[发明专利]直线电机推力波动抑制装置及其波动抑制方法

说明书

本发明公开了一种直线电机推力波动抑制装置及其波动抑制方法。该装置包括三个动子，三个动子间采用弹簧进行柔性连接，从而不仅增大了输出的推力范围，还可以从两个方向进行推力的调节，实现更高精度的推力波动抑制。进一步的，三动子既可以采用一个主控单元进行集中控制，也可以每个动子采用独立的控制器、传感器，从而采用分布式的控制方法；总的力指令的总的出力任务中，三动子分别承担的出力既可以相同，也可以有出力分配优先权的高低不同，还可以根据所使用弹簧的弹簧参数而有所不同。本发明可以实现整个系统出力高效、快速、高精度的目标。

技术领域

本发明涉及一种直线电机推力波动抑制装置及其波动抑制方法，属于直线电机技术领域。

背景技术

工业中需要精确力控制的场合很多，如生产线的零件运输、机械臂抓取等。与传统液压、气动原理相比，由于直线电机可以直接输出推力而无须旋转电机与丝杆等旋转-直线的机械转换装置，因此直线电机的推力的控制精度更高。采用直线电机直接实现推力具有出力稳定、精度高等优势。

然而，传统常用的单个直线电机也存在劣势。

首先，输出推力有最大限制。受限于直线电机固定的输出功率，单个直线电机的输出推力有最大限制，从而其应用场合受到了限制。

其次，无法长时间高精度运行。对于直线电机，如果要求长时间运行，直线电机非线性特性必然导致推力波动的变化，从而无法保持高精度的推力。而在高精度力控制系统中，经常需要输出力曲线能够精确跟踪动态力指令，而且严格要求出力波动要保持在一定精度内；如果负载变化，需要复杂的控制手段对负载带来的推力波动进行实时补偿。

如果加上另外一个动子，则有可能可以克服单一动子的直线电机出力不够和非线性特性。但是，这样的双动子的结构会带来其他问题。若采用双动子结构，双动子间进行机械连接，比如通过弹簧来连接，有可能出力不足部分和出力波动变化部分可以由新增后的动子进行补偿，但是，前提是弹簧和定子不能有机械干涉。而且，双动子之间的力补偿的方式是受限的，仅能对一个方向进行补偿，具体分析如下。

参见图1，图1是双动子直线电机推力波动抑制装置示意图。该装置包括动子1、动子2和动子3。动子1和动子2分别通过滑块4和滑块5在基座6上滑动。动子1的一端与动子2的一端通过弹簧7连接，动子1的另一端通过弹簧8固定连接于固定端9上，固定端9可以比如是墙面。从实现形式上来说，两个动子一般需要通过传感器连接在一个控制器上面，其中，传感器包括力传感器和位置传感器(未图示)，力传感器直接对力进行采集，位置传感器采集实时位置，通过弹簧弹性系数和动子受力情况折算。传感器所连接的控制器负责将对总的力指令进行分配，力指令分别分配给两个动子，控制器实时采集每个动子的出力/位置信息，与每个动子的力指令进行比较，生成误差，形成闭环进行调节。如果上述方式能够实现合力的有效补偿，理想的合力零点10必须设置在固定端9，零点总的力指令分解成两部分，其中动子1能够提供的全部出力，动子2提供除动子1的剩余部分。如图1所示，动子2仅可以对动子1右侧的出力进行补偿(包括出力不足部分和出力波动变化部分)；而动子1左侧由于依赖固定端9(墙面)，所以动子2无法对动子1左侧出力无法进行补偿，即双动子结构仅能对一个方向进行补偿，而无法实现双方向的有效补偿。

另外，这种通过一个控制器来实时采集两个动子的传感器的数据、从而实现对两个动子的出力控制的方法，还存在一些缺陷。首先是该方法势必要求该控制器具备强大的运算功能和丰富的硬件接口，从而可以对每个动子的运动信息进行实时监控，同时根据控制算法，参考总的力指令，生成每个动子的力控制指令，下发至每个动子。一旦控制器出现问题，如某个环节的信息传递出现问题(延时、丢数据等)，则该整体系统力控制性能变差；如果某运动单元出现物理连接上的故障，则该系统可能会失效。

发明内容

本发明旨在提出一种直线电机推力波动抑制装置及其波动抑制方法，该装置能从两个方向对推力进行补偿，以实现更高精度的推力输出。更进一步的，还可以对推力控制单元进行改进，提高控制性能，延长装置的应用寿命。