí)際轉(zhuǎn)速的時(shí)間變化曲線以及轉(zhuǎn)速偏差的時(shí)間變化曲線。 圖9示例性地示出了一個(gè)具有傳動(dòng)裝置間隙的滾筒驅(qū)動(dòng)裝置，用于在功率大于 20kW的情況下說(shuō)明圖7和圖8。功率驅(qū)動(dòng)裝置是一個(gè)具有變頻器的帶齒輪傳動(dòng)裝置交流電 動(dòng)機(jī)。傳動(dòng)裝置通過(guò)一個(gè)具有剛度Cu的、扭轉(zhuǎn)彈性的軸驅(qū)動(dòng)滾筒。該軸與一個(gè)旋轉(zhuǎn)傳感器 相連接。物理值被給出。
具體實(shí)施例方式
借助一個(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)說(shuō)明所述結(jié)構(gòu)。以下附圖示出了所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)， 參見(jiàn)具有調(diào)節(jié)單元的圖1和圖3。 功率驅(qū)動(dòng)裝置10具有一個(gè)變頻器11、一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)12和一個(gè)傳動(dòng)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(diào)節(jié)量。傳動(dòng)裝置為一直 線運(yùn)動(dòng)v驅(qū)動(dòng)齒形帶Z。由于傳動(dòng)帶預(yù)應(yīng)力，齒形帶無(wú)間隙地與齒形帶輪連接。與該齒形帶 輪相連接的是一個(gè)旋轉(zhuǎn)傳感器(Drehgeber)TX或者25?？商鎿Q地，該旋轉(zhuǎn)傳感器能夠通過(guò) 一個(gè)自己的輪無(wú)間隙地與所述齒形帶相連接。 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置20驅(qū)動(dòng)所述齒形帶的另一端上的齒形帶滾輪。該調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置20 由一個(gè)具有伺服電動(dòng)機(jī)22和變流器21的轉(zhuǎn)速可調(diào)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成。調(diào)節(jié)裝置24由 旋轉(zhuǎn)傳感器26控制。該旋轉(zhuǎn)傳感器與電動(dòng)機(jī)22耦合。在調(diào)節(jié)裝置24中設(shè)有作為n-調(diào)節(jié) 器的調(diào)節(jié)器24'。該調(diào)節(jié)裝置也包括經(jīng)過(guò)系數(shù)A和減法器的給定值的預(yù)給定，調(diào)節(jié)器24'本 身僅是按照?qǐng)D1的函數(shù)"n-調(diào)節(jié)器"，例如作為通用的積分調(diào)節(jié)器或者PI調(diào)節(jié)器或者(簡(jiǎn) 化的)二階低通濾波器。 所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置獲得用于整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的速度給定值Vs。u與在功率驅(qū)動(dòng)裝置 10的齒形帶滾輪上的傳感器TX或25的實(shí)際值VUst之間的一個(gè)差值Vdiff作為給定值。該 差值與一個(gè)系數(shù)A相乘，并且被作為給定值給予調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置20，從而使得該調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝 置完全地，至少幾乎或者基本上補(bǔ)償所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差，參見(jiàn)圖3。
在圖2中示出了一個(gè)具有一個(gè)印刷滾筒90和用于負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置和調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置 的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)端的滾筒驅(qū)動(dòng)裝置的框圖。功率驅(qū)動(dòng)裝置30由兩個(gè)帶齒輪傳動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)34、 34'組成。這兩個(gè)帶齒輪傳動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)中的每一個(gè)由一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)32、32'和一個(gè)附屬 的傳動(dòng)裝置33、33'組成。每個(gè)電動(dòng)機(jī)32、32'由一個(gè)被控制器44'控制的變頻器31饋電。 傳動(dòng)裝置33、33'中的每一個(gè)的機(jī)械耦合分別通過(guò)一個(gè)扭轉(zhuǎn)彈性的空心軸實(shí)現(xiàn)，這兩個(gè)空心 軸位于印刷滾筒90的一側(cè)和在軸向上相對(duì)的另一側(cè)。每個(gè)扭轉(zhuǎn)彈性的空心軸具有一個(gè)剛 度。用于傳動(dòng)裝置33的空心軸的剛度為C^，而用于傳動(dòng)裝置33'的、相對(duì)的空心軸的剛度 為CCL2。 旋轉(zhuǎn)傳感器TX或者45與所述一個(gè)空心軸耦合。該旋轉(zhuǎn)傳感器將關(guān)于轉(zhuǎn)速和/或 必要時(shí)也將關(guān)于位置(在該實(shí)施例中為旋轉(zhuǎn)位置或者角度)的信息輸出到隨后的調(diào)節(jié)電 路。 圖中的右邊設(shè)置了一個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置40。所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置具有一個(gè)電動(dòng)機(jī)42 和一個(gè)向該電動(dòng)機(jī)饋電的變流器41。所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)電動(dòng)機(jī)42驅(qū)動(dòng)一個(gè)軸。該軸 具有扭轉(zhuǎn)剛度CeK。調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置40不具有傳動(dòng)裝置，但是與一個(gè)另外的旋轉(zhuǎn)傳感器46耦 合，該旋轉(zhuǎn)傳感器將轉(zhuǎn)速和/或必要時(shí)也將位置作為輸出信號(hào)輸出到調(diào)節(jié)電路44。該調(diào)節(jié) 電路被構(gòu)造用于通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來(lái)控制變流器41。 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置40獲得來(lái)自調(diào)節(jié)器44的調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)器44獲得一個(gè)與(用于整 個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的)轉(zhuǎn)速給定值ns。u與傳感器45的實(shí)際值nist之間的差值成比例的值作為給 定值ndiff。因?yàn)閭鞲衅?5被耦合到所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的空心軸上，所以所述實(shí)際值被稱為 nUst。通過(guò)將所形成的差值與一個(gè)放大系數(shù)A(大于或者小于1)相乘，產(chǎn)生比例關(guān)系^ndiff 作為調(diào)節(jié)器44的給定值。
根據(jù)該電路結(jié)構(gòu)得到了對(duì)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置40的調(diào)節(jié)，從而使得調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置幾乎 完全地補(bǔ)償所述功率驅(qū)動(dòng)裝置，在這里為兩個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置34、34'的誤差。在此，所述控 制裝置包括調(diào)節(jié)器44和控制器44'，該控制裝置控制至少兩個(gè)裝置42、34，在此也控制一個(gè) 第三裝置34'。 在圖2的左上方可見(jiàn)，所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的控制器44'是通過(guò)變流器31實(shí)現(xiàn)的并 且同樣受(用于整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的)轉(zhuǎn)速給定值ns。u的控制。 計(jì)算表明，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置所消耗的功率不大于所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的功率的 5% 10%。因此，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置是小的和成本低的。
直線驅(qū)動(dòng)裝置的例子 具有以下數(shù)據(jù)的一個(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置的具體的例子說(shuō)明了相互關(guān)系，參見(jiàn)圖4。
采用該雙驅(qū)動(dòng)裝置，所述總驅(qū)動(dòng)裝置獲得了與通過(guò)無(wú)傳動(dòng)裝置的直接驅(qū)動(dòng)裝置將 65kW的大功率傳輸?shù)烬X形帶上時(shí)大致相當(dāng)?shù)男阅堋?
調(diào)節(jié) 為了使所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置能夠完全地補(bǔ)償所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差，恰當(dāng)?shù)剡x擇 放大系數(shù)A。在直線驅(qū)動(dòng)裝置的例子中，可以求得該放大系數(shù)A。 由變流器、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置組成的所述功率驅(qū)動(dòng)裝置具有非線性的傳遞函數(shù)L， 由變流器、電動(dòng)機(jī)和調(diào)節(jié)裝置組成的所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置具有線性的傳遞函數(shù)E : ^加=4'樣.古'L。"(注意盡管存在非線性關(guān)系，但對(duì)復(fù)雜的表述進(jìn)行了簡(jiǎn)化) ^紐=^ ' *' 4 ' — ) 物質(zhì)m的速度y由通過(guò)齒形帶的、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的耦合從兩個(gè)轉(zhuǎn)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(zhì)m之間的傳遞函數(shù)。 為了補(bǔ)償所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差，按以下方式選擇放大系數(shù)A : 4 = ，4 采用該放大系數(shù)完全地調(diào)整了所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差。在此，當(dāng)僅觀察有限的 頻率范圍時(shí)，所必需的放大是有限的 4 = ，'7在范圍"=()",z中 所述功率及調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置與所述物質(zhì)之間的傳遞函數(shù)是根據(jù)當(dāng)前的位置由齒形 帶彈性得到的。齒形帶彈性、質(zhì)量和阻尼給出如下傳遞函數(shù)
「 ， 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(dāng)前的位置。如果坐標(biāo)原點(diǎn)位于中心，那么對(duì)于所述彈性有
4
10

問(wèn)題。
<formula>formula see original document page 11</formula>
因此得到了用于完全地消除所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差的放大系數(shù)A:
<formula>formula see original document page 11</formula>即所述放大系數(shù)在有限的頻率范圍內(nèi)是有限的，并且可以被達(dá)到而不出現(xiàn)穩(wěn)定性 對(duì)當(dāng)前位置的匹配是通過(guò)總歸要被測(cè)量的(運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)m的)位置進(jìn)行的。
那么，所述總驅(qū)動(dòng)裝置的傳遞函數(shù)2為 G = CCi=~^--^_^ x = ￡ xsoll(由34' 、34組成的)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置10或者30用于校正運(yùn)動(dòng)中/位置中的誤差。 因此，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置所必需的功率取決于所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差的大小。在此，誤差的種 類(lèi)對(duì)所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的校正功率起作用。以下將觀察不同的誤差機(jī)制和傳動(dòng)裝置間隙的 影響。 為了補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩誤差，可以進(jìn)行功率分配。這樣的誤差可以在由變流器操作的驅(qū)動(dòng) 裝置中由所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的電磁偏差和對(duì)所述給定值的調(diào)節(jié)偏差產(chǎn)生。同樣也可以由轉(zhuǎn) 矩_電流特征曲線的溫度漂移或者電動(dòng)機(jī)模型和電動(dòng)機(jī)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(duì)稱性產(chǎn)生。 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置10和20按照?qǐng)Dla通過(guò)彈性的傳動(dòng)元件Ca和CCK作用在負(fù)載上并 且共同產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩M。所述功率驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生具有誤差A(yù)Mu的轉(zhuǎn)矩Mu。 如果涉及的是時(shí)間上恒定的偏差，那么在所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的穩(wěn)定工作中補(bǔ)償所 述誤差并且提供轉(zhuǎn)矩M^該轉(zhuǎn)矩(理論上)與轉(zhuǎn)矩誤差A(yù)Mu—樣大。實(shí)踐中它們基本上 是相同大小的。所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置提供了相應(yīng)的功率。 然而，所述誤差更多涉及周期性的轉(zhuǎn)矩偏差。那么所述轉(zhuǎn)矩誤差近似地具有一個(gè) 正弦形的時(shí)間變化曲線。 由于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置和負(fù)載之間的彈性，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置可以根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩誤差 附加地為所述負(fù)載保留一個(gè)角度。由此得到所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的一個(gè)附加的角速度和加速 度。為此，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置提供用于加速的附加轉(zhuǎn)矩，并且因此也要具有/輸出比用于穩(wěn) 定的轉(zhuǎn)矩誤差的功率更大的功率。 當(dāng)借助傳動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，常常出現(xiàn)分度誤差形式的偏差。這可以被視為功率 驅(qū)動(dòng)裝置和負(fù)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(dòng)裝置的軸中的 偏差。在這種情況下，為了補(bǔ)償所述角度誤差進(jìn)行功率分配。作為例子，可以觀察一個(gè)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(dòng)會(huì)導(dǎo)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(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置補(bǔ)償。 對(duì)此，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置可以這樣地加速整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，從而去除角度誤差。為此所使用的轉(zhuǎn)矩與慣量和角度誤差成比例并且與轉(zhuǎn)速平方地相關(guān)。 在負(fù)載變換時(shí)(在轉(zhuǎn)矩反向或者力反向時(shí))傳動(dòng)裝置間隙可以被視為角度誤差。 在一個(gè)(第一)功率驅(qū)動(dòng)裝置與一個(gè)(第一)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械耦合時(shí)，在由于所述(第 一 )功率驅(qū)動(dòng)裝置的間隙而導(dǎo)致沒(méi)有轉(zhuǎn)矩能夠傳輸期間，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置提供全部的轉(zhuǎn) 矩。然后，為了補(bǔ)償傳動(dòng)裝置間隙，進(jìn)行功率分配。 0103] 在技術(shù)和成本方面與直接驅(qū)動(dòng)解決方案的比較
0104] 所述雙驅(qū)動(dòng)裝置_作為具有多個(gè)主動(dòng)裝置或者"驅(qū)動(dòng)裝置"的驅(qū)動(dòng)裝置的例子_具 有與通過(guò)一個(gè)沒(méi)有傳動(dòng)裝置的直接驅(qū)動(dòng)裝置將65kW的大功率傳輸?shù)烬X形帶上時(shí)大致相當(dāng) 的性能。
0105] 在這種情況下，作為直接驅(qū)動(dòng)裝置，例如以下組件是必不可少的，參見(jiàn)圖5。
0106] 因此，常規(guī)的驅(qū)動(dòng)裝置的重量幾乎是所述雙驅(qū)動(dòng)裝置的四倍并且具有比所述雙驅(qū) 動(dòng)裝置小30%的固有頻率。
0107] 在圖6中示出了用于實(shí)現(xiàn)雙驅(qū)動(dòng)裝置(兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置)和用于實(shí)現(xiàn)常規(guī)的直接驅(qū) 動(dòng)裝置的價(jià)格對(duì)比?？偟膩?lái)說(shuō)，該例子的雙驅(qū)動(dòng)裝置幾乎比常規(guī)的驅(qū)動(dòng)裝置便宜50%。
0108] 所述雙驅(qū)動(dòng)裝置(所述多重驅(qū)動(dòng)裝置也同樣)具有以下重要優(yōu)點(diǎn)
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(biāo)準(zhǔn)組件組成的功率路徑的結(jié)構(gòu)
0113] 在此，在具有齒形帶的一個(gè)直線驅(qū)動(dòng)裝置(和一個(gè)滾筒驅(qū)動(dòng)裝置)的例子中所說(shuō)
明的方法可以用于完全不同的機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置。 0114] 取代 現(xiàn)在
0115] 參直線電動(dòng)機(jī)_ > 具有齒形帶和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置 0116] 的直線驅(qū)動(dòng)裝置 0117] 參直線電動(dòng)機(jī)_> 具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)和一個(gè)用于 0118] 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的小的直線電動(dòng)機(jī) 0119] 參直接驅(qū)動(dòng)裝置_ > 具有標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置 0120] 參高精度的機(jī)器人傳動(dòng)裝置_ > 標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)裝置
0121] 綜上所述，產(chǎn)生了用于由低成本的標(biāo)準(zhǔn)組件組成的精確驅(qū)動(dòng)裝置的解決方案。應(yīng) 用場(chǎng)合例如為 0122] 參橫切割機(jī)(與軌道速度同步) 0123] 參印刷機(jī)(與印刷標(biāo)記同步)
0124] 參用于大物質(zhì)，例如工件安裝和固定裝置的定位驅(qū)動(dòng)裝置
0125] 所述雙驅(qū)動(dòng)裝置可以與其他的驅(qū)動(dòng)裝置組合，所述其他的驅(qū)動(dòng)裝置在必要時(shí)可以 一同參與所述調(diào)節(jié)。在所述驅(qū)動(dòng)裝置中也可以包括制動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，作為直接的制動(dòng)器或 者作為進(jìn)行制動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，尤其是具有制動(dòng)斬波器或者以具有直流電壓級(jí)間耦合電路以 及熵產(chǎn)生器的電反饋驅(qū)動(dòng)裝置的形式。
其他的實(shí)施例 具有伺服驅(qū)動(dòng)裝置和帶齒輪傳動(dòng)裝置交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置
a)應(yīng)用實(shí)例 具有單個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的印刷機(jī)的印刷滾筒。
b)功率驅(qū)動(dòng)裝置 在具有帶有間隙的傳動(dòng)裝置的電網(wǎng)中的交流電動(dòng)機(jī)，在傳動(dòng)裝置的輸出端上對(duì)旋 轉(zhuǎn)進(jìn)行測(cè)量，與工作機(jī)械的彈性連接。
c)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置 無(wú)傳動(dòng)裝置的伺服電動(dòng)機(jī)，采用具有轉(zhuǎn)速和/或位置調(diào)節(jié)的功率電子裝置進(jìn)行控
制，在伺服電動(dòng)機(jī)中對(duì)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行測(cè)量，與工作機(jī)械的彈性連接。 d)說(shuō)明 帶齒輪傳動(dòng)裝置交流電動(dòng)機(jī)在剛性的電網(wǎng)中運(yùn)行。由此該帶齒輪傳動(dòng)裝置交流電 動(dòng)機(jī)低成本地提供了大功率。然而，轉(zhuǎn)速是取決于負(fù)載的，并且運(yùn)動(dòng)與印刷機(jī)的其他驅(qū)動(dòng)裝 置不同步。 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置將在傳動(dòng)裝置輸出端上的帶齒輪傳動(dòng)裝置交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角的 偏差與旋轉(zhuǎn)角給定值進(jìn)行比較。所述偏差被用于對(duì)校正所述旋轉(zhuǎn)角的伺服驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控 制。因?yàn)闉榱苏{(diào)節(jié)，在傳動(dòng)裝置輸出端上獲得受到帶齒輪傳動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)的角度誤差影響 的信號(hào)，所以帶齒輪傳動(dòng)裝置交流電動(dòng)機(jī)的誤差可以被伺服電動(dòng)機(jī)完全地補(bǔ)償。
具有氣動(dòng)缸和伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置
a)應(yīng)用實(shí)例
機(jī)器人手臂。
b)功率驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)缸，其中，該氣動(dòng)缸的閥由調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置控制。氣動(dòng)缸通過(guò)機(jī)器人手臂的柔韌 性彈性地與該手臂的末端相連接。對(duì)機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行測(cè)量。
c)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置 永磁鐵勵(lì)磁的同步伺服電動(dòng)機(jī)，具有角度調(diào)節(jié)器的功率電子裝置，伺服電動(dòng)機(jī)中 的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量，伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)連桿與機(jī)器人手臂的末端彈性的連接。氣動(dòng)閥由電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)。 d)說(shuō)明 氣動(dòng)缸向手臂的運(yùn)動(dòng)提供了絕大部分的動(dòng)力或者功率。因?yàn)樵撨\(yùn)動(dòng)僅僅是不精確 的，所以伺服電動(dòng)機(jī)糾正該運(yùn)動(dòng)。在此，機(jī)器人手臂的旋轉(zhuǎn)角通過(guò)氣缸提供了有誤差的運(yùn) 動(dòng)，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)糾正該運(yùn)動(dòng)。因?yàn)閷?duì)氣動(dòng)缸的控制是通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行的，所以 不需要電磁閥或者根本不需要被調(diào)節(jié)的閥。在此，伺服電動(dòng)機(jī)不僅改善了定位精確度而且 改善了例如對(duì)于干擾量的響應(yīng)速度。 由具有變頻器的帶齒輪傳動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)組成的驅(qū)動(dòng)裝置作為無(wú)傳
動(dòng)裝置的直接驅(qū)動(dòng)裝置 a)應(yīng)用實(shí)例 印刷滾筒驅(qū)動(dòng)裝置。 b)功率驅(qū)動(dòng)裝置 具有標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)裝置和變頻器的帶齒輪傳動(dòng)裝置交流電動(dòng)機(jī)，在傳動(dòng)裝置的輸出端 上對(duì)旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行測(cè)量，與印刷滾筒的彈性連接。
c)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置 伺服電動(dòng)機(jī)，伺服變流器，在伺服電動(dòng)機(jī)中對(duì)旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行測(cè)量，與印刷滾筒的彈性 連接。 d)說(shuō)明 具有變頻器的帶齒輪傳動(dòng)裝置交流電動(dòng)機(jī)低成本地提供功率。在此，能夠通過(guò)變 頻器使轉(zhuǎn)速與所期望的設(shè)備速度相匹配。由于標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)裝置的扭轉(zhuǎn)間隙和傳動(dòng)比誤差，印 刷滾筒的運(yùn)動(dòng)對(duì)于良好的印刷結(jié)果來(lái)說(shuō)是不夠的。在此，伺服電動(dòng)機(jī)參與作用，其方式是它 糾正帶齒輪傳動(dòng)裝置交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樗欧妱?dòng)機(jī)也改善了動(dòng)態(tài)性能，所以印刷滾 筒能夠在有動(dòng)態(tài)要求的情況下也被調(diào)節(jié)并且例如在多彩印刷時(shí)跟蹤配線控制的信號(hào)。
具有37kW額定功率的驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)施例應(yīng)說(shuō)明20kW以上的結(jié)果。采用1801/min 和2000Nm來(lái)示例性地仿真所述驅(qū)動(dòng)裝置。該驅(qū)動(dòng)裝置用作同步運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置并且必須盡 可能好地跟蹤平均轉(zhuǎn)速周?chē)男〉慕o定值變化。 一個(gè)具有變頻器的異步_帶齒輪驅(qū)動(dòng)裝置 電動(dòng)機(jī)被用為功率驅(qū)動(dòng)裝置。 一個(gè)具有伺服變流器的、無(wú)齒輪的永磁鐵伺服電動(dòng)機(jī)被用為 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置。其他數(shù)據(jù)從圖9中得到。 圖7示出了在功率驅(qū)動(dòng)裝置中，給定轉(zhuǎn)速的時(shí)間變化曲線、實(shí)際轉(zhuǎn)速的時(shí)間變化 曲線以及轉(zhuǎn)速偏差的時(shí)間變化曲線。在圖7中示出了不具有調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的功率驅(qū)動(dòng)裝置 的轉(zhuǎn)速的時(shí)間變化曲線。給定轉(zhuǎn)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(yùn)行調(diào)節(jié)的參與?？梢郧逦乜吹?，功率驅(qū)動(dòng)裝置僅非常延遲地跟蹤給定值并且?guī)?乎不對(duì)給定值的變化做出響應(yīng)。相應(yīng)地，給定值與實(shí)際值之間的差值示出了 4. 51/min的波 動(dòng)。 圖8示出了具有調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的參與以及根據(jù)附加的驅(qū)動(dòng)裝置的上述例子的轉(zhuǎn)
速變化曲線。在此，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)一個(gè)非常簡(jiǎn)化的傳遞函數(shù)集成有二階低通濾波器。通 過(guò)該非常簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速偏差已經(jīng)能夠減少到小于原始值的一半，即減小到大約21/min。 公式標(biāo)記列表 nUst 功率驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速 L 功率驅(qū)動(dòng)裝置的傳遞函數(shù) i 傳動(dòng)比 p 電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) A 功率驅(qū)動(dòng)裝置的滾輪的直徑 vs。u 給定速度 nKist 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)速 A 用于完全補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) DK 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的滾輪的直徑 A二 用于在一有限頻率范圍內(nèi)盡可能補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) y 速度 ￡a 功率驅(qū)動(dòng)裝置與負(fù)載的彈性連接的傳遞函數(shù) ￡eK 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置與負(fù)載的彈性連接的傳遞函數(shù) co 角頻率
"K，z傳動(dòng)范圍的最高角頻率
14
D 阻尼量 c 剛度 a 功率驅(qū)動(dòng)裝置與負(fù)載之間的剛度 cK 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置與負(fù)載之間的剛度"。 固有角頻率 功率驅(qū)動(dòng)裝置與負(fù)載的彈性連接的固有角頻率 "。K 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置與負(fù)載的彈性連接的固有角頻率 1 長(zhǎng)度 x 當(dāng)前位置 S 拉普拉斯變換 m 質(zhì)量 ^ 驅(qū)動(dòng)裝置的總傳遞函數(shù)
1權(quán)利要求
一種用于旋轉(zhuǎn)類(lèi)型和/或平移類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備具有多個(gè)用于共同驅(qū)動(dòng)一工作機(jī)械或者用于使一物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)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(shè)置至少一個(gè)用于提供功率的驅(qū)動(dòng)裝置(10；34)(功率驅(qū)動(dòng)裝置)，以及設(shè)置至少一個(gè)用于控制或者調(diào)節(jié)精度和/或動(dòng)態(tài)性能的驅(qū)動(dòng)裝置(20，40)(調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置)，以及所述控制裝置(24，14)控制和調(diào)節(jié)所述至少兩個(gè)、尤其是更多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置(10，20)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置為電驅(qū)動(dòng)裝置、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝 置、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、具有內(nèi)燃機(jī)或者流體機(jī)械的驅(qū)動(dòng)裝置或者這些驅(qū)動(dòng)裝置的組合，尤其是 裝配有機(jī)械的傳動(dòng)裝置、液壓傳動(dòng)裝置或者一耦合單元。
3. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置至少部分地由電 動(dòng)機(jī)(33， 33'，12， 22)組成，所述電動(dòng)機(jī)分別由一功率電子裝置饋電。
4. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置 (10,34)為帶齒輪傳動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)。
5. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置中的至少一個(gè)被 構(gòu)造為制動(dòng)器，尤其被構(gòu)造為一電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)具有一在一制動(dòng)斬波器上饋電的變流器。
6. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置 (10,34)為一氣動(dòng)缸或者液壓缸。
7. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置 (20， 40)為電動(dòng)機(jī)或者直線電動(dòng)機(jī)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)具有電動(dòng)機(jī)的驅(qū) 動(dòng)裝置至少部分地裝備有永磁鐵。
9. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，存在或者進(jìn)行通過(guò)一連桿、齒 條、齒形帶或者絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)類(lèi)型轉(zhuǎn)換到直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。
10. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置分別通 過(guò)一彈性的聯(lián)接元件與所述工作機(jī)械或者所述物質(zhì)(90)耦合。
11. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置 (40)對(duì)所述至少一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行所述控制，尤其是其方式為由所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置中 的一個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械地操作一液壓驅(qū)動(dòng)裝置或者氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的至少一個(gè)閥。
12. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，在所述至少一個(gè)功率驅(qū)動(dòng)裝置 (10,34)上具有至少一個(gè)用于對(duì)所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的傳感器(25,45)。
13. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，在所述至少一個(gè)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置 (20,40)上具有一用于對(duì)所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量的傳感器(26,46)。
14. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，一調(diào)節(jié)單元(24,44)對(duì)所述 (至少一個(gè))功率驅(qū)動(dòng)裝置(10,34)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析并且將其用于所述(至少一個(gè))調(diào)節(jié) 驅(qū)動(dòng)裝置(20,40)的控制。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述用于所述運(yùn)動(dòng)的測(cè)量的傳感器 (25，45)為測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、加速度傳感器、光學(xué)增量傳感器、磁性增量傳感器、光 學(xué)絕對(duì)值傳感器或者磁性絕對(duì)值傳感器。
16. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，一調(diào)節(jié)單元(24，44)對(duì)所述調(diào) 節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)(26， 46)進(jìn)行分析并且對(duì)所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置(20， 40)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)單元用線性和非線性的參量工作。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)單元包括一觀察器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)單元包括一狀態(tài) 調(diào)節(jié)器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)單元的參數(shù)被這 樣選擇，使得在一確定的頻率范圍中幾乎完全地補(bǔ)償所述(至少一個(gè))功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)單元的參數(shù)被這 樣選擇，使得在一給定的頻率范圍中至少基本上補(bǔ)償所述(至少一個(gè))功率驅(qū)動(dòng)裝置的誤差。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)單元(14,24)對(duì)所 述(至少一個(gè))功率驅(qū)動(dòng)裝置和所述(至少一個(gè))調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制。
23. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述功率驅(qū)動(dòng)裝置和所述調(diào)節(jié) 驅(qū)動(dòng)裝置被組合成一結(jié)構(gòu)單元。
24. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置和所述調(diào)節(jié) 裝置被組合成一結(jié)構(gòu)單元。
25. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述功率電子裝置和所述調(diào)節(jié) 單元被組合成一單元。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所有組件被組合成一結(jié)構(gòu) 單元。
27. 根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置(20)獲得 用于整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的速度給定值(v，")與所述功率驅(qū)動(dòng)裝置的一傳感器(TX)的實(shí)際值之 間的差值(Vdiff)作為給定值，其中，該差值乘以一系數(shù)A并且被作為給定值預(yù)先給予所述調(diào) 節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置(20)，使得所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置完全地補(bǔ)償、至少基本上補(bǔ)償所述功率驅(qū)動(dòng)裝置 (10)的誤差。
28. —種用于一驅(qū)動(dòng)設(shè)備的控制裝置或者控制方法，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備用于旋轉(zhuǎn)類(lèi)型和/ 或平移類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備具有多個(gè)用于通過(guò)所述控制裝置(24,14)來(lái)共同驅(qū)動(dòng)一工 作機(jī)械或者使一物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置(10，20，30，34，34')，其特征在于，所述控制裝置對(duì)所述至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置(20，34，34' ;10,20)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，以及 至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)所述功率的提供(功率驅(qū)動(dòng)裝置)，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置作為調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)機(jī)械精度和/或動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行所述控制或調(diào) 節(jié)，并且利用所述控制裝置來(lái)控制和調(diào)節(jié)所述至少兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置(20,40)獲得用于整個(gè)驅(qū)動(dòng) 裝置的速度給定值(v，")與所述功率驅(qū)動(dòng)裝置(10 ;34， 34')的傳感器(TX，25，45)的實(shí) 際值之間的差值(Vdiff)作為給定值，其中，該差值乘以一系數(shù)(A)并且被作為給定值預(yù)先給 予所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置(20,40)，以促使所述調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置完全地補(bǔ)償、至少基本上補(bǔ)償所述功率驅(qū)動(dòng)裝置(10)的旋轉(zhuǎn)類(lèi)型和/或平移類(lèi)型的誤差。
全文摘要
本發(fā)明的任務(wù)在于，在具有大功率并且同時(shí)對(duì)精度或者動(dòng)態(tài)性能具有高要求的、轉(zhuǎn)速被調(diào)節(jié)的傳動(dòng)裝置中，降低用于功率電子裝置(高時(shí)鐘頻率)、電動(dòng)機(jī)(高精密度)和機(jī)械傳動(dòng)(幾乎無(wú)間隙的傳動(dòng)元件)的很高耗費(fèi)。為此，提出了一種用于旋轉(zhuǎn)類(lèi)型和/或平移類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。該驅(qū)動(dòng)設(shè)備具有多個(gè)用于共同地、機(jī)械耦合地驅(qū)動(dòng)一工作機(jī)械或者用于使一物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置(10，20；30，34，34′，40)。此外，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備還具有一控制裝置(24，14；44，44′)。至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置(10；34)被設(shè)置用于提供功率(作為功率驅(qū)動(dòng)裝置，10，30)。設(shè)置和機(jī)械耦合了作為調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的、用于對(duì)總驅(qū)動(dòng)裝置的精度和/或動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的至少一個(gè)另外的傳動(dòng)裝置(20，40)?？刂蒲b置(24，14)對(duì)所述至少兩個(gè)機(jī)械耦合的驅(qū)動(dòng)裝置(10，20)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G05B19/416GK101772744SQ200780048494
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
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