大前后的命令電流之間進(jìn)行選擇。
[0037] 所述第二精感應(yīng)器可W使用比所述第一粗感應(yīng)器使用的更大的輸出測量范圍。
[0038] 所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可W為精和粗感應(yīng)測量使用偏移補(bǔ)償和增益不匹配補(bǔ)償，該補(bǔ)償 W感應(yīng)對提供（the compensation provided in sensing pairs),從而改進(jìn)了反饋和模擬 命令信號之一或二者。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供有一種用于對電機(jī)的基于反饋的運(yùn)動(dòng)控制和定位的 伺服驅(qū)動(dòng)器的電流控制方法，包括：
[0040] 獲得對流入所述電機(jī)的電流的測量；
[0041] 提供所訴測量W提供反饋，該電流具有操作范圍，該操作范圍包括用于加速的相 對較大的、但仍保留在用于所述電機(jī)的穩(wěn)態(tài)操作的相對較小的電流范圍內(nèi)的電流范圍，獲 得電流測量包括：對相對較大的電流范圍進(jìn)行第一粗測量，W及對相對較小的電流范圍進(jìn) 行第二精測量，從而使穩(wěn)態(tài)期間的測量精度最大化。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的第Ξ方面，提供有用于電機(jī)的基于反饋的運(yùn)動(dòng)控制和定位的伺服驅(qū) 動(dòng)器，包括：
[0043] 粗命令輸入端，用于接收外部產(chǎn)生的命令信號，作為粗命令；
[0044] 放大器，用于放大該產(chǎn)生于外部的命令信號；
[0045] 所述放大器的精命令信號輸出端，用于在放大后接收產(chǎn)生于外部的命令，作為精 命令?胃號；
[0046] 該命令具有操作范圍，該操作范圍包括用于過渡狀態(tài)的相對較大的、但仍保留在 用于所述電機(jī)的穩(wěn)態(tài)操作的相對較小的范圍內(nèi)的范圍，所述伺服驅(qū)動(dòng)器包括開關(guān)，用于在 所述命令在預(yù)先確定的闊值W上時(shí)連接粗命令，并在所述命令在預(yù)先確定的闊值W下時(shí)連 接精命令，從而使穩(wěn)態(tài)操作期間的命令精度最大化。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供有帶有基于反饋的運(yùn)動(dòng)控制和定位的致動(dòng)器系統(tǒng)， 包括：
[0048] 測量設(shè)備，被設(shè)置成獲得對所述致動(dòng)器的可控特征進(jìn)行的測量，從中提供反饋；
[0049] 作為可測量特征的特征具有操作范圍，該操作范圍包括用于過渡狀態(tài)的相對較大 的、但仍保留在用于所述致動(dòng)器的穩(wěn)態(tài)操作的相對較小的范圍內(nèi)的范圍，所述測量設(shè)備具 有優(yōu)化用于測量相對較大的范圍的第一粗感應(yīng)器W及優(yōu)化用于測量相對較小的穩(wěn)態(tài)范圍 的第二精感應(yīng)器，從而使穩(wěn)態(tài)操作期間的可測量特征的精度最大化。
[0050] 除非另有定義，否則在此使用的所有技術(shù)和/或科學(xué)術(shù)語都具有與本發(fā)明設(shè)及的 領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的相同含義。盡管與在此描述的那些相似或等價(jià)的方法和材料能 被用在本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)踐和測試中，但下面還是描述了示范性的方法和/或材料。在 發(fā)生沖突的情形中，W包括定義的專利說明書為準(zhǔn)。另外，運(yùn)些材料、方法和實(shí)例僅僅是說 明性的，并不意在必然地限制。
[0051] 本發(fā)明的實(shí)施例的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施包括手動(dòng)地、自動(dòng)地或其組合執(zhí)行或完 成所選任務(wù)。而且，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施例的實(shí)際儀器和器械，一些所選的 任務(wù)可W使用操作系統(tǒng)由硬件、軟件或固件或其組合實(shí)現(xiàn)。
[0052] 例如，對于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所選任務(wù)的硬件，可W被實(shí)現(xiàn)為忍片或電 路。作為軟件，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所選任務(wù)可W被實(shí)現(xiàn)為由使用任何適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng) 的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的多個(gè)軟件指令。在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，一項(xiàng)或多項(xiàng)根據(jù)在此描述的 方法和/或系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的任務(wù)是由數(shù)據(jù)處理器（諸如用于執(zhí)行多個(gè)指令的計(jì)算平 臺）執(zhí)行的?？蛇x地，所述數(shù)據(jù)處理器包括用于存儲指令和/或數(shù)據(jù)的易失性存儲器和/ 或非易失性存儲器，例如，用于存儲指令和/或數(shù)據(jù)的磁盤和/或可移除式介質(zhì)。
【附圖說明】
[0053] 在此參考附圖，僅通過實(shí)例的方式描述了 一些本發(fā)明的實(shí)施例?，F(xiàn)在詳細(xì)地參考 附圖，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，細(xì)節(jié)是通過實(shí)例的方式示出的且目的是為了說明性地討論本發(fā)明的 實(shí)施例。就運(yùn)一點(diǎn)而言，附圖所配的描述使可W如何實(shí)踐本發(fā)明對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而 易見的。
[0054] 在圖中：
[0055] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的伺服驅(qū)動(dòng)器的簡化框圖；
[0056] 圖2是示出對于Ξ相電機(jī)的圖1的實(shí)施例的實(shí)施方式的簡化電路圖；
[0057] 圖3是圖1的設(shè)備的操作流程圖；
[0058] 圖4是用于根據(jù)帶有粗和精電流測量的本發(fā)明實(shí)施例的Ξ相電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的 概要電路圖，其中感應(yīng)與所述電機(jī)的相位串聯(lián)；
[0059] 圖5是用于根據(jù)帶有粗和精電流測量的本發(fā)明實(shí)施例的Ξ相電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的 概要電路圖，其中感應(yīng)是在動(dòng)力橋的負(fù)電源提供側(cè)上執(zhí)行的；
[0060] 圖6是說明完整控制系統(tǒng)和電流命令或者電流向量命令的產(chǎn)生的概要框圖；
[0061] 圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施例的概要框圖，其中電流命令產(chǎn)生于所述驅(qū)動(dòng)器之外且 被作為模擬信號提供給所述驅(qū)動(dòng)器；W及
[0062] 圖8是說明圖7的實(shí)施例的操作的簡化流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 本發(fā)明在其一些實(shí)施例中設(shè)及通過實(shí)施用于在大電流范圍上測量所述電機(jī)電流 的方法，對電機(jī)電流控制的改進(jìn)?？蒞在該電流范圍上（并且特別是在小電流水平上）改 進(jìn)噪聲靈敏度，導(dǎo)致了更佳的位置和速度控制。
[0064] 高性能速度和位置控制系統(tǒng)利用閉環(huán)反饋。實(shí)際速度和/或位置可W被測量和 與期望速度和/或位置進(jìn)行比較。期望速度或位置與實(shí)際測得的速度或位置之間的偏差 (速度或位置誤差），被用于產(chǎn)生給電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器的電流命令或者電流命令向量（驅(qū)動(dòng)命 令）。如所解釋的那樣，所述伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生供應(yīng)給所述伺服電機(jī)的電流，可替換地被稱為 電機(jī)電流。
[0065] 本實(shí)施例可W改進(jìn)電機(jī)電流的測量，其使得更精確的電流控制成為可能，運(yùn)反過 來使得更精確的速度和位置控制成為可能。
[0066] -般地，定位應(yīng)用需要大電流范圍，且因此需要大的靈敏電流反饋測量范圍。例 如，當(dāng)加速或減速時(shí)，使用高水平的電流。相對非常小的電流被用在靜止期間和恒定速度期 間。本實(shí)施例提供了一種電流測量方法，其可W在電流值較低時(shí)更精確地代表實(shí)際電流并 帶有更高的信噪比。另外，可W提供一種驅(qū)動(dòng)器命令測量方法，特別是對于其中驅(qū)動(dòng)器命令 是由外部控制器產(chǎn)生的情況。
[0067] 能夠控制的電流的最小值可W被在給定的系統(tǒng)中通過來自周圍電路的、被使模數(shù) 轉(zhuǎn)換器（ADC)能夠由于其有限分辨率的緣故采樣到的偏移和最小值（=量化噪聲或誤差） 加到所述電流測量感應(yīng)器和測量電路的電氣信號的電噪聲的水平確定。被采樣信號的噪聲 和誤差產(chǎn)生了增雜的和錯(cuò)誤的電流，并造成了速度和位置相對于期望速度和期望位置的增 雜的不可控的波動(dòng)（=速度誤差、位置誤差）。
[0068] 在帶有與反饋的無噪聲分辨率相等或比反饋的無噪聲分辨率高一點(diǎn)的分辨率的 命令上，使用比反饋的無噪聲分辨率高的（無噪聲）分辨率的命令具有邊際改進(jìn)，如果有的 話。
[0069] 線性驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生了比等價(jià)物小的、類似電壓和電流范圍的電噪聲，PWM驅(qū)動(dòng)器，并 因此帶有相同的電流范圍和電流反饋測量，利用所述線性驅(qū)動(dòng)器有可能實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的電 流，而作為結(jié)果，更小的速度和位置誤差。通常，由帶有更高分辨率的電流命令指揮的線性 驅(qū)動(dòng)器利用更有效的高分辨率（無噪聲）反饋。在本實(shí)施例中，使用了兩個(gè)電流測量設(shè)備， 一個(gè)測量設(shè)定闊值W上的大電流，一個(gè)測量此闊值W下的小電流。運(yùn)兩種測量方法實(shí)際上 可應(yīng)用于任何類型的驅(qū)動(dòng)器，不論P(yáng)WM驅(qū)動(dòng)器還是線性驅(qū)動(dòng)器。
[0070] 所述控制器可W自動(dòng)決定在任意給定時(shí)間使用兩種測量的哪一種，如下面將要解 釋的那樣。設(shè)計(jì)了小電流感應(yīng)器，W使得對于小電流，所述小電流感應(yīng)器輸出對于給定的電 流比對于同一電流而言的大電流感應(yīng)器的輸出高得多。例如，對于1安培的電流，所述小 電流感應(yīng)器的輸出是1伏特而對于相同的1安培所述大電流感應(yīng)器的輸出小20倍一一是 0.05伏特。加到的測量信號的缺陷（包括噪聲、偏差和量化誤差）是相同水平的，作為結(jié) 果，小20倍的實(shí)際電流可W被精確地測量并被用于控制，因此通過在所需電流的整個(gè)范圍 上僅使用一個(gè)電流感應(yīng)器，得到小20倍的控制電流是有可能的。此外，在模擬信號測量中 的偏差的負(fù)效應(yīng)還可能在精細(xì)的或者低的電流測量中被減小。小偏差可W提供高性能一一 特別是關(guān)于恒定速度移動(dòng)期間的多相電機(jī)。電流的偏移引起所述電機(jī)產(chǎn)生不期望的力/力 矩波動(dòng)，從而引起恒定速度性能的退化。雖然偏移可W被補(bǔ)償，但補(bǔ)償從不是完美的。在給 定的實(shí)例中，在精測量上的偏移的效應(yīng)相當(dāng)小，大約小二十倍。
[0071] 同樣的思想還可W應(yīng)用于供給驅(qū)動(dòng)器的命令信號，如果該命令信號是模擬信號的 話。此外，運(yùn)個(gè)概念還可應(yīng)用于線性驅(qū)動(dòng)器和PWM驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)榕c線性驅(qū)動(dòng)器相比時(shí)，現(xiàn)有 技術(shù)中的PWM驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的電流反饋中的噪聲含量相對較高，所W命令分辨率迄今為止還 不是限制因素。當(dāng)電流反饋中的噪聲被減小時(shí)，有用分辨率就增高，然后與更高分辨率的命 令組合變得相關(guān)，W在電流為低水平時(shí)實(shí)現(xiàn)由更佳的信噪比反饋提供的改進(jìn)。
[0072] 同樣的思想可被應(yīng)用到任何致動(dòng)器的任何種類的驅(qū)動(dòng)器W及任何能被測量用于 提供控制的可測量特征，諸如電流、電壓、壓力等，其中該特征具有運(yùn)樣的范圍，該范圍的低 頻段被在穩(wěn)態(tài)期間使用且性能可W通過增加低范圍中測量的無噪聲分辨率而被改進(jìn)。
[0073] 回到所述伺服驅(qū)動(dòng)器的情形，所述電機(jī)產(chǎn)生與電流命令或多相電機(jī)中的電流命令 向量直接相關(guān)的力（線性電機(jī)）或力矩（旋轉(zhuǎn)電機(jī)）。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的目的是W可控方 式把電流推到所述電機(jī)。實(shí)際電流應(yīng)該盡量接近期望電流。為了達(dá)到運(yùn)個(gè)目標(biāo)，使用額閉 環(huán)控制方法。實(shí)際電流被測量并與（期望）電流命令進(jìn)行比較且二者之間的誤差被用于修 改所述驅(qū)動(dòng)器的電流響應(yīng)輸出。實(shí)際電流中偏離期望電流的任何偏差都可能造成所述電機(jī) 的力或力矩的不期望波動(dòng)，并且作為結(jié)果，在加速度、速度（=加速度的積分）和位置（= 速度的積分）中發(fā)生偏離。
[0074] 在基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)W及模擬閉環(huán)控制系統(tǒng)中，實(shí)際電流是否很好 地隨命令而變化極大地取決于電流測量的質(zhì)量。其中，代表實(shí)際測得電流的電氣信號的質(zhì) 量受到如下影響：
[007引 a.由周圍電路增加的電氣隨機(jī)噪聲，W及
[0076] b.由有限分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣的測量的緣故造成的量化噪聲（或誤差）。
[0077] C.電路中的偏移。（電路的偏移是在輸入為零時(shí)輸出的平均值且平均輸出也被認(rèn) 為是零）
[0078] 電流噪聲和誤差造成所述電機(jī)的力或力矩中的噪聲和誤差，且作為結(jié)果，造成實(shí) 際加速中的、實(shí)際速度中的和實(shí)際位置中的噪聲和誤差。
[0079] 許多伺服控制的定位系統(tǒng)需要盡可能快地從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)，并且在穩(wěn)態(tài) 期間可能需要最小的速度誤差和位置誤差?？焖俚囊苿?dòng)指示了高加速度及因此高力或力矩 及因此大電流。所需的最大電流在給定系統(tǒng)中由最大加速度定義。當(dāng)W恒定速度移動(dòng)或靜 止時(shí)，需要小電流，剛好足W使所述電機(jī)產(chǎn)生克服摩擦和其他干擾的力或力矩。能夠產(chǎn)生和 控制的低水平電流的分辨率和精確度越高，所述電機(jī)產(chǎn)生的力或力矩的分辨率和精確度就 越高，運(yùn)使得克服更小的干擾、達(dá)到更小的靜止抖動(dòng)和跟隨誤差成為可能。因此，許多伺服 控制的定位系統(tǒng)需要用于快速移動(dòng)的大電流和用于使穩(wěn)態(tài)速度和位置誤差最小化的高分 辨率和高精度小電流的組合。最大電流定義了大電流范圍（從零到最大值）且在恒定速度 期間和在站立W克服摩擦和其他干擾時(shí)需要的該最大電流定義了小電流范圍，其為大電流 范圍的子集。
[0080] 最小的有用電流測量信號由那個(gè)信號中的噪聲分量定義。