专利名称：用于控制动力系统的方法以及适合实施这种方法的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制动力系统的方法，该动力系统包括两个互相平行延伸的导轨和横向于所述导轨延伸的横梁，该横梁可以在所述导轨上移动，一滑块可在所述横梁上移动。
本发明还涉及一种适合实施这种方法的设备。
背景技术：
对这样的动力系统的控制是公知的，例如美国专利US-A-6163116。与横梁仅仅在一个导轨上移动的情况相比，在两个互相平行延伸的导轨上移动横梁的好处在于能够按此方式获得更高度的稳定性。在元件置放机(component placement machine)中希望有这样一种相对高度的稳定性，例如在元件置放机中，能在横梁上移动的滑块具有一个管嘴用于拾取元件并随后将该拾取的元件置放在例如印刷电路板上的预期位置。
正如在前述美国专利中已经指出的那样，使用互相平行延伸的导轨以及与所述导轨一起工作的马达的缺点是，马达控制器之间互相影响。
为了避免该问题，上述美国专利中的方法提出使用新的坐标系统，其具有两个独立的坐标轴，即直线轴和转动轴。
所述方法的缺点是，其需要相对复杂的控制回路。此外，其导致虚拟坐标的出现。该转动不可直接用作设备中的自由度并且其当然是不被控制的。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法，利用该方法可以以相对简单的方式控制横梁在导轨上的移动，同时控制器之间几乎不相互影响。
该目的通过根据本发明的方法实现确定在第一导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第一差值；确定在第二导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第二差值；基于所述第一和第二差值，确定横梁上特定点的预期位置和实际位置之间的位置差值；基于所述第一和第二差值，进一步确定所述第一和第二差值之间的变化量；之后，至少依据所述位置差值、所述变化量以及滑块相对于横梁质心的位置来确定要施加到横梁上的力和扭矩。
已经发现，基于特定点处的该位置差值和该变化量，能够以简单的方式确定要施加在横梁上的力和扭矩，该特定点例如是横梁的质心或者是横梁在滑决位置处的位置。要施加在横梁上的力和扭矩能够容易地转化成要在第一和第二导轨的位置处施加在滑块上的力。
本发明方法的一个具体实施例的特征在于，依据滑块相对于横梁上所述特定点的位置来修正所述位置差值，然后将该修正后的位置差值提供给第一控制器来确定要施加到横梁上的力。
在这种方式中，对要施加到横梁上的力的确定部分地取决于滑块相对于横梁的位置。横梁及其上的滑块的质心的位置会因为滑块在所述横梁上的移动而改变。通过将此考虑在内，该施加到滑块上的力能够在更高的精密度下确定。
根据本发明方法的另一个具体实施例的特征在于，所述变化量被提供给第二控制器来确定扭矩，依据滑块相对于横梁质心的位置来修正该扭矩，该修正后的扭矩被施加到该滑块上。
由于横梁及其上的滑块的质心的位置变化被计入扭矩的确定中，要施加到滑块上的该扭矩能够在更高的精度下确定。
本发明方法的另一个具体实施例的特征在于，依据要施加到滑决上的力或者扭矩来确定在第一和第二导轨的位置处要施加到滑块上的力。
这样，随后能相对容易地控制马达来驱动导轨上的横梁。
本发明方法的另一个具体实施例的特征在于，依据横梁及其上的滑块的共同质心位置和横梁质心位置之间的差值，分别修正所述位置差值和所述扭矩。
这样，结合了滑决的横梁的实际质心位置被考虑在内了。
本发明方法的另一个具体实施例的特征在于，依据滑块的质心位置与横梁的质心位置之间的差值，分别修正所述位置差值和所述扭矩。
这样，滑决的质心位置的变化被考虑在内了。横梁的质心仅仅在平行于导轨的方向上移动。该质心位置在平行于横梁的方向上不变。
本发明还涉及一种适合实施这种方法的设备。
为此，本发明的设备包括两个互相平行延伸的导轨和横向于所述导轨延伸的横梁，该横梁可在所述导轨上移动，并具有可在所述横梁上移动的滑块；其中，提供装置用于确定在第一导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第一差值；提供装置用于确定在第二导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第二差值；提供装置用于基于所述的第一和第二差值来确定横梁上特定点的预期位置和实际位置之间的位置差值；提供装置用于基于所述第一和第二差值来确定所述第一和第二差值之间的变化量；提供装置用于至少依据所述的位置差值、所述的变化量和所述滑块相对横梁质心的位置来确定施加在横梁上的力和扭矩；以及提供装置用于在横梁上施加所确定的力和扭矩。
使用这样的设备，可以相对容易地以高的精度将滑块移动到任意的预期位置。
现在参考附图来更详细地解释本发明，附图中图1是本发明动力系统的示意性俯视图；图2是图1中所显示的动力系统的控制电路的示意图。
具体实施例方式
图1示出了动力系统1，其包括在X方向延伸的横梁2。横梁2的端部3和4可移动地支撑于在Y方向延伸的平行导轨(未示出)上。
滑块5可移动地支撑在所述横梁2上。
通过马达实现横梁2在导轨上的移动以及滑块5在横梁2上的移动。
通过与导轨协作的马达将力F1施加在第一端部3上，因此第一端部3移动到位置Y1。
以同样的方式将力F2施加在第二端部4上，因此第二端部移动到位置Y2。一个力被施加在滑决5上，因此滑块5移动到位置X。
在Y方向上总共施加在横梁2和滑块5上的力F为力F1和F2之和。
F1+F2＝F (1)
横梁2中心的位置Y等于位置Y1和位置Y2的平均值。
横梁2具有质量m1，其质心M1位于横梁2的中心点。滑块5具有质量m2，共质心M2位于滑决5的中心点。横梁2和滑决5的共同质心Mz将位于横梁2的质心M1与滑块5的质心M2之间。所述质心Mz与横梁2的中心M1相隔距离z。
该距离z取决于质量m1和m2；间距x通过如下方式确定。
z=m2(m1+m2)·x---(2)]]>质心Mz在Y方向上的位置yz取决于位置y1和位置y2。横梁2的端部3和4的实际位置y1和y2通过传感器检测。
因此，横梁2的长度是2L。因此，在质心Mz中施加在横梁2上的扭矩Tz为(F2-F1)·L-z·(F1+F2)＝T-F·z＝Tz(3)图2示出了用于实施本发明方法的控制电路，该控制电路集成在控制系统中，以便控制用于移动横梁2的端部3和4以及滑块5的马达。
横梁2的第一和第二端部3和4的预期位置(y1，ref)和(y2，ref)被提供至控制电路6。减法器7确定横梁2的第一端部3的预期位置(y1，ref)和实际位置y1之间的第一差值e1。以类似的方式，减法器8确定横梁2的第二端部4的预期位置(y2，ref)和实际位置y2之间的第二差值e2。
这两个差值e1和e2被提供至处理单元9，差值e1和e2在处理单元9中依照以下公式转换成位置差值ey，位置差值ey表示横梁2的中心M1的预期位置和实际位置之间的差别。
eyediff=0.50.5-0.50.5·e1e2---(4)]]>此外，通过处理单元9来确定变化量ediff。如果第一差值e1等于第二差值e2，变化量ediff将会为零。
随后变化量ediff乘上Z/L并提供给加法器10，在该加法器中加上位置差值ey，得到值ez，该值ez表示在Y方向上质心Mz的预期位置与实际位置之间的差别。随后该值ez被提供给第一控制器11，该第一控制器11可以包括PID控制器，如果需要的话例如可以补充某些滤波器。
控制器11用于确定施加到横梁2上的力F。
在该值ez被提供给第一控制器11的同时，变化量ediff被提供给第二控制器12，该第二控制器12可以具有与第一控制器11一样的结构。
利用第二控制器12，由变化量ediff确定出力Tz/L，这个力是施加到横梁2上的扭矩的度量。
在加法器13中，由控制器11确定的力F中比例为z/L的部分被加到力Tz/L中，从而得到力T/L，这个力是施加到横梁2上的扭矩的度量。
力T/L和通过控制器11确定的力F都提供给处理单元14，在处理单元14中，施加在横梁2的端部3和4上的力F1和F2通过如下公式确定。
F1F2=0.5-0.50.50.5·FT/L---(5)]]>所述的力F1和F2通过马达传递到端部3和4，使得端部3和4在所述的导轨上移动并随后占据位置y1和y2。所述位置y1和y2能够被传感器检测到，并随后反馈到减法器7和8。
由于控制器11和12彼此独立运行，它们不会互相影响。也有可能用x/L乘ediff而不用z/L来乘，结果是得到值ex，该值ex随后其被提供给控制器11，该值ex是滑块5的质心m2在Y方向上的差值的度量。
这些力最好被施加在质心。
将控制电路6配置为MIMO控制器(多输入多输出)是可能的，其中，用于两个Y向驱动单元的两个控制回路之间发生最小的相互影响。
本发明的方法和设备适用于要精确定位滑块5的各种应用，例如元件置放机。
权利要求
1.一种用于控制动力系统的方法，该动力系统包括两个互相平行延伸的导轨以及横向于所述导轨延伸的横梁，该横梁可以在所述导轨上移动，并具有可在所述横梁上移动的滑块，其特征在于，确定在第一导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第一差值；确定在第二导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第二差值；基于所述第一和第二差值，确定横梁上特定点的预期位置和实际位置之间的位置差值；基于所述第一和第二差值，进一步确定所述第一和第二差值之间的变化量；之后，至少依据所述位置差值、所述变化量以及滑块相对于横梁质心的位置来确定要施加到横梁上的力和扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据滑块相对于横梁上所述特定点的位置来修正所述位置差值，然后将该修正后的位置差值提供给第一控制器来确定要施加到横梁上的力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述变化量被提供给第二控制器来确定扭矩，依据滑块相对于横梁质心的位置来修正该扭矩，该修正后的扭矩被施加到该滑块上。
4.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，依据要施加到滑块上的力或者扭矩，来确定在第一和第二导轨的位置处要施加到滑块上的力。
5.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，依据横梁及其上的滑块的共同质心位置和横梁质心位置之间的差值，分别修正所述位置差值和所述扭矩。
6.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，依据滑块的质心位置与横梁的质心位置之间的差值，分别修正所述位置差值和所述扭矩。
7.一种用于实施在前权利要求中任一项所述方法的设备，其特征在于，该设备包括两个互相平行延伸的导轨和横向于所述导轨延伸的横梁，该横梁可在所述导轨上移动，并具有可在所述横梁上移动的滑块；其中，提供装置用于确定在第一导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第一差值；提供装置用于确定在第二导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第二差值；提供装置用于基于所述的第一和第二差值来确定横梁上特定点的预期位置和实际位置之间的位置差值；提供装置用于基于所述第一和第二差值来确定所述第一和第二差值之间的变化量；提供装置用于至少依据所述的位置差值、所述的变化量和所述滑块相对横梁质心的位置来确定施加在横梁上的力和扭矩；以及提供装置用于在横梁上施加所确定的力和扭矩。
全文摘要
一种用于控制动力系统的方法，该动力系统包括两个互相平行延伸的导轨以及横向于所述导轨延伸的横梁，该横梁可以在所述导轨上移动并具有可在所述横梁上移动的滑块，其特征在于确定在第一导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第一差值；确定在第二导轨上横梁的预期位置和实际位置之间的第二差值；基于所述第一和第二差值，确定横梁上特定点的预期位置和实际位置之间的位置差值；基于所述第一和第二差值，进一步确定所述第一和第二差值之间的变化量；之后，至少依据所述位置差值、所述变化量以及滑块相对于横梁质心的位置来确定要施加到横梁上的力和扭矩。
文档编号H02P5/46GK1808882SQ200510133859
公开日2006年7月26日 申请日期2005年12月21日 优先权日2004年12月22日
发明者R·A·J·范德伯格 申请人:阿森姆布里昂股份有限公司