注射模制系统的能量管理装置和方法

专利名称：注射模制系统的能量管理装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种注射模制系统，且更明确地说涉及混合注射模制系统的能量管理，所述混合注射模制系统包括(i)液压抽吸组合件的电驱动原动机，和(ii)复数个液压和/或电驱动致动器(例如，零件装卸机器人、挤压机、注射单元、模行程和夹持单元等)；且涉及包括复数个电驱动致动器(例如，零件装卸机器人、挤压机、注射单元、模行程和夹持单元等)的全电动注射模制机系统的能量管理。
背景技术：
常规注射模制机的致动器通常使用液压动力源。众所周知，液压系统并非能量有效的。这首先归因于其固有的容积损耗和转矩损耗。容积损耗包含层状泄漏损耗、湍流泄漏损耗，和归因于流体可压缩性的损耗。转矩损耗包含归因于流体粘度和机械摩擦的损耗。
电液压驱动和控制基于两个主要运作原理(i)通过改变传导部分中的流动阻力的阀门控制，和(ii)通过改变液压动力系统的生成部分中的容积流量的泵控制。阀门控制的驱动通过消耗过剩能量来调节能量流。这并非能量有效，但可实现高性能注射模制机所需的较快响应和较好可控性。
在泵控制的驱动中，根据需求调节能量流。其通过改变可变排量泵的摆动角，或固定排量泵的速度，或可变排量泵的速度和摆动角来实现控制。速度相关的损耗和噪音散发都可通过应用速度控制的固定排量泵来显著降低。泵/马达效率视例如排量、压力差和旋转速度的变量而定。当以小排量运作可变排量泵时，层状泄漏和转矩损耗均相对较大，因此降低泵/马达效率。在使用可调速原动机驱动可变排量泵的致动系统中，可照常通过泵的摆动角的调整连同驱动速度的调整来控制液压状态(即，容积、流量和压力)。这种两个自由度调节有助于改进小排量下的泵/马达效率，同时使对注射模制机的能量供应最小。
更近来，功率电子设备的成本降低和改进的可靠性已经使得通过伺服电动马达驱动的致动器对于注射模制机更实用。电压源反相器(VSI)是一种这样的驱动器。VSI驱动器包含将AC电源转换为DC电源的转换器，通过电容器和任选的电感器使已整流的DC电压平稳化的电压控制的DC链路，和具有供应调节的功率以控制马达的控制发电机的反相器。单单使用电动马达作为推进构件的注射模制机通常称作全电动机器。使用液压装置和伺服电动马达两者作为推进构件的注射模制机通常称作混合注射模制机。
在常规液压注射模制机中，电极的数目及其原动机(经常是感应马达(IM))的电源频率是固定的。因此，虽然需求在周期期间显著变化，但是液压泵以恒定速度被驱动。当流量需求减少时，通过安全阀将过剩流量分流到蓄能槽。满足变化的需求的一种方式是将可调速驱动器(ASD)安装到马达。ASD允许改变AC马达的速度，且因此可使泵输出与可变的需求匹配。ASD的益处在于通过使输出与需要匹配而减少了能量成本；通过以较低速度运行马达和泵而减少了噪音；减少节流和分流损耗；和减少油冷却成本。
一种控制策略是基于匹配每一机器运作阶段的需求，例如美国专利第5,052,909号中揭示的策略。机器控制器控制泵马达以在过程的每一时间点改变速度。控制器越严密地控制适当速度以匹配所述过程的每一时间点的实际需求，则节省越多能量。然而，此方法存在缺点。当驱动器缓慢地加速和减速时，在需要流量之前必须较好地控制产生所要流量的速度以便在需要所述流量时传递适当流量。因为机器尚未准备好接收在此加速时间期间产生的过剩流量，所以所述流量不产生有用功。相同情况发生于减速期间。减速到新的较低流量仅可在不需要较高流量时开始。如果驱动器不能很快减速，那么过剩流量也浪费了。即使马达可迅速加速和减速，对于具有高惯性的原动机来说，也经常在减速期间浪费加速期间所存储的大量动能。因此，为了匹配可变需求仅使用ASD来改变泵马达的速度不是改进能量效率的最有效的方式。
在减速期间，电动马达充当发电机且能量被反馈到驱动器，如果不管理所述驱动器，那么可将DC链路的电压升高到使驱动器变得无效的不可接受的电平。已知系统使用制动电阻器和削波电路以消耗再生能量。此能量以热能形式被消耗且不可被重新使用。在其它已知系统中，使用有源前端(AFE)的形式的再生单元将再生能量转化为AC电源并将此反馈到供应系统。AFE提供供应源与反相器之间的双向能量交换，且其产生低于二极管桥接整流器的谐波。然而，需要DC总线电压大于AC输入电压的峰值；否则无法保持输出电流的正弦波形。
为了有效，具有AFE的ASD通常在比具有二极管桥接整流器的ASD高的DC链路电压下运作，这导致在马达端子处较高的电压改变率。AFE将额外一组绝缘栅极双极晶体管(IGBT)反相器添加到ASD，且其具有二极管桥接整流器两倍的成本，且其导致ASD产生电磁干扰(EMI)的净增加，除非采取例如添加隔离变压器和/或电感器的过滤措施。从机器制造商的观点来看，向消费者供应具有成本效益的设备是有利的。连同其启用配件，使用制动电阻器或AFE的解决方案都会增加系统的成本，且可能并非对于所有应用均合理或合乎需要。显而易见的是，为了系统的安全对这些再生能量的管理和将其捕获用于重新使用是全电动和混合注射模制机必须面对的挑战。因此，需要用以实现用于注射模制系统的较高能量效率的更经济且有效的构件。
在注射模制周期期间功率需求不是恒定的，且平均功率要求大体上少于峰值需求。机器设计者经常通过安装能量存储器件(例如，蓄能器)利用此功率要求模式来减少安装功率。当适当设定尺寸时，能量存储器件在低功率需求运作期间被充入有机器周期的能量。当需要高功率需求时，除了安装功率器件外，能量存储器件供应能量。以此方式，可减少安装功率。若干已知系统使用具有连接到电驱动器的DC链路的充电和放电构件的电能存储器件来蓄积再生能量供将来使用。
电化电池和电解电容器是通常用于此目的的当前技术水平下的电能存储器件。在电化电池中存储能量的电池受到若干限制的影响。一个此种限制是使用寿命，其为给定电池的可能的充电和放电周期的数目。另一限制是放电深度，其为存储能量的可被回收的那部分。另外，周围温度和适当的充电电流必须被监控且保持在限度内。废弃材料可能为危险的且对于其处置需要额外成本。
用作能量存储器件的电解电容器在尺寸、重量、成本和可靠性方面也具有若干缺点。明确地说，可靠性是主要问题。由于连续渗气(out-gassing)，电解电容器随时间逐渐劣化，且这通常是系统可靠性降级的首要因素，且因此其限制驱动系统的使用寿命。在周期时间短且峰值需求高(例如，薄壁件的模制)的注射模制周期中，需要大能量存储器件。然而，大电解电容器和电池的使用寿命短且由于峰值能量的频繁消退而受到限制。因此，在注射模制应用中使用电解电容器不是优选的。
作为能量存储器件的液压蓄能器具有接受从电化电池和电解电容器均不可获得的充电和放电的高频率和高速率的能力。液压蓄能器的典型平均效率为95％到97％。在注射模制机中作为能量存储器件而使用的液压蓄能器是众所周知的。然而，将其应用于在混合注射模制机中捕获再生电能是新颖的。这部分地归因于缺乏用以将再生电能转换且转移到液压蓄能器的简单转换构件和传递构件。即使此类构件存在，但在任何注射模制系统中均不存在以安全、有效和高效方式管理能量的交换和调节的控制构件。因此，需要新的解决方案。本发明揭示解决这些问题的新方法和构件。
Ellinger的美国专利公开案第2003/0089557A1号描述一种用于运作使用特大电容器来存储能量的升降机的系统。所述申请案既未教示共用DC链路处功率平衡的方法，也未教示揭示内容如何可与注射模制设备有关。
Mizuno的美国专利第6,611,126号描述能够将电功率存储并供应到马达、与控制相同马达的反相器一样连接到相同DC链路的充电器的使用。所述专利未论述使用液压蓄能器在电轴的减速期间存储再生能量。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Truninger的美国专利第6,647,719号描述一种用于机器的电功率控制系统。电动马达驱动将加压油供应到液压回路(hydraulic circuit)的泵，所述液压回路包含致动器和蓄能器使得所述系统像振荡器一样发挥作用。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Truninger的美国专利第6,379,119号描述一种具有涉及垂直负载的开放液压回路，所述垂直负载通过由可调速电动马达驱动的泵来供应。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Shibuya的美国专利第6,333,611号描述使用蓄电构件蓄积从马达再生的电能以建立高于相同马达的驱动电压的蓄电电压，并在相同马达的加速期间将此蓄积的电能供应到相同马达。所述专利未论述供应复数个电伺服轴的共用DC链路的管理，且其未论述使用液压蓄能器在电轴的减速期间存储再生能量。
Bulgrin的美国专利第6,299,427号描述对于可调速马达驱动泵的控制。根据所述专利揭示内容，驱动注射模制机的轴的每一马达/泵经独立控制以匹配周期需求。所述专利未论述使用液压能量存储构件的优点，且其未论述改进注射模制机的能量效率的共用DC链路的管理。
Choi的美国专利第6,289,259号描述用于控制注射模制机中的液压致动器的构件。微控制器邻近致动器而安置且电耦合到系统控制处理器。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。微控制器响应于其从适当定位的传感器接收的信号来简单地控制致动器的运作。
Choi的美国专利第6,275,741号描述用于控制注射模制系统的运作的构件，其包含耦合到操作员控制面板和复数个注射模制器件和功能件的通用计算机。因此所述计算机能够执行对于注射模制和操作员控制功能两者的多任务控制。所述专利未论述功率管理。
Osborne的美国专利第6,272,398号描述一种用于注射模制机的过程控制系统，其包含具有一用于控制模制过程的处理器的第一计算机和具有允许操作员观察与所述过程有关的参数的特殊应用程序的第二计算机。所述专利未涉及功率管理。
Klaus的美国专利第6,120,277号描述一种用以驱动注射模制机中的螺杆或液压泵以对蓄能器充电的可调速马达。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Bulgrin的美国专利第6,089,849号描述对于可调速马达驱动泵的控制。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Saito的美国专利第6,034,492号描述DC电动发电机与电容器组合。所述DC电动发电机旋转以将电能提供到电容器用于存储。存储的电能提供应急电源。所述专利描述功率管理系统的非常基本的形式。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Ludwig的美国专利第5,811,037号描述如果模制周期中的冷却时间的长度比预定时间长则断开电驱动。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Koyama的美国专利第5,582,756号描述使用来自伺服驱动器的DC电源控制注射模制机中的加热器。所述专利未论述使用加热器来重新使用在反相器控制的马达的减速期间再生的能量，也未论述管理共用DC链路处功率的平衡。
Holzschuh的美国专利第5,580,585号描述一种供应各种致动器的可调速马达驱动泵；然而，其未展示蓄能器。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Lindblom的美国专利第5,522,434号描述一种由包含直流电运作的单元的驱动单元驱动的超大织机。所述DC单元视驱动器是加速还是减速而作为马达或发电机而运作。当减速时，将电能反馈到电源网络。驱动单元的控制单元可为微型计算机或个人计算机单元。所述专利揭示一种其中在驱动单元减速期间产生的过剩能量作为电能被重新捕获的功率管理系统。此专利揭示两个DC马达的使用，可将所述两个DC马达转换为发电机以将废弃的能量作为电能回收。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Hehl的美国专利第5,486,106号描述一种运作以保持恒定运作压力梯度的变量泵，其由连接到可调频转换器以控制其速度的多相电流马达驱动。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Hillman的美国专利第5,470,218号描述包含复数个注射吹塑机的注射吹塑装置，每一注射吹塑机具有复数个注射模和吹塑模。过程控制器耦合到每一机器，且主控处理器耦合到控制器的每一者。所述专利未描述用于功率管理的任何机构。
Faig的美国专利第5,362,222号描述一种在其伺服机构驱动系统中使用向量控制的AC感应马达的全电动注射模制机。每一驱动构件的向量控制器构件共享提供脉宽调制的触发信号的共用CPU，所述触发信号经由机械或固态开关的形式的开关组(switch bank)每次一个地多路传输到与每一AC马达关联的功率放大器的电源模块。机械或固态开关的使用可防止实时地同时控制所有伺服轴。然而，所述′222专利未提供用于检索或重新使用任何通过机器处理再生的过剩能量，或管理共用DC链路处功率的平衡的配置。此外，′222专利中向量控制的AC感应马达需要用于检测AC感应马达的转子的角位的传感器(例如，编码器或速度传感器)。与此相反，具有与传感器驱动相同转矩动力的无传感器技术是众所周知的。参看，例如1993年日本横滨，Proc.IEEE IECON′93，第415到420页中，J.Holtz的“Methods for speed sensorless control of AC Drives”；1998年1月/2月，IEEE Trans.Ind.Applicat.第34卷第156到162页，A.Ferrah、K.J.Bradley、P.Hogben-Laing、M.Woolfson、G.Asher和M.Summer的“A speed identifier for induction motor drives using real-timeadaptive digital filtering”。另外，由使用直接转矩控制方法而不是向量控制方法的控制器控制的感应马达可提供与′222中所揭示的相同功能和性能。参看，例如ABB Industry Oy，3BFE 58056685 R0125 REV B，EN 30.6.1999，“Technical Guide No.1-Direct TorqueControl”。
Scott的美国专利第5,125,469号描述一种用于存储来自马达载具的减速能量且用于使用所存储的减速能量来辅助马达载具的加速的系统。所述专利对于展示功率恢复系统的另一应用是有用的。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Würl的美国专利第5,093,052号描述一种用于电驱动泵的可调速驱动器。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Hertzer的美国专利第5,052,909号描述一种使用变速马达来驱动泵的液压注射模制机。变速马达的运作信号由机器控制器产生，所述运作信号符合根据机器运作的特殊阶段所需液压流体输出而计算出的复数个已存储的值之一。所述专利未提供用于使用蓄能器构件来重新捕获任何通过机器处理产生的过剩功率的配置，且其未提供任何用以对蓄能器充电以改进能量效率的构件。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Faig的美国专利第4,988,273号描述一种在其伺服机构驱动系统中使用无刷DC马达的全电动注射模制机。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。
Jones的美国专利第4,904,913号描述一种包含反相器的马达控制系统，所述反相器用于感测模制机的个别步骤，产生电压电平的时间流，每一电压电平代表在其运作步骤期间模制机所需的最少量的功率；且在每一运作步骤期间，响应于这些电压电平改变马达速度，以便减少在其周期期间机器需要的电功率。所述专利未提供关于共用DC链路处功率平衡的方法的教示。

发明内容
本发明的优点是提供一种克服上述问题的用于注射模制系统的能量管理系统。本发明的另一优点是提供一种控制运作和处理能量使得实际使用产生较高系统能量效率和功能性能同时保持系统成本低廉的用于注射模制系统的能量管理系统。
可在高性能马达控制方案中使用两个重要控制策略。一个是Hasse和Blaschke在20世纪70年代前期开发的现场定向控制(Field Oriented Control，FOC)理论，通常也称为向量控制。参看1972年Siemens Review，第34卷第217到220页，F.Blaschke“The principle offield orientation as applied to the new Transvektor closed loop control system for rotatingfield machines”。可将FOC分类为直接、间接或无传感器。直接FOC以位于马达外壳中的传感器直接测量转子角。间接FOC(例如)使用分解器或转速计来测量速度，且随后通过积分所述速度来确定滑动角。不同于直接FOC和间接FOC，无传感器FOC对于马达的定子变量执行所有测量和计算。另一可用于高性能马达控制方案中的重要控制策略是Takahaski和Dependbrock在20世纪80年代中期开发的直接转矩控制(Direct TorqueControl，DTC)。参看，例如1986年9月/10月，IEEE Transactions on Industry Applications，第IA-22卷第5号，Takahashi Isao、Noguchi Toshihiko的“A New Quick-Response andHigh-Efficiency Control Strategy of an Induction Motor”；1988年10月，IEEE Transactions onPower Electronics，第3卷第4号，M.Depenbrock的“Direct Self-Control(DSC)of Inverter-FedInduction machine”；和ABB Industry Oy，3BFE 58056685 R0125 REV B，EN 30.6.1999，“Technical Guide No.1-Direct Torque Control”。DTC驱动器作为无传感器驱动器通常运作地非常好，即，不需要例如编码器或转速计的反馈器件。当将转子的速度或位置作为反馈提供到DTC驱动器时，其静态和动态性能可与任何其它伺服驱动器的静态和动态性能匹配。DTC也提供优良的转矩控制，但其尚未普遍用于注射模制机中。可使用由FOC或DTC控制的ASD来实现根据本发明的优点。由于数字计算机的进步，现可在工业应用中实现这些控制策略及其随后的增强作用。其使得较简单结构的马达用于曾经由较高成本永磁同步马达(PMSM)所主导的复杂应用成为可能。主要用于固定速度应用的感应马达(IM)可配备具成本效益的ASD以满足变速应用。关于开关磁阻马达(SRM)的控制问题可通过复杂数字功率电子控制来解决。SRM现可如IM一样较好地执行，但是比IM便宜且强固得多。可使用IM、SRM和PMSM来实现本发明的优点。
典型混合和全电动注射模制系统通常具有安装在单个系统中的若干马达，其中每一马达配备有个别驱动器，每一驱动器具有其自身的转换器、DC链路和反相器。根据本发明的一方面，提供结构和/或步骤，藉此混合或全电动注射模制系统包括共用DC链路配置，其中一个转换器供应若干反相器。这减少系统组件的数目，藉此增加系统的可靠性。优选地，在共用DC链路架构中运作ASD有助于减少系统成本和减少箱空间。当混合或全电动注射模制机的多个驱动器共享共用DC链路时，存储在惯性中的动能优选地再生到用于功率共享的DC链路。在电压下降的情况下，优选地使高惯性驱动器进入制动模式，再生能量以保持DC链路电压不下降。优选地，本发明进一步包含具有FOC或DTC作为其控制方法的驱动器。具有FOC或DTC控制的马达，从马达驱动到发电的转变可在几毫秒内完成(反之亦然)。随后可使用再生的能量来馈给相同DC总线上的其它驱动器并减少对来自供应源的能量的摄取。类似地，可通过加速非临界负载而从DC总线中去除归因于高惯性负载的迅速减速而形成的再生能量的高浪涌。
本发明的优点是能够通过改变过程步骤以减少重叠运动或降低速度分布来减少机器控制器的过程需求，从而确保不超过安装功率。这是将启用根据安装功率(与具有V6或V8引擎的自动装置相比)具有相同功能性但不同性能水平的一系列产品的新颖特征。本发明的优点也将启用挤压机加热器的使用以在螺杆减速期间吸收再生能量。这是有意义的，因为在螺杆减速期间，降低了由螺杆产生的对树脂的加热功率且螺杆的再生功率可由加热器重新使用以维持对熔融树脂的统一加热功率。
本发明的另一优点是能够消除那些制动电阻器，安装所述制动电阻器的唯一目的是在电动马达驱动的致动器迅速减速期间消耗再生功率。本发明的另一优点是能够通过限制无法用于执行有用功的过剩能量的供应来实现对混合注射模制系统的少量供应。本发明的另一优点是能够重新使用再生功率来执行有用功。
本发明的另一优点是能够改进能量效率和功能性能同时保持系统成本较低。
除了本发明的其它有利特征外，上述优点在本发明的另一方面中通过包含机器控制器的混合注射模制系统而得以实现，所述机器控制器具有经配置以进行以下动作的结构与系统的传感器、换能器、致动器和分散式控制器实时通信以从系统接收信号和测量值，并使用所述信息连同预编程的控制软件实时产生命令信号和信息到达所述系统且到达系统控制运作和过程。共用DC链路将DC功率提供到反相器以控制到达由可调速驱动器控制的至少两个电动马达的功率和来自所述电动马达的功率。高速双向通信现场总线经配置以能够向所有驱动控制器和机器控制器通信以及从所有驱动控制器和机器控制器开始通信。从轴经配置以能够将能量供应到共用DC链路并从共用DC链路吸收能量。转矩控制器经配置以能够控制(i)正常速度控制，和(ii)DC链路电压控制中的从轴，并以平滑转换方式在所述两个控制之间切换控制。液压抽吸组合件的电驱动的原动机经配置以能够调节经由液压驱动的致动结构的液压流体供应的流动速率和功率。蓄能构件可运作以通过液压流体的接收和释放而存储和释放能量。
除了本发明的其它有利特征外，上述优点也可在本发明的另一方面中通过包含机器控制器的全电动注射模制系统而得以实现，所述机器控制器经配置以与系统的传感器、换能器、致动器和分散式控制器实时通信以从系统接收信号和测量值，且使用所述信息连同预编程的控制软件实时产生命令信号和信息到达所述系统并到达系统控制运作和过程。共用DC链路经配置以将DC电源提供到反相器以控制到达由可调速驱动器控制的至少两个电动马达的功率和来自所述电动马达的功率。高速双向通信现场总线经配置以能够向所有驱动控制器和机器控制器通信以及从所有驱动控制器和机器控制器开始通信。从轴经配置以能够将能量供应到共用DC链路并从共用DC链路吸收能量。转矩控制器经配置以能够控制(i)正常速度控制，和(ii)DC链路电压控制中的从轴，并以平滑转换方式在两个控制之间切换控制。电驱动的高速马达驱动机械飞轮且能够调节机械飞轮的速度。蓄能结构经配置以通过机械飞轮的速度调节来存储和释放能量。
根据本发明的又一方面，为注射模制机能量管理控制装置提供结构和/或步骤的唯一组合，所述注射模制机能量管理控制装置包含经配置以驱动至少一个第一模制机器件的第一电驱动原动机，和经配置以驱动至少一个第二模制机器件的第二电驱动原动机。共用DC链路经配置以将DC能量提供到第一电驱动原动机并提供到第二电驱动原动机。从轴经配置以将能量供应到共用DC链路和从共用DC链路吸收能量。机器控制器经配置以(i)与第一电驱动原动机、第二电驱动原动机、共用DC链路和从轴通信；(ii)响应于来自第一电驱动原动机和第二电驱动原动机的至少一者的输入而促使从轴将能量供应到共用DC链路；和(iii)响应于来自第一电驱动原动机和第二电驱动原动机的至少一者的输入而促使从轴从共用DC链路吸收能量。
根据本发明的另一方面，为模制机的能量管理装置提供结构和/或步骤的唯一组合，所述能量管理装置具有(i)经配置以驱动第一模制机器件的第一马达，和(ii)经配置以驱动第二模制机器件的第二马达。电链路耦合到第一马达并耦合到第二马达。能量存储结构经配置以(i)存储来自第一马达和第二马达的至少一者的过剩能量；和(ii)将存储的过剩能量提供到第一模制机器件和第二模制机器件的至少一者。处理结构经配置以促使(i)来自第一马达的过剩能量存储在能量存储结构中；和(ii)存储在能量存储结构中的过剩能量用于驱动至少第一模制机器件。
根据本发明的另一方面，为注射模制机提供结构和/或步骤的唯一组合，所述注射模制机具有模、具有模夹具致动器的模夹具，和具有模螺杆致动器的模螺杆。电链路耦合模夹具致动器与所述模螺杆致动器。蓄能器耦合到模夹具致动器与模螺杆致动器的至少一者。能量管理处理结构经配置以促使(i)来自模夹具致动器和模螺杆致动器的至少一者的过剩能量存储在蓄能器中，和(ii)存储在蓄能器中的能量提供到模夹具致动器和模螺杆致动器的至少一者。
根据本发明的另一方面，为管理模制机中的能量的方法提供步骤的唯一组合，所述模制机具有用于驱动第一模制器件的第一致动器和用于驱动第二模制器件的第二驱动器。步骤的组合包含(i)从第一致动器接收对应于第一致动器的能量状态的输入信号；(ii)从第二致动器接收对应于第二致动器的能量状态的输入信号；(iii)基于所接收的输入信号计算第一致动器和第二致动器的任何一者的过剩能量状况；(iv)基于所接收的输入信号计算第一致动器和第二致动器的任何一者的不足能量状况；(v)基于所述计算，将来自第一致动器和第二致动器的至少一者的过剩能量提供到蓄能器件；且(vi)基于所述计算，将来自蓄能器件的过剩能量提供到第一致动器和第二致动器的至少一者。


现将参看附图描述本发明的当前优选特征的示范性实施例。附图展示功能子系统的方框图。附图中的控制信号和组件已经编号以便于理解。本揭示案全文中将引用这些标号。
图1是已知电压源反相器驱动(VSI)的示意图。
图2是展示在注射模制系统中已知VSI如何发挥作用的简图。
图3是本发明的优选实施例的示意图。
图4是本发明的优选实施例的另一示意图。
图5是用于共用DC链路处功率平衡的控制设计的示意图。
具体实施例方式
现将参照其中以处理结构、共用DC链路和能量管理结构来控制注射模制系统致动器的若干实施例描述本发明。然而，本发明可用于其中使用复数个电伺服驱动致动器的其它应用中，例如产品装卸机器人、包装机、压铸机、金属注射机、自动化设备和吹塑机。
2.电压源反相器驱动图1展示典型VSI驱动单元的主要功能零件。所述VSI采用由实用设备提供的固定电压和频率的三相功率并将其转化为所要可变电压和频率的三相功率以在可调速电动马达中使用。所述单元具有三个主要功能区。转换器10采用三相供应功率且通过其全波六个二极管桥接器将其整流为单相DC输出电压。由于未调节所述整流，所以输出电压具有高纹波成分(300到360赫兹，对应于50到60赫兹的AC电源)。
第二区包括包含调节阀(choke)12和电容器14的DC链路11以执行使DC电压的纹波平稳到可接受水平的功能。调节阀12帮助将电容器14从AC电源缓冲并用以减少谐波。当对DC链路11施加负载时，电容器14将开始放电。当线电压高于DC链路电压时，DC链路11仅从电源经由转换器10的二极管来汲取电流。这发生在电源电压的峰值处或峰值附近，导致每一输入周期发生在电源电压的峰值周围的电流脉冲。由于对DC链路11施加负载，所以电容器14放电且DC电压下降。较低DC电压导致较高电源电压的持续时间长于DC链路电压的持续时间。因此，电流脉冲的宽度或已传输的功率量部分地由DC链路11上的负载确定。
第三区中的反相器15在驱动控制器24(图2所示)的控制下将来自DC链路11的DC电压反相为处于可变电压和频率的三相功率。驱动控制器24使用通过驱动单元中的测量器件获得的电压测量值和负载电流测量值来建构用以控制反相器的六个绝缘栅极双极晶体管(IGBT)16的开关的信号。当前技术水平的驱动控制器使用以高速(以毫秒计)执行的电流调节脉宽调制(CRPWM)或空间向量调制(SVM)来通过六个IGBT16的开关而产生三相输出电压和频率。
对应于反相器15的每一IGBT16，存在二极管17，其充当用于将马达的再生功率返回到DC链路11的路径。DC链路11仅具有有限的能量存储容量。当马达需要迅速减速或负载改变时，通常需要制动电阻器(未图示)来保护驱动器免受功率浪涌。此制动电阻器消耗DC链路11处热能形式的能量以防止DC链路11的电压上升到设计限度以上。根据本发明的优选实施例，可去除制动电阻器(及其随之发生的能量耗费)，同时仍然为驱动单元提供适当保护。
图2是展示在注射模制系统中已知VSI如何发挥作用的简图。为了便于说明，VSI驱动单元概括为三个区块转换器20、DC链路21和反相器22。基于注射模制系统的处理和运作，机器控制器25确定马达23所需要的目标速度和/或转矩。将命令形式的这些要求经由以每秒兆位量级运作的高速双向现场总线接口26发送到驱动控制器24。驱动控制器24开关(以毫秒计)反相器22中的IGBT以产生马达23需要的电压和电流，从而驱动注射模制机系统的电轴(例如，液压泵马达、挤压机螺杆旋转马达、喷射器致动器、夹具致动器，夹具锁定致动器、模行程致动器、注射致动器和产品装卸机的轴)，以便满足机器控制器25需要的速度和转矩。根据通过安装在驱动控制器24中的控制算法(下文将描述)而建立的模式和时序来执行开关控制。
控制算法从机器控制器25获得命令，并使用DC链路电压、负载相位电流、负载相位电压和马达23的任选转子位置的测量到的值来计算IGBT的开关模式和时序。所述计算基于当前技术水平的马达控制方法之一，例如1)基于保持电压频率比(V/Hz)恒定的标量频率控制；2)基于直接转子位置测量的直接FOC；3)基于依据速度测量对转子位置的估计的间接FOC；4)基于依据从马达的电流和电压值计算出的速度对转子位置的估计的无传感器FOC；5)基于直接转子位置测量的DTC；6)基于依据速度测量对转子位置的估计的DTC；和7)无传感器DTC。参看，例如1996年，Texas Instruments ApplicationNote BPRA043，“Digital Signal Processing Solution for AC Induction Motor”；1998年2月，Texas Instruments Application Note BPRA073，“Field Oriented Control of 3-PhaseAC-Motors”；2000年4月22日，Texas Instruments，Inter University DSP Solutions Challenge′99“High performance Direct Torque Control Induction Motor Drive Utilising TMS 320C31Digital Signal Processor”；1999年10月，Texas Instruments Application report SPRA600，“AVariable-Speed Sensorless Drive System for Switched Reluctance Motors”；1998年4月，TexasInstruments Application report SPRA284A，“AC Induction Motor Control Using ConstantV/Hz Principle and Space Vector PWM Technique with TMS320C240”；1997年7月，TexasInstruments BPRA057，“Sensorless Control with Kalman Filter on TMS320 Fixed-PointDSP”；2001年11月1日，Control Engineering，Frank J.Bartos的“The3(or more)faces of acvariable-speed drives”；和2001年3月1日，Control Engineering，Frank J.Bartos的“SensorlessAC Drives Fill Price/Performance Niche”。所有这些控制方法均可用于现有VSI驱动。所述选择首先基于应用需要和经济因素。
3.优选实施例图3是本发明的优选实施例的整体示意图。驱动器30包括转换器31、DC链路32以及多个反相器33、34和35。驱动控制器36监控实际电源电流Isup ply(t)(例如，经由图1中的电流测量13来测量)和实际DC链路电压Vdc(t)(例如，经由图1中的电压测量18来测量)。反相器33向致动机器上一器件的马达37提供AC电源。此电路及其关联的组件形成用于混合和全电动型注射模制系统的致动器的典型驱动器。可将复数个所述器件安装在混合注射模制系统中。反相器34向AC马达38提供AC电源，所述AC马达38可为驱动可变或固定排量液压泵39或复数个所述泵的IM或SRM。所述泵向包含蓄能器40的回路供应加压油，并驱动系统的至少一个液压致动器(未图示)。任选的反相器35将脉宽调制(PWM)功率提供到至少一个挤压机加热器41。每一反相器分别具有其自身的驱动控制器42、43和44，所述驱动控制器监控DC电源电压、实际负载电流、实际负载电压、任选转子的速度或位置，并控制IGBT开关电路以调节到达其各自器件的电流。
所有驱动控制器优选地与具有快于1毫秒周期更新时间的高速、双向通信现场总线(45处示意展示)连接在一起，所述高速、双向通信现场总线也将驱动控制器连接到机器控制器46。优选地，机器控制器46包括一个或一个以上具有通至高速双向通信现场总线45的接口的通用计算机。当然，除了所述一个或一个以上通用计算机外或作为其替代，可使用任何类型的控制器或处理器。举例来说，可使用特定用途集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、门阵列、模拟电路、专用数字和/或模拟处理器、硬连线电路等来执行本文所述的控制功能。可将用于控制一个或一个以上此类控制器或处理器的指令存储在任何所期望的计算机可读媒体和/或数据结构中，例如软盘、硬盘驱动器、CD-ROM、DVD、RAM、快闪RAM存储器、EEPROM、磁性媒体、光学媒体、磁光媒体或网络连接存储器等。
液压换能器48测量蓄能器40的液压；将其测量值在经由数字信号线47传输到计算机46之前通过A/D转换器49实时地从模拟形式转化为数字形式。虽然信号线47可为计算机46的直接数字接口或不同的现场总线，但是其优选地为相同高速双向通信现场总线45。
当混合或全电动注射模制机的多个驱动器共享共用DC链路32(如图3所示)时，DC链路电容器的存储能量的改变将归因于转换器31的输入功率Pcon(t)与反相器33、34和35的输出功率之和Σi=1nPinvi(t)]]>之间的功率差异，其中Pinvi(t)是第i反相器在时间t处的瞬时功率，且n是连接到DC链路32的反相器的总数目。Pinvi(t)可依据所测量的反相器输出的电流和电压或依据反相器的电流命令和电压命令而计算出。
忽略每一组件的固有开关和导电损耗，以下等式可用于描述在DC链路32处各种功率之间的关系
pcom(t)=Vdc(t)·Isup ply(t)=Σi=1nPinv1(t)+C·Vdc(t)·ΔVdc(t)Δt.........(1)]]>其中C是DC链路电容器的电容；Vdc(t)是DC链路32的瞬时电压；且ΔVdc(t)是DC链路电压在短时间间隔Δt内的变化。
当DC链路32处功率平衡时，输入功率等于所有输出功率之和，随后DC链路电容器中的存储的能量将不改变，DC链路电压不产生变化，即，如果Pcom(t)=Σi=1nPinv1(t)]]>，那么ΔVdc(t)Δt=0]]>。存在干扰DC链路32处功率平衡的若干状况状况1当Σi=1nPinv1(t)]]>为负且Vdc(t)+ΔVdc(t)高于DC链路的设计高压限度Vdc_MAX(t)时。此状况发生于当不可通过其它有源轴重新使用来自减速轴的再生功率且所述再生功率已超出DC链路的功率存储容量时。优选地使用某一去除所述过剩功率的方法。
状况2当Σi=1nPinv1(t)]]>超出转换器31的马力限度时。优选实施例利用以下事实并非所有轴同时处于其峰值需求且这减少了所安装的组件的成本。由于存在多个驱动器共享共用转换器31，所以所有轴的总需求可超出转换器31的马力限度。优选地使用某一将所述需求限制到马力限度以下的方法。
状况3当电源供应源(source power supply)经历瞬时电压下降时，归因于DC链路电容器的放电，这将因此驱动DC链路电压Vdc(t)在其设计低压限度Vdc_MIN(t)以下。此状况归因于所述电源。结果可导致存储在共用DC链路32中的能量的全部耗尽。由于驱动控制器的控制功率可由共用DC链路32供应，所以将归因于共用DC链路32的缓慢充电时间而导致停机和启动时间延长。因此，需要提供某一有限的跨越(ride-through)容量以将共用DC链路32的电压维持在可接受的低电平。
状况4当电源供应源经历瞬间电压浪涌时，这将因此使DC链路电压Vdc(t)升高到其设计高压限度Vdc_MAX(t)以上。此状况归因于所述电源。过电压可对电子组件造成损害。暂时缓和所述情况的优选方法是吸收尽可能多的功率而不对注射模制过程造成有害影响。
一个重要特征是驱动一个或一个以上轴以提供且/或检索精确量的功率以维持DC链路处功率平衡。鉴于上述状况，优选实施例使用具有以下特性的从轴(例如，液压泵马达，或驱动机械飞轮的高速马达)来维持DC链路32处的功率平衡1.轴的功能对于注射模制过程并不关键，即，轴的速度或转矩的变化瞬间将不对所述过程造成有害影响；2.所述轴具有高惯性，所述高惯性能够增加其动能以吸收来自DC链路32的功率，且能够减少其动能以再生功率到达DC链路32；3.所述轴能够对来自机器控制器46的命令的变化提供迅速响应。
使用FOC或DTC的算法向液压蓄能器供应能量的ASD驱动泵马达轴能够实现混合注射模制系统中的从轴的功能。举例来说，图3中，马达38和蓄能器40可充当从轴。在全电动注射模制系统中，可建构驱动机械飞轮的ASD驱动马达以发挥与从轴相同的功能。举例来说，图4中，马达37和飞轮29可充当从轴。在过程要求的限度内，模行程致动器、夹持致动器和执行非关键任务时的(不在模区域内工作的)零件卸脱机器人的某些其它轴也可用作从轴。可使用任何形式的蓄能器，例如液压蓄能器、飞轮、电池、电容器、超电容器、碳电容器、金属氧化物电容器、有源前端整流器(AFE)、超导磁能量存储(SMES)、动态电压恢复(DVR)、燃料电池、马达与发电机(M-G)组，和机械外伸(over-hanging)负载。
图5描绘从轴的转矩控制器50的优选实施例的控制结构。转矩控制器50可实施在机器控制器46和/或驱动控制器33、34和35的任何组合中。在优选实施例中，在正常运作状况下，速度控制器56形成机器控制器46的一部分。速度控制器56建立提供到从轴的速度命令ω*的值。封闭回路比例和积分(PI)控制器88(包括比例增益59[以可调节乘法器的形式]和积分增益60)取速度命令与反馈速度 51之间的差58。通过传感器测量或通过基于驱动控制器67的无传感器驱动算法的估计的不同技术自从轴驱动控制器67获得反馈速度信号51，以产生经由高速双向通信现场总线45到从轴驱动控制器67的转矩命令。
当上述状况(1-4)的任一者发生时，转矩控制器50从速度控制56切换到DC链路电压控制70。形成机器控制器46的一部分的DC链路电压控制70产生两个命令信号，即用以对另一封闭回路PI控制器89(包括比例增益76和积分增益77)进行开关控制的开关逻辑命令71，和经由开关78、61和54的用于产生转矩命令到从轴驱动控制器67并产生目标DC链路电压Vdc*到封闭回路PI控制器89的前馈补偿控制。PI控制器89取目标值Vdc*与反馈DC链路电压Vdc(t)之间的差73以产生转矩命令。DC链路电压与转矩之间的关系为非线性的。封闭回路控制器89可为非线性控制器，其具有由模糊控制器或查找表构件产生的可变增益以进一步增强其性能。
目标DC链路电压Vdc*具有在Vdc_MIN(t)与Vdc_MAX(t)的界限内的值。通常允许DC链路电压Vdc(t)在确定的限度内从Vdc*改变以便允许剩余谐波纹波、电源电压的波动和依赖负载的电压变化。DC链路电压控制70考虑此情况以避免开关逻辑信号71的不当转矩瞬态或振荡。当Vdc(t)小于Vdc*时，从轴需要负电磁功率以便维持DC链路32处功率平衡。同理，当Vdc(t)大于Vdc*时，从轴吸收正电磁功率以便维持DC链路32处功率平衡。由于对从轴的正转矩命令将减少DC链路电压，因此此回路中的电压差73的标记相反。
为了改进控制器的动态行为，可添加前馈补偿。前馈补偿的原理基于共用DC链路32处的稳态功率平衡以建立针对从轴的补偿功率需求。所有反相器的电流和电压的测量值、所有反相器的电流和电压的命令值、实际电源电流Isup ply(t)和实际DC链路电压Vdc(t)、马达速度(经测量或估计)均由驱动控制器36、42、44经由高速双向通信现场总线45实时地传递到机器控制器46。因此，机器控制器46具有其需要的大部分信息，以估计用于维持共用DC链路32处功率平衡的针对从轴的功率需求。一种此计算可如下执行对于所有1≤i≤n及i≠j(其中j是所表示的从轴) 可执行例如将铅滤器并入到上述等式(2)中的每一功率项以去除测量的延迟时间的其它计算来改进用于进一步性能增强的补偿精确度。功率补偿器件52的输出随后在53处除以从轴的实际马达速度 51(经测量或估计)以产生前馈转矩补偿TelC*。随后在65处从由DC链路电压PI控制器89产生的转矩命令中减去前馈转矩补偿TelC*以形成提供到从轴驱动控制器67的实际转矩命令。
如图5中所描绘，从轴的转矩控制器50的控制结构优选地具有由电路62和63形成的具有抗扭转变形(anti-windup)功能的积分器64，所述积分器64用于速度控制回路和DC链路电压控制回路两者。此控制方案在控制回路之间的切换期间提供平滑转换。此外，优选地建构转矩限制器|Tel*|＜Tmax66以避免转矩控制的饱和。易了解，上述控制方案在任何上述状况(1-4)下可提供在共用DC链路32处平衡功率的方法。
优选地，此实施例提供额外方法以处理状况2。当机器控制器46(基于从高速双向通信现场总线45接收的实时信息)检测状况2正在发生时，其经由相同通信现场总线45将适当速度和/或转矩命令发送到每一有源轴以将有源轴的功率减少到使得所有有源轴的总输出功率在转换器31的马力限度内的水平。
在电动马达驱动致动器的迅速减速期间，马达起到将动能转换为电能的发电机的作用。此电能被再生到也连接有泵马达的驱动器的共用DC链路32。通过ASD驱动泵马达并将其连接到共用DC链路32，建立简单的转换和转移构件以将任何再生电能转换并转移到液压蓄能器40。机器控制器46通过增加抽吸流体的流动速率来控制泵马达的驱动器将能量转换为将存储在液压蓄能器40中的势能，而不是通过制动电阻器执行无用功但增加到达环境条件的热能来耗散此能量，藉此防止DC链路32达到其高压限度。由于液压回路，流体被抽吸到液压蓄能器40中以增加其势能。
由机器控制器46产生的泵马达驱动命令基于维持共用DC链路32处恒定DC电压的目的。在注射模制周期中，泵马达38仅必须偶尔对蓄能器40充电，且将要存储的能量的传递时间不太紧急。可使用其能量再生容量的一定百分比在电压下降期间向共用DC链路32提供跨越(以在电压中断期间支持电驱动器的运作)。
优选实施例使用在机器控制器46中实施的控制策略来管理共用DC链路32处与其连接的所有器件之间的功率平衡。当需要调节DC链路电压时，其切换到DC电压控制回路以产生转矩命令到达具有例如泵马达38的高惯性负载的非临界轴的ASD。机器控制器46连同连接系统的传感器与致动器的高速现场总线45具有为根据DC链路32的状态进行所述切换作出逻辑判定所需要的所有信息。以此方法，去除了制动电阻器的成本，减少了以热能形式浪费的能量，并将减速能量回收到能量存储器件中以供由其它液压致动重新使用。视情况，机筒加热器41的一部分经由固态开关器件连接到共用DC链路32，用于消耗制动能量以限制DC链路电压的目的。机器控制器46根据DC链路32的感测到的状态来执行此控制。因此，通过使用此实施例的上述方法的任一者或两者，去除了对于制动电阻器的需要，且制动能量可重新用于有用功而不是作为热能耗散到环境中。
根据优选实施例的另一特征，机器控制器46产生控制命令到达泵马达38的ASD以基于液压蓄能器40的充电状态(SOC)及其改变速率来调节流动速率。优选地，机器控制器46控制ASD在SOC较低时以较高速度运行泵马达38，且当SOC较高时以较低速度运行泵马达38。此外，机器控制器46优选地考虑SOC的变化速率以控制泵马达的速度从而提供适当充电速率。
充当能量存储器件的液压蓄能器40将供应存储的能量以辅助对于一个或复数个其它注射模制机液压致动器(未图示)的其它液压致动。此来自液压蓄能器40的容易获得的功率改进那些仅由泵39驱动的致动器的响应。对于要求较高的过程，例如薄壁塑料注射模制(其需要高流动速率来填充模)，机器控制器46基于所安装的马达泵组合件的马力限度产生命令，从而以比通过正常固定速度泵马达所驱动的速度高的速度来驱动泵马达38以实现较高注射速度。这增加了系统的功能性能，否则，所述功能性能将受到正常固定速度泵马达的限制。
根据优选实施例，多个电驱动器连接到共用DC链路32且其共享共用转换器。由于并非所有驱动器同时完全负载，所以可将包括转换器和DC链路32的转换器区的尺寸设定成小于所有驱动器的总和(当其未共同连接时)。
此外，根据优选实施例，机器控制器46继续监控并控制所安装的驱动器和共用转换器的马力限度，和共用DC链路32的DC电压。因此，每一驱动器不需要个别过载电路保护。通过使用较小尺寸转换器减少安装功率会因此减少转换器和关联的保护开关装置及电缆线的成本。制动电阻器的去除也去除了保护套管和冷却器件。去除用于固定速度泵马达的马达起动器及将用于每一驱动器的个别过载保护减少为单个组保护开关装置显著简化了系统并减少了组件成本。所有这些成本缩减聚合起来极大地补偿了泵马达的ASD的额外成本。
根据优选实施例的另一特征，注射单元的加热组合件的至少一个加热器41通过一反相器连接到共用DC链路32，所述反相器供应并调节到达所述加热器的电功率以控制其相关加热区的温度。这提供了一重新使用在共同连接的电驱动致动的制动或减速期间再生的能量的方法。
根据本发明的有利特征包含--再生地控制复数个机器驱动器和配置有所述驱动器的注射模制机的装置；--电驱动配置，其控制来自连接的原动机的再生能量以通过将再生能量从一些器件转到需要能量的其它器件而使废弃能量耗散最少；--可容易地使用以下各项来具体实施优选实施例--至少一个液压轴致动器--至少一个电轴致动器--共用DC链路
--机器控制器--快速作用双向通信链路，例如现场总线--控制算法--至少一个液压泵和蓄能器，其中所述泵可为固定排量和可变排量之一。蓄能器器件也可包含加热器、飞轮、机械势能蓄能器、电池、电容器、燃料电池等中的一者或一者以上--至少一个液压泵马达，其中所述马达可为感应马达、SRM和PMSM之一--至少一个马达驱动器，其中驱动方法可为具有恒定电压频率V/Hz比的标量频率；直接、间接或无传感器FOC；直接、间接或无传感器DTC之一。
4.结论因此，已描述一种用于耦合模制机结构以提供经济且有效的构件来实现注射模制系统的所需的较高能量效率的方法和装置。
附图中以略图展示或以方框指示的个别组件在注射模制技术中均是众所周知的，且其特定构造和操作对于执行本发明的操作或最佳模式并不重要。
虽然已参照当前被认为是优选实施例的那些实施例描述本发明，但应了解，本发明不限于所揭示的实施例。相反，本发明希望涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效配置。所附权利要求书的范围应符合最广义的解释以便涵盖所有这些修改以及等效结构和功能。
权利要求
1.一种注射模制机能量管理控制装置，其用于控制以下各项中的至少一者(i)一第一电驱动原动机，其经配置以驱动至少一第一模制机器件，和(ii)一第二电驱动原动机，其经配置以驱动至少一第二模制机器件，所述控制装置包括一共用DC链路，其经配置以将DC能量提供到所述第一电驱动原动机并提供到所述第二电驱动原动机；一从轴，其经配置以将能量供应到所述共用DC链路并从所述共用DC链路吸收能量；和一机器控制器，其经配置以(i)与所述第一电驱动原动机、所述第二电驱动原动机、所述共用DC链路和所述从轴通信，(ii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴将能量供应到所述共用DC链路，且(iii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴从所述共用DC链路吸收能量。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括一高速双向通信现场总线，所述高速双向通信现场总线经配置以提供所述机器控制器与所述第一电驱动原动机、所述第二电驱动原动机、所述共用DC链路和所述从轴之间的通信。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述机器控制器响应来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的所述输入，实时产生命令信号以促使所述从轴将能量供应到所述共用DC链路并从所述共用DC链路吸收能量。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括一转矩控制器，所述转矩控制器经配置以(i)以一正常速度控制模式和一DC链路电压控制模式控制所述从轴，且(ii)在所述两种控制模式之间以一平滑转换方式切换。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括经配置以驱动一液压抽吸组合件的所述第一电驱动原动机，且其中所述机器控制器经配置以调节所述液压抽吸组合件的一液压流体供应的一流动速率和一压力。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其进一步包括经配置以驱动一电驱动致动器的所述第二电驱动原动机，且其中所述机器控制器经配置以调节供应到所述致动器的电流和电压。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括蓄能结构，所述蓄能结构经配置以将能量供应到所述共用DC链路并从所述共用DC链路吸收能量。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其中所述蓄能器结构包括一电能蓄积器件。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其中所述电能蓄积器件包括一电容器。
10.根据权利要求7所述的控制装置，其中所述蓄能结构包括机械能蓄积器件。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其中所述机械能蓄积器件包括一飞轮。
12.根据权利要求7所述的控制装置，其中所述蓄能结构包括一液压能蓄积器件，其经配置以通过接收和释放液压流体来存储和释放能量。
13.根据权利要求12所述的控制装置，其进一步包括一固定排量泵，所述固定排量泵经配置以将液压流体供应到所述液压能蓄积器件。
14.根据权利要求12所述的控制装置，其进一步包括一可变排量泵，所述可变排量泵经配置以将液压流体供应到所述液压能蓄积器件。
15.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括一第一反相器，其经配置以将AC功率提供到所述第一电驱动原动机；和一第二反相器，其经配置以将AC功率提供到所述第二电驱动原动机；其中所述共用DC链路经配置以将DC能量提供到所述第一和第二反相器。
16.根据权利要求11所述的控制装置，其进一步包括一第一驱动控制器，其经配置以将可调速驱动提供到所述第一电驱动原动机；和一第二驱动控制器，其经配置以将可调速驱动提供到所述第二电驱动原动机；其中所述机器控制器经配置以控制所述第一和第二驱动控制器。
17.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括所述第一电驱动原动机，且其中所述第一电驱动原动机包括一感应马达。
18.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括所述第一电驱动原动机，且其中所述第一电驱动原动机包括一永磁同步马达。
19.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括所述第一电驱动原动机，且其中所述第一电驱动原动机包括一开关磁阻马达。
20.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括所述第一电驱动原动机，且其中所述第一电驱动原动机包括一可调速驱动器，且其中所述机器控制器以现场定向控制来控制所述可调速驱动器。
21.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括所述第一电驱动原动机，且其中所述第一电驱动原动机包括一可调速驱动器，且其中所述机器控制器以直接转矩控制来控制所述可调速驱动器。
22.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括传感器结构，所述传感器结构经配置以感测所述第一电驱动原动机的一转子位置，并将所述感测到的转子位置提供到所述机器控制器。
23.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括估计结构，所述估计结构经配置以估计所述第一电驱动原动机的一转子位置，并将所述估计的转子位置提供到所述机器控制器。
24.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括一加热器，其经配置以从所述共用DC链路吸收能量；和一反相器，其由所述机器控制器控制，且经配置以调节所述加热器的电功率来控制一相应加热区的温度。
25.一种注射模制系统控制装置，其包括一第一电驱动原动机，其经配置以驱动至少一第一模制机器件；一第二电驱动原动机，其经配置以驱动至少一第二模制机器件；一共用DC链路，其经配置以将DC能量提供到所述第一电驱动原动机并提供到所述第二电驱动原动机；一从轴，其经配置以将能量供应到所述共用DC链路并从所述共用DC链路吸收能量；和一机器控制器，其经配置以(i)与所述第一电驱动原动机、所述第二电驱动原动机、所述共用DC链路和所述从轴通信，(ii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴将能量供应到所述共用DC链路，且(iii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴从所述共用DC链路吸收能量。
26.根据权利要求25所述的控制装置，其进一步包括一高速双向通信现场总线，所述高速双向通信现场总线经配置以提供所述机器控制器与所述第一电驱动原动机、所述第二电驱动原动机、所述共用DC链路和所述从轴之间的通信。
27.根据权利要求25所述的控制装置，其中所述机器控制器响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的所述输入，实时产生命令信号以促使所述从轴将能量供应到所述共用DC链路并从所述共用DC链路吸收能量。
28.根据权利要求25所述的控制装置，其进一步包括一转矩控制器，所述转矩控制器经配置以(i)以一正常速度控制模式和一DC链路电压控制模式控制所述从轴，且(ii)在所述两种控制模式之间以一平滑转换方式切换。
29.根据权利要求25所述的控制装置，其中所述第一电驱动原动机经配置以驱动一液压抽吸组合件，且其中所述机器控制器经配置以调节所述液压抽吸组合件的一液压流体供应的一流动速率和一压力。
30.根据权利要求25所述的控制装置，其进一步包括蓄能结构，所述蓄能结构经配置以将能量供应到所述共用DC链路并从所述共用DC链路吸收能量。
31.根据权利要求30所述的控制装置，其中所述蓄能结构包括一电能蓄积器件。
32.根据权利要求31所述的控制装置，其中所述电能蓄积器件包括一电容器。
33.根据权利要求30所述的控制装置，其中所述蓄能结构包括机械能蓄积器件。
34.根据权利要求33所述的控制装置，其中所述机械能蓄积器件包括一飞轮。
35.根据权利要求30所述的控制装置，其中所述蓄能结构包括一液压能蓄积器件，所述液压能蓄积器件经配置以通过接收和释放液压流体来存储和释放能量。
36.根据权利要求35所述的控制装置，其进一步包括一固定排量泵，所述固定排量泵经配置以将液压流体供应到所述液压能蓄积器件。
37.根据权利要求35所述的控制装置，其进一步包括一可变排量泵，所述可变排量泵经配置以将液压流体供应到所述液压能蓄积器件。
38.根据权利要求25所述的控制装置，其进一步包括一第一反相器，其经配置以将AC功率提供到所述第一电驱动原动机；和一第二反相器，其经配置以将AC功率提供到所述第二电驱动原动机；其中所述共用DC链路经配置以将DC能量提供到所述第一和第二反相器。
39.根据权利要求38所述的控制装置，其进一步包括一第一驱动控制器，其经配置以将可调速驱动提供到所述第一电驱动原动机；和一第二驱动控制器，其经配置以将可调速驱动提供到所述第二电驱动原动机；其中所述机器控制器经配置以控制所述第一和第二驱动控制器。
40.根据权利要求25所述的控制装置，其中所述第一电驱动原动机包括一感应马达。
41.根据权利要求25所述的控制装置，其中所述第一电驱动原动机包括一永磁同步马达。
42.根据权利要求25所述的控制装置，其中所述第一电驱动原动机包括一开关磁阻马达。
43.根据权利要求25所述的控制装置，其中所述第一电驱动原动机包括一可调速驱动器，且其中所述机器控制器以现场定向控制来控制所述可调速驱动器。
44.根据权利要求25所述的控制装置，其中所述第一电驱动原动机包括一可调速驱动器，且其中所述机器控制器以直接转矩控制来控制所述可调速驱动器。
45.根据权利要求25所述的控制装置，其进一步包括传感器结构，所述传感器结构感测所述第一电驱动原动机的一转子位置，并将所述感测到的转子位置提供到所述机器控制器。
46.根据权利要求25所述的控制装置，其进一步包括估计结构，所述估计结构估计所述第一电驱动原动机的一转子位置，并将所述估计的转子位置提供到所述机器控制器。
47.根据权利要求25所述的控制装置，其进一步包括一加热器，其经配置以从所述共用DC链路吸收能量；和一反相器，其由所述机器控制器控制，且经配置以调节所述加热器的电功率来控制一相应加热区的温度。
48.一种注射模制系统控制装置，其包括一第一电驱动原动机，其经配置以驱动一液压模制机器件；一第二电驱动原动机，其经配置以驱动至少另一模制机器件；一共用DC链路，其经配置以将DC能量提供到所述第一电驱动原动机并提供到所述第二电驱动原动机；一从轴，其经配置以将能量供应到所述共用DC链路并从所述共用DC链路吸收能量；一机器控制器，其经配置以(i)与所述第一电驱动原动机、所述第二电驱动原动机、所述共用DC链路和所述从轴通信，(ii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴将能量供应到所述共用DC链路，且(iii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴从所述共用DC链路吸收能量；和一液压能蓄积结构，其耦合到所述第一电驱动原动机，且经配置以通过接收和释放液压流体来存储和释放能量。
49.一种注射模制系统控制装置，其包括一第一电驱动原动机，其经配置以驱动一机械模制机器件；一第二电驱动原动机，其经配置以驱动至少另一模制机器件；一共用DC链路，其经配置以将DC能量提供到所述第一电驱动原动机并提供到所述第二电驱动原动机；一从轴，其经配置以将能量供应到所述共用DC链路并从所述共用DC链路吸收能量；一机器控制器，其经配置以(i)与所述第一电驱动原动机、所述第二电驱动原动机、所述共用DC链路和所述从轴通信，(ii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴将能量供应到所述共用DC链路，且(iii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴从所述共用DC链路吸收能量；和一飞轮，其耦合到所述第一电驱动原动机，且经配置以通过所述飞轮的运动来存储和释放能量。
50.一种用于一模制机的能量管理装置，所述模制机具有(i)一第一马达，其经配置以驱动一第一模制机器件，和(ii)一第二马达，其经配置以驱动一第二模制机器件，所述装置包括一电链路，其耦合到所述第一马达并耦合到所述第二马达；能量存储结构，其经配置以(i)存储来自所述第一马达和所述第二马达的至少一者的过剩能量，且(ii)将存储的过剩能量提供到所述第一模制机器件和所述第二模制机器件的至少一者；和处理结构，其经配置以促使(i)将来自所述第一马达的过剩能量存储在所述能量存储结构中，且(ii)使用存储在所述能量存储结构中的过剩能量来驱动至少所述第一模制机器件。
51.根据权利要求50所述的装置，其中所述处理结构促使存储在所述能量存储结构中的过剩能量通过所述电链路传输到所述第二马达。
52.根据权利要求51所述的装置，其中所述能量存储器件包括一耦合到所述第一马达的飞轮，且其中存储在所述飞轮中的过剩能量促使所述第一马达产生被提供到所述电链路的过剩的电。
53.根据权利要求50所述的装置，其中所述第一模制机器件包括一液压器件，且其中所述能量存储器件包括一经配置以存储过剩能量作为一较大液压的液压蓄能器，且其中所述较大液压用于驱动所述液压器件。
54.根据权利要求50所述的装置，其中所述处理结构促使通过所述电链路将所述第一马达产生的过剩能量供应到所述第二马达。
55.根据权利要求55所述的装置，其中所述处理结构促使将所述第一和第二马达使用的能量平衡在其各自最低负载需求。
56.一种注射模制机，其包括一模；一模夹具，其具有一模夹具致动器；一模螺杆，其具有一模螺杆致动器；一电链路，其耦合所述模夹具致动器与所述模螺杆致动器；一蓄能器，其耦合到所述模夹具致动器和所述模螺杆致动器的至少一者；和能量管理处理结构，其经配置以促使(i)将来自所述模夹具致动器和所述模螺杆致动器的至少一者的过剩能量存储在所述蓄能器中，且(ii)将存储在所述蓄能器中的能量提供到所述模夹具致动器和所述模螺杆致动器的至少一者。
57.根据权利要求56所述的注射模制机，其中所述能量管理结构促使通过所述电链路传输所述存储的过剩能量。
58.根据权利要求56所述的注射模制机，其中所述电链路包括一DC链路，且所述注射模制机进一步包括一耦合到所述模夹具致动器的第一反相器，和一耦合到所述模螺杆致动器的第二反相器。
59.一种用于管理一模制机中的能量的方法，所述模制机具有一用于驱动一第一模制器件的第一致动器和一用于驱动一第二模制器件的第二驱动器，所述方法包括以下步骤从所述第一致动器接收一对应于所述第一致动器的能量状态的输入信号；从所述第二致动器接收一对应于所述第二致动器的能量状态的输入信号；基于所述接收到的输入信号，计算所述第一致动器和所述第二致动器的任一者的一过剩能量状况；基于所述接收到的输入信号，计算所述第一致动器和所述第二致动器的任一者的一不足能量状况；基于所述计算，将来自所述第一致动器和所述第二致动器的至少一者的过剩能量提供到一蓄能器件；和基于所述计算，将来自所述蓄能器件的过剩能量提供到所述第一致动器和所述第二致动器的至少一者。
60.根据权利要求59所述的方法，其中所述提供来自所述蓄能器件的过剩能量的步骤包含通过一DC链路将所述过剩能量提供到所述第一致动器和所述第二致动器的至少一者的步骤。
61.根据权利要求59所述的方法，其中所述将过剩能量提供到所述蓄能器件的步骤包含将所述过剩能量提供到一液压蓄能器的步骤。
62.根据权利要求59所述的方法，其中所述将过剩能量提供到所述蓄能器件的步骤包含将所述过剩能量提供到一液压蓄能器的步骤。
63.根据权利要求59所述的方法，其中所述将过剩能量提供到所述蓄能器件的步骤包含将所述过剩能量提供到飞轮的步骤。
64.一种包含指令的计算机可读媒体，所述指令在一具有(i)一用于驱动一第一模制器件的第一致动器和(ii)一用于驱动一第二模制器件的第二致动器的模制机中促使一处理结构执行以下步骤从所述第一致动器接收一对应于所述第一致动器的能量状态的输入信号；从所述第二致动器接收一对应于所述第二致动器的能量状态的输入信号；基于所述接收到的输入信号，计算所述第一致动器和所述第二致动器的任一者的一过剩能量状况；基于所述接收到的输入信号，计算所述第一致动器和所述第二致动器的任一者的一不足能量状况；基于所述计算，促使将来自所述第一致动器和所述第二致动器的至少一者的过剩能量提供到一蓄能器件；且基于所述计算，促使将来自所述蓄能器件的过剩能量提供到所述第一致动器和所述第二致动器的至少一者。
全文摘要
本发明涉及一种用于一模制机的能量管理控制装置，所述模制机包含一第一电驱动原动机，其经配置以驱动至少一个第一模制机器件；和一第二电驱动原动机，其经配置以驱动至少一个第二模制机器件，所述能量管理控制装置包含一共用DC链路，其经配置以将DC能量提供到所述第一电驱动原动机并提供到所述第二电驱动原动机。一从轴经配置以将能量供应到所述共用DC链路并从所述共用DC链路吸收能量。一机器控制器经配置以(i)与所述第一电驱动原动机、所述第二电驱动原动机、所述共用DC链路和所述从轴通信；(ii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴将能量供应到所述共用DC链路；且(iii)响应于来自所述第一电驱动原动机和所述第二电驱动原动机的至少一者的输入，促使所述从轴从所述共用DC链路吸收能量。
文档编号B29C45/76GK1953861SQ200580015907
公开日2007年4月25日 申请日期2005年4月15日 优先权日2004年5月18日
发明者克里斯托弗·蔡伟明 申请人:赫斯基注射器成型系统有限公司