[發(fā)明專利]直線電機推力波動抑制裝置及其波動抑制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810745663.4
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN108736688B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘劍飛;張宙;洪岳;劉云;邱麗
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03;H02K11/215;H02K11/22
• 代理公司: 北京知聯(lián)天下知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11594
• 代理人: 李學(xué)康;吳鑫

本發(fā)明公開了一種直線電機推力波動抑制裝置及其波動抑制方法。該裝置包括三個動子，三個動子間采用彈簧進(jìn)行柔性連接，從而不僅增大了輸出的推力范圍，還可以從兩個方向進(jìn)行推力的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)更高精度的推力波動抑制。進(jìn)一步的，三動子既可以采用一個主控單元進(jìn)行集中控制，也可以每個動子采用獨立的控制器、傳感器，從而采用分布式的控制方法；總的力指令的總的出力任務(wù)中，三動子分別承擔(dān)的出力既可以相同，也可以有出力分配優(yōu)先權(quán)的高低不同，還可以根據(jù)所使用彈簧的彈簧參數(shù)而有所不同。本發(fā)明可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)出力高效、快速、高精度的目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種直線電機推力波動抑制裝置及其波動抑制方法，屬于直線電機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

工業(yè)中需要精確力控制的場合很多，如生產(chǎn)線的零件運輸、機械臂抓取等。與傳統(tǒng)液壓、氣動原理相比，由于直線電機可以直接輸出推力而無須旋轉(zhuǎn)電機與絲桿等旋轉(zhuǎn)-直線的機械轉(zhuǎn)換裝置，因此直線電機的推力的控制精度更高。采用直線電機直接實現(xiàn)推力具有出力穩(wěn)定、精度高等優(yōu)勢。

然而，傳統(tǒng)常用的單個直線電機也存在劣勢。

首先，輸出推力有最大限制。受限于直線電機固定的輸出功率，單個直線電機的輸出推力有最大限制，從而其應(yīng)用場合受到了限制。

其次，無法長時間高精度運行。對于直線電機，如果要求長時間運行，直線電機非線性特性必然導(dǎo)致推力波動的變化，從而無法保持高精度的推力。而在高精度力控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要輸出力曲線能夠精確跟蹤動態(tài)力指令，而且嚴(yán)格要求出力波動要保持在一定精度內(nèi)；如果負(fù)載變化，需要復(fù)雜的控制手段對負(fù)載帶來的推力波動進(jìn)行實時補償。

如果加上另外一個動子，則有可能可以克服單一動子的直線電機出力不夠和非線性特性。但是，這樣的雙動子的結(jié)構(gòu)會帶來其他問題。若采用雙動子結(jié)構(gòu)，雙動子間進(jìn)行機械連接，比如通過彈簧來連接，有可能出力不足部分和出力波動變化部分可以由新增后的動子進(jìn)行補償，但是，前提是彈簧和定子不能有機械干涉。而且，雙動子之間的力補償?shù)姆绞绞鞘芟薜模瑑H能對一個方向進(jìn)行補償，具體分析如下。

參見圖1，圖1是雙動子直線電機推力波動抑制裝置示意圖。該裝置包括動子1、動子2和動子3。動子1和動子2分別通過滑塊4和滑塊5在基座6上滑動。動子1的一端與動子2的一端通過彈簧7連接，動子1的另一端通過彈簧8固定連接于固定端9上，固定端9可以比如是墻面。從實現(xiàn)形式上來說，兩個動子一般需要通過傳感器連接在一個控制器上面，其中，傳感器包括力傳感器和位置傳感器(未圖示)，力傳感器直接對力進(jìn)行采集，位置傳感器采集實時位置，通過彈簧彈性系數(shù)和動子受力情況折算。傳感器所連接的控制器負(fù)責(zé)將對總的力指令進(jìn)行分配，力指令分別分配給兩個動子，控制器實時采集每個動子的出力/位置信息，與每個動子的力指令進(jìn)行比較，生成誤差，形成閉環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果上述方式能夠?qū)崿F(xiàn)合力的有效補償，理想的合力零點10必須設(shè)置在固定端9，零點總的力指令分解成兩部分，其中動子1能夠提供的全部出力，動子2提供除動子1的剩余部分。如圖1所示，動子2僅可以對動子1右側(cè)的出力進(jìn)行補償(包括出力不足部分和出力波動變化部分)；而動子1左側(cè)由于依賴固定端9(墻面)，所以動子2無法對動子1左側(cè)出力無法進(jìn)行補償，即雙動子結(jié)構(gòu)僅能對一個方向進(jìn)行補償，而無法實現(xiàn)雙方向的有效補償。

另外，這種通過一個控制器來實時采集兩個動子的傳感器的數(shù)據(jù)、從而實現(xiàn)對兩個動子的出力控制的方法，還存在一些缺陷。首先是該方法勢必要求該控制器具備強大的運算功能和豐富的硬件接口，從而可以對每個動子的運動信息進(jìn)行實時監(jiān)控，同時根據(jù)控制算法，參考總的力指令，生成每個動子的力控制指令，下發(fā)至每個動子。一旦控制器出現(xiàn)問題，如某個環(huán)節(jié)的信息傳遞出現(xiàn)問題(延時、丟數(shù)據(jù)等)，則該整體系統(tǒng)力控制性能變差；如果某運動單元出現(xiàn)物理連接上的故障，則該系統(tǒng)可能會失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種直線電機推力波動抑制裝置及其波動抑制方法，該裝置能從兩個方向?qū)ν屏M(jìn)行補償，以實現(xiàn)更高精度的推力輸出。更進(jìn)一步的，還可以對推力控制單元進(jìn)行改進(jìn)，提高控制性能，延長裝置的應(yīng)用壽命。