專利名稱：電流反饋型步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本揭示的實(shí)施例涉及能驅(qū)動(dòng)和控制步進(jìn)馬達(dá)的一種系統(tǒng)，例如用在商用冷卻器系統(tǒng)中的步進(jìn)馬達(dá)類型。更特別地，該披露實(shí)施例涉及例如用商用冷卻器系統(tǒng)中的電流反饋來(lái)修改和限制步進(jìn)馬達(dá)的特性參數(shù)，例如轉(zhuǎn)速，加速率，扭矩，及施加的驅(qū)動(dòng)力。
在運(yùn)行轉(zhuǎn)速的正常范圍內(nèi)，例如用于驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)導(dǎo)向葉片的步進(jìn)馬達(dá)能夠產(chǎn)生不同的最大扭矩。在較高轉(zhuǎn)速時(shí)，扭矩能力較小。由導(dǎo)向葉片施加在步進(jìn)馬達(dá)上的驅(qū)動(dòng)力需要(force requirement)是變化的并取決于下例因素葉片的位置，冷卻器的運(yùn)行狀態(tài)，以及步進(jìn)馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)元件的老化程度(由磨損引起驅(qū)動(dòng)力隨時(shí)間增加。人們希望按照驅(qū)動(dòng)力要求的限制，盡可能快地轉(zhuǎn)動(dòng)葉片。
需要足夠的驅(qū)動(dòng)力以加速或減速步進(jìn)馬達(dá)和附加聯(lián)接及導(dǎo)向葉片。通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)力參數(shù)能夠檢測(cè)的其他現(xiàn)象包括馬達(dá)失速(當(dāng)超過(guò)驅(qū)動(dòng)能力時(shí)，例如在運(yùn)行結(jié)束時(shí))和壓縮機(jī)喘振。
先前，單獨(dú)的控制器匹配于指定步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的特殊應(yīng)用。不同的冷卻器具有作為葉片位置函數(shù)的不同驅(qū)動(dòng)力需要，因此，為了保證充分地控制所有系統(tǒng)，已經(jīng)使用了最大的限制性條件。新的應(yīng)用可需要新的軟件或新的配置。必需分析地和經(jīng)驗(yàn)性地確定每個(gè)新應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)力需要。
轉(zhuǎn)讓給Newton的美國(guó)專利3355906，(to Newton)示出預(yù)旋轉(zhuǎn)葉片22，它們的位置是由溫度響應(yīng)控制器24改變的。轉(zhuǎn)讓給Lund的美國(guó)專利號(hào)4084120(to Lund)識(shí)別位置反饋用于監(jiān)視葉片位置；及零電壓交叉開關(guān)或定時(shí)信號(hào)產(chǎn)生裝置25顯然延遲它的輸出信號(hào)，以使它與來(lái)自線圈的電感負(fù)載的固有延遲同步。轉(zhuǎn)讓給Sutou等人的美國(guó)專利4604036(to Sutou et al.)包括扭矩控制裝置，在該扭矩控制裝置中，制冷循環(huán)中的負(fù)載扭矩是由位置檢測(cè)器和溫度檢測(cè)器檢測(cè)的。轉(zhuǎn)讓給Haley等人的美國(guó)專利4686834(to Haley et al.)示出葉片定位裝置26，用于打開或關(guān)閉進(jìn)口導(dǎo)葉20。轉(zhuǎn)讓給Lee的美國(guó)專利4694390(to Lee)包括馬達(dá)操作閥22，包括能驅(qū)動(dòng)蝸桿軸52的雙向馬達(dá)24。轉(zhuǎn)讓給Eber的美國(guó)專利5417083(to Eber)示出由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電子膨脹閥。含有本發(fā)明的通常轉(zhuǎn)讓給Eber的美國(guó)專利5417083和通常轉(zhuǎn)讓給Haley等人的美國(guó)專利4686834(to Haley et al.)，并因此并入作為有關(guān)進(jìn)口導(dǎo)向葉片和步進(jìn)馬達(dá)的背景材料引用。
希望有一種手段，能間接地檢測(cè)和適應(yīng)性地限制及控制步進(jìn)馬達(dá)的特性參數(shù)，以使系統(tǒng)效率達(dá)到最大，并防止步進(jìn)馬達(dá)的失速。
發(fā)明概述披露實(shí)施例的一個(gè)方面是一種能控制步進(jìn)馬達(dá)的系統(tǒng)，該步進(jìn)馬達(dá)能驅(qū)動(dòng)例如商用冷卻器系統(tǒng)導(dǎo)向葉片的一個(gè)負(fù)載。步進(jìn)馬達(dá)通常將一系列的功率脈沖轉(zhuǎn)換為一系列相應(yīng)的等角轉(zhuǎn)動(dòng)。這些脈沖能由一個(gè)系統(tǒng)按某一可變速率傳遞給步進(jìn)馬達(dá)。這允許步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)子的精確定位。當(dāng)步進(jìn)馬達(dá)經(jīng)過(guò)聯(lián)接機(jī)構(gòu)連接到例如導(dǎo)向葉片的一個(gè)負(fù)載時(shí)，能夠產(chǎn)生扭矩，將驅(qū)動(dòng)力施加到該負(fù)載上進(jìn)行做功。就導(dǎo)向葉片來(lái)說(shuō)，做功例如是使導(dǎo)向葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)新的位置。
提供一種裝置，用一個(gè)系統(tǒng)通過(guò)提供驅(qū)動(dòng)電流的反饋，適應(yīng)性地限制和控制步進(jìn)馬達(dá)，該驅(qū)動(dòng)電流隨步進(jìn)馬達(dá)的需要而變化?！跋拗坪涂刂啤毖b置按所需的方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)，以產(chǎn)生步進(jìn)馬達(dá)上的扭矩及負(fù)載上的驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而達(dá)到該負(fù)載上所需的效果，這樣，不會(huì)超過(guò)預(yù)定特性參數(shù)的限制值。這種裝置包括電流檢測(cè)器，監(jiān)視到驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電流，并給數(shù)字處理器提供一個(gè)表示驅(qū)動(dòng)電流的數(shù)字反饋信號(hào)，用于間接地檢測(cè)特性參數(shù)的目的。數(shù)字處理器給驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)產(chǎn)生控制信號(hào)，以響應(yīng)數(shù)字反饋信號(hào)和軟件算法，這樣達(dá)到適應(yīng)性功能。
該披露實(shí)施例的另一方面是該系統(tǒng)和商用冷卻器系統(tǒng)的其他裝置之間的串行數(shù)字接口。該系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字處理器能經(jīng)過(guò)這個(gè)接口與這些其他裝置進(jìn)行通信和合作，以控制該冷卻器。
提供一種方法，用于通過(guò)提供驅(qū)動(dòng)電流的反饋，適應(yīng)性地限制和控制步進(jìn)馬達(dá)，該驅(qū)動(dòng)電流隨步進(jìn)馬達(dá)的需要(demand)而變化?！跋拗坪涂刂啤毖b置按所需的方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)，以產(chǎn)生步進(jìn)馬達(dá)上的扭矩及負(fù)載上的驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而達(dá)到該負(fù)載上所需的效果，這樣，不會(huì)超過(guò)預(yù)定特性參數(shù)的限制值。這種方法包括監(jiān)視驅(qū)動(dòng)電流及提供表示驅(qū)動(dòng)電流的一個(gè)數(shù)字反饋信號(hào)，以間接地檢測(cè)特性參數(shù)。產(chǎn)生控制信號(hào)，以響應(yīng)該數(shù)字反饋信號(hào)和軟件算法，這樣達(dá)到適應(yīng)性功能。
披露實(shí)施例的另一方面是能在該系統(tǒng)和商用冷卻器系統(tǒng)的其他裝置之間進(jìn)行通信的一種方法。該系統(tǒng)能與這些其他裝置進(jìn)行通信和合作，以控制該冷卻器。
本發(fā)明的又一方面是經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接控制步進(jìn)馬達(dá)定位一個(gè)負(fù)載的一種方法，包括步驟檢測(cè)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)的電流；確定作為測(cè)量電流函數(shù)的機(jī)械聯(lián)接上的驅(qū)動(dòng)力測(cè)量；及控制作為確定驅(qū)動(dòng)力函數(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的又一方面是經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接控制步進(jìn)馬達(dá)定位一個(gè)負(fù)載的一種方法，包括步驟測(cè)量驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)的電流；確定作為測(cè)量電流函數(shù)的步進(jìn)馬達(dá)的加速度；及控制作為確定加速度函數(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的更深一方面是經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接控制步進(jìn)馬達(dá)定位一個(gè)負(fù)載的一種方法。該方法包括步驟測(cè)量驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)的電流；確定作為測(cè)量電流函數(shù)的機(jī)械聯(lián)接上的驅(qū)動(dòng)力測(cè)量；確定作為測(cè)量電流函數(shù)的步進(jìn)馬達(dá)的加速度；及控制作為確定驅(qū)動(dòng)力或加速度函數(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的另外一方面是經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接控制步進(jìn)馬達(dá)定位一個(gè)負(fù)載的一種裝置。該裝置包括測(cè)量驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)電流的硬件和軟件；確定作為測(cè)量電流函數(shù)的機(jī)械聯(lián)接上驅(qū)動(dòng)力測(cè)量的硬件和軟件；及控制作為確定驅(qū)動(dòng)力函數(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速的硬件和軟件。
本發(fā)明的另一方面是經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接控制步進(jìn)馬達(dá)定位一個(gè)負(fù)載的一種裝置。該裝置包括測(cè)量驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)電流的硬件和軟件；確定作為測(cè)量電流函數(shù)的步進(jìn)馬達(dá)加速度的硬件和軟件；及控制作為確定加速度函數(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速的硬件和軟件。
本發(fā)明的又更深一方面是經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接控制步進(jìn)馬達(dá)定位一個(gè)負(fù)載的一種裝置。該裝置包括傳感器，運(yùn)行地連接到步進(jìn)馬達(dá)并測(cè)量驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)的電流；控制器，運(yùn)行地連接到傳感器并確定作為測(cè)量電流函數(shù)的機(jī)械聯(lián)接上的驅(qū)動(dòng)力，或作為測(cè)量電流函數(shù)的步進(jìn)馬達(dá)加速度的至少一次測(cè)量；及控制器，控制作為確定驅(qū)動(dòng)力或加速度函數(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速。
通過(guò)使用上述技術(shù)，達(dá)到間接檢測(cè)和適應(yīng)性限制及控制步進(jìn)馬達(dá)的特性參數(shù)，以使系統(tǒng)效率達(dá)到最高并防止步進(jìn)馬達(dá)的失速。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是某一系統(tǒng)的原理框圖，該系統(tǒng)能用數(shù)字反饋信號(hào)驅(qū)動(dòng)和控制步進(jìn)馬達(dá)。
發(fā)明詳述一個(gè)實(shí)施例的功能是允許一種裝置和一種方法使用電流汲取作為一個(gè)數(shù)字反饋信號(hào)，適應(yīng)性地驅(qū)動(dòng)和控制商用冷卻器系統(tǒng)中的步進(jìn)馬達(dá)。由此實(shí)現(xiàn)間接地檢測(cè)例如驅(qū)動(dòng)力參數(shù)，加速率，及失速狀態(tài)的特性參數(shù)和狀態(tài)。該系統(tǒng)反應(yīng)這些特性參數(shù)和狀態(tài)，以適應(yīng)性地限制和控制步進(jìn)馬達(dá)。通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)電流并依據(jù)所檢測(cè)的電流和軟件算法產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能，系統(tǒng)電流隨步進(jìn)馬達(dá)的需要而變化。
圖1是按照該披露實(shí)施例制作的系統(tǒng)10的原理框圖。系統(tǒng)10包括電源20，驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)30，電流檢測(cè)器40，及數(shù)字處理器50。這個(gè)系統(tǒng)10電子地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)60，該步進(jìn)馬達(dá)60機(jī)械地驅(qū)動(dòng)負(fù)載70。
參考圖1，系統(tǒng)10的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)30通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口80電連接到步進(jìn)馬達(dá)60。步進(jìn)馬達(dá)60通過(guò)聯(lián)接接口90機(jī)械地連接到負(fù)載70。電源20經(jīng)總線24從穩(wěn)壓電源22接收電力。電源20通過(guò)電力接口100電連接到驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)30和數(shù)字處理器50。電流檢測(cè)器40在反饋輸入110電連接到電力接口100。數(shù)字處理器50經(jīng)反饋接口120電連接到電流檢測(cè)器40。數(shù)字處理器50經(jīng)控制信號(hào)接口130電連接到驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)30。數(shù)字處理器50經(jīng)數(shù)字串行接口150電連接到其他裝置140。在該較佳實(shí)施例中，裝置140可以包括CH.530TM控制器，用于控制CenTraVac離心式冷卻器。CH.530TM控制器是由La Crosse，Wisconsin銷售的。
工作時(shí)，電流檢測(cè)器40經(jīng)過(guò)反饋輸入110采樣驅(qū)動(dòng)電流，測(cè)量施加到驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)30的驅(qū)動(dòng)電流。這個(gè)測(cè)量的驅(qū)動(dòng)電流按由電流檢測(cè)器40產(chǎn)生的數(shù)字反饋信號(hào)格式越過(guò)反饋接口120提供給數(shù)字處理器50。在該披露實(shí)施例中，電流檢測(cè)器40是一種簡(jiǎn)單的電流傳感器，包括一個(gè)電阻和一個(gè)差分放大器，并將一個(gè)模擬信號(hào)輸出到數(shù)字處理器50(并輸出到處理器50內(nèi)的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器)，該模擬信號(hào)表示測(cè)量的驅(qū)動(dòng)電流。該測(cè)量的驅(qū)動(dòng)電流是施加到聯(lián)接接口90的驅(qū)動(dòng)力的間接指示器，并且也是加速步進(jìn)馬達(dá)60內(nèi)的轉(zhuǎn)子所需做功的間接指示器，該步進(jìn)馬達(dá)連接到聯(lián)接接口90。由控制器驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)速率確定馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。該電流按負(fù)載所需增大。依據(jù)馬達(dá)和負(fù)載的慣性，轉(zhuǎn)速的增大可以表示更多的電流量。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流增大時(shí)，由于由馬達(dá)60產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力和扭矩，要做更多的功。
數(shù)字處理器50讀入數(shù)字反饋信號(hào)，并應(yīng)用一個(gè)軟件算法以產(chǎn)生控制信號(hào)。這些控制信號(hào)越過(guò)控制信號(hào)接口130傳送給驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)30。驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)30將這些控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)越過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)接口80驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)60。由于步進(jìn)馬達(dá)60被驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電流傾向于依據(jù)與步進(jìn)馬達(dá)60，聯(lián)接接口90，及負(fù)載70相關(guān)的變化的驅(qū)動(dòng)力和加速度而變化。這些驅(qū)動(dòng)電流的變化是由電流檢測(cè)器40檢測(cè)的，并越過(guò)反饋接口120提供給數(shù)字處理器50，作為新的數(shù)字反饋信號(hào)。然后，數(shù)字處理器50依據(jù)這個(gè)新的數(shù)字反饋信號(hào)產(chǎn)生新的控制信號(hào)。因此，驅(qū)動(dòng)和控制步進(jìn)馬達(dá)的方法是適應(yīng)性的。由數(shù)字處理器50應(yīng)用的軟件算法使用該數(shù)字反饋信號(hào)信息，以檢測(cè)和適應(yīng)性地控制和限制步進(jìn)馬達(dá)60及相關(guān)的聯(lián)接接口90和負(fù)載70的各種特性參數(shù)。能直接控制和修改(adapt)的特性參數(shù)是馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。這轉(zhuǎn)速確定扭矩。依據(jù)驅(qū)動(dòng)電流是否高于或低于某一預(yù)定目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流，控制馬達(dá)60的轉(zhuǎn)速，以使它逐漸地加速和減速。依據(jù)馬達(dá)60是怎樣驅(qū)動(dòng)的，可以預(yù)言由驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)30從電源20吸取的驅(qū)動(dòng)電流量。因此，能夠預(yù)定目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流。
在披露實(shí)施例中，軟件算法響應(yīng)于數(shù)字反饋信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)幾種功能。首先，該算法檢測(cè)步進(jìn)馬達(dá)60的某些狀態(tài)。特別地，該算法依據(jù)數(shù)字反饋信號(hào)，間接地檢測(cè)由步進(jìn)馬達(dá)60施加給聯(lián)接接口90和負(fù)載70的驅(qū)動(dòng)力及驅(qū)動(dòng)力的變化(加速率)。
第二，該算法產(chǎn)生控制信號(hào)，以控制步進(jìn)馬達(dá)60，相關(guān)的聯(lián)接接口90和負(fù)載70的某些特性參數(shù)。特別地，該算法產(chǎn)生能改變步進(jìn)馬達(dá)60的轉(zhuǎn)速和扭矩的控制信號(hào)，例如防止產(chǎn)生失速狀態(tài)，這些控制信號(hào)如應(yīng)用中所需的。一般希望能防止失速狀態(tài)，并允許馬達(dá)60轉(zhuǎn)動(dòng)的盡可能地快。然而，馬達(dá)60的轉(zhuǎn)速必需足夠地慢，以使驅(qū)動(dòng)電流電平足夠地大，以提供所需的扭矩。數(shù)字反饋信號(hào)允許達(dá)到所需扭矩和高轉(zhuǎn)速之間的這種平衡。
第三，該算法限制某些特性參數(shù)。特別地，該算法產(chǎn)生控制信號(hào)，能限制馬達(dá)60的加速率并將提供給步進(jìn)馬達(dá)60的驅(qū)動(dòng)電流限制到預(yù)定限值。因?yàn)殡娫磧H能提供某一最大驅(qū)動(dòng)電流，必需限制該驅(qū)動(dòng)電流。同樣，可以限制驅(qū)動(dòng)電流，以防止在系統(tǒng)10內(nèi)積累過(guò)度的熱量。在某些狀態(tài)下，該算法也能限制經(jīng)過(guò)聯(lián)接接口90施加給負(fù)載的驅(qū)動(dòng)力(force)。
最后，該系統(tǒng)能經(jīng)過(guò)外部串行數(shù)字接口150與商用冷卻器系統(tǒng)的其他裝置140進(jìn)行通信。步進(jìn)馬達(dá)的位置命令和狀態(tài)可進(jìn)行通信。例如，能夠報(bào)告步進(jìn)馬達(dá)60的一個(gè)檢測(cè)的失速狀態(tài)。較佳地，接口150和總線24是單連接(singleconnection)，但技術(shù)熟練人員將認(rèn)識(shí)到它們可以實(shí)現(xiàn)為分離連接(separateconnections)。
已經(jīng)描述的是控制步進(jìn)馬達(dá)的一種方法，在這種方法中，電壓可以調(diào)節(jié)，且電流可假定為與電力直接成正比，因此允許假定驅(qū)動(dòng)力與電力(power)成正比。驅(qū)動(dòng)力即可以是步進(jìn)馬達(dá)或執(zhí)行器的負(fù)載，也可以是步進(jìn)馬達(dá)或執(zhí)行器的加速度。
當(dāng)連同一個(gè)實(shí)施例描述本發(fā)明時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明不限制于那個(gè)實(shí)施例。正相反，本發(fā)明覆蓋附加權(quán)利要求的精神和范疇內(nèi)的所有替代，修改，及等效例如，某些可能的替代可以包括下面描述的。數(shù)字處理器可以與該系統(tǒng)分開，并經(jīng)外部接口通信，以實(shí)現(xiàn)相同的功能。
作為另一個(gè)替代，不同于上面描述的其他信息可以在該系統(tǒng)和商用冷卻器系統(tǒng)的其他裝置之間進(jìn)行通信。
作為又一個(gè)替代，應(yīng)變儀或其他傳感器可以用于測(cè)量步進(jìn)馬達(dá)的聯(lián)接接口上的驅(qū)動(dòng)力。讀取傳感器的電子儀器可以包含在該系統(tǒng)內(nèi)，或可以外部的，并通過(guò)在這兩者之間外部接口進(jìn)行通信。驅(qū)動(dòng)力測(cè)量可從該系統(tǒng)或一個(gè)分立裝置進(jìn)行通信?？刂铺幚砜稍谠撓到y(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生或可以由執(zhí)行測(cè)量的分立裝置進(jìn)行，或由例如控制網(wǎng)絡(luò)中的主數(shù)字處理器的其他分立裝置進(jìn)行。
作為又一個(gè)替代，由數(shù)字處理器執(zhí)行的軟件算法實(shí)際上是在不同時(shí)間(various times)用的多種算法。
作為又一個(gè)替代，各種系統(tǒng)元件可以按不同方式組合而成。例如，數(shù)字處理器50可以是驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)30的一部分，如同可以是電流檢測(cè)器40，或處理器50中的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器可以位于系統(tǒng)10的外部。另外，電源20可以位于系統(tǒng)10的外部。同樣，其他傳統(tǒng)的電流檢測(cè)器能用于代替這兒描述的電流檢測(cè)器40。此外，該較佳實(shí)施例使用電壓調(diào)節(jié)總線，并能假定電力是與電流成正比，因?yàn)殡妷菏呛愣ǖ摹Ｈ绻妷翰豢烧{(diào)節(jié)的(即，常數(shù)或已知的)應(yīng)當(dāng)測(cè)量該電壓，并然后從計(jì)劃的電流和電壓中計(jì)算電力。
此外，步進(jìn)馬達(dá)的應(yīng)用可以從較佳實(shí)施例描述的商用冷卻器系統(tǒng)改變到能使用步進(jìn)馬達(dá)的其他應(yīng)用中。
權(quán)利要求
1.一種在驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)的系統(tǒng)中，用于檢測(cè)和適應(yīng)性限制及調(diào)整所述步進(jìn)馬達(dá)的特性參數(shù)和狀態(tài)的裝置，其特征在于，包括驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，響應(yīng)于控制信號(hào)，用于將電力傳送給所述步進(jìn)馬達(dá)；電源，向所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)電能，所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)隨所述步進(jìn)馬達(dá)的需要而變化；電源檢測(cè)裝置，響應(yīng)于所述驅(qū)動(dòng)電力，產(chǎn)生表示所述驅(qū)動(dòng)電能的數(shù)字反饋信號(hào)；及數(shù)字處理器，響應(yīng)于所述數(shù)字反饋信號(hào)，產(chǎn)生所述控制信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)字處理器進(jìn)一步響應(yīng)于一種軟件算法，產(chǎn)生所述控制信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)字處理器響應(yīng)于所述數(shù)字反饋信號(hào)和軟件算法，用于直接檢測(cè)驅(qū)動(dòng)力參數(shù)，和由所述步進(jìn)馬達(dá)施加的所述驅(qū)動(dòng)力參數(shù)的變化。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括數(shù)字接口，使得所述系統(tǒng)能夠與位于所述系統(tǒng)外部的裝置進(jìn)行通信。
5.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電源包括一個(gè)穩(wěn)壓源，所述驅(qū)動(dòng)電能包括驅(qū)動(dòng)電流，而所述電源檢測(cè)裝置確定作為所述驅(qū)動(dòng)電流函數(shù)的電力。
6.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)響應(yīng)于所述控制信號(hào)，逐漸地向上和向下修改所述步進(jìn)馬達(dá)的速度參數(shù)，結(jié)果，所述驅(qū)動(dòng)電流移動(dòng)在某一預(yù)定目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流之上和之下。
7.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)響應(yīng)于所述控制信號(hào)，以盡可能快的速度驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)，同時(shí)使得提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，從而產(chǎn)生的扭矩參數(shù)足以防止所述步進(jìn)馬達(dá)的失速狀態(tài)。
8.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)響應(yīng)于所述控制信號(hào)，限制所述步進(jìn)馬達(dá)的加速率參數(shù)。
9.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，響應(yīng)于所述控制信號(hào)，限制所述驅(qū)動(dòng)電流。
10.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)響應(yīng)于所述控制信號(hào)，按照所述驅(qū)動(dòng)電源移動(dòng)高于或低于某一預(yù)定目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電力，逐漸地向上和向下修改所述步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速參數(shù)。
11.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)響應(yīng)于所述控制信號(hào)，以盡可能快的速度驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)，同時(shí)能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)電力，從而使產(chǎn)生的扭矩能夠足以防止所述馬達(dá)的失速狀態(tài)。
12.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)響應(yīng)于所述控制信號(hào)，限制所述步進(jìn)馬達(dá)的加速率參數(shù)。
13.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，響應(yīng)于所述控制信號(hào)，限制所述驅(qū)動(dòng)電力。
14.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)響應(yīng)于所述控制信號(hào)，限制由所述步進(jìn)馬達(dá)施加給負(fù)載的驅(qū)動(dòng)力參數(shù)。
15.一種在驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)的系統(tǒng)中，用于檢測(cè)和適應(yīng)性限制及調(diào)整所述步進(jìn)馬達(dá)的特性參數(shù)和狀態(tài)的方法，其特征在于，包括響應(yīng)于控制信號(hào)，將電力傳送給所述步進(jìn)馬達(dá)；提供電力，以提供驅(qū)動(dòng)電力，所述驅(qū)動(dòng)電力隨所述步進(jìn)馬達(dá)的需要而變化；產(chǎn)生代表所述驅(qū)動(dòng)電力的數(shù)字反饋信號(hào)；及響應(yīng)于所述數(shù)字反饋信號(hào)，產(chǎn)生所述控制信號(hào)。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生所述控制信號(hào)進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述數(shù)字反饋信號(hào)的軟件算法。
17.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電力包括驅(qū)動(dòng)電流，并且驅(qū)動(dòng)電流與所述驅(qū)動(dòng)電力成正比。
18.按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括響應(yīng)于所述控制信號(hào)，向上和向下修改所述步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速參數(shù)，從而使所述驅(qū)動(dòng)電流移動(dòng)高于和低于某一預(yù)定目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流。
19.按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括修改所述步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速參數(shù)，以盡可能快的速度驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)，同時(shí)使得能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，從而產(chǎn)生的扭矩參數(shù)能夠足以防止所述步進(jìn)馬達(dá)的失速狀態(tài)。
20.按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以響應(yīng)所述控制信號(hào)，限制所述驅(qū)動(dòng)電力。
21.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括間接地檢測(cè)驅(qū)動(dòng)力參數(shù)和由所述步進(jìn)馬達(dá)施加的所述驅(qū)動(dòng)力參數(shù)的變化，以響應(yīng)于所述數(shù)字反饋信號(hào)和軟件算法。
22.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述系統(tǒng)和所述系統(tǒng)外部的裝置之間進(jìn)行通信。
23.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括向上和向下修改所述步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速參數(shù)，以響應(yīng)于所述控制信號(hào)，從而所述驅(qū)動(dòng)電力移動(dòng)高于和低于某一預(yù)定目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電力。
24.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括修改所述步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速參數(shù)，以盡可能快的速度驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)，同時(shí)使得能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)電力，從而產(chǎn)生的扭矩參數(shù)能夠足以防止所述步進(jìn)馬達(dá)的失速狀態(tài)。
25.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括限制所述進(jìn)馬達(dá)的加速率參數(shù)，以響應(yīng)于所述控制信號(hào)。
26.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含限制所述驅(qū)動(dòng)電力，以響應(yīng)于所述控制信號(hào)。
27.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含限制由所述步進(jìn)馬達(dá)施加的驅(qū)動(dòng)力參數(shù)，以響應(yīng)于所述控制信號(hào)。
28.一種經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接而控制步進(jìn)馬達(dá)以定位負(fù)載的方法，其特征在于，包括步驟測(cè)量驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)的電力；確定所述機(jī)械聯(lián)接上的驅(qū)動(dòng)力測(cè)量值，作為所述測(cè)得電力的函數(shù)；及控制所述馬達(dá)的速度，作為所述確定驅(qū)動(dòng)力的函數(shù)。
29.按照權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，包括進(jìn)一步的步驟維持作為所述測(cè)得的電力的函數(shù)的最小扭矩。
30.按照權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，包括又一步驟確定步進(jìn)馬達(dá)的加速度，作為所述測(cè)得的電力的函數(shù)。
31.按照權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括又一步驟經(jīng)過(guò)某一預(yù)定最大加速度來(lái)限制所述確定的加速度。
32.按照權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述電力測(cè)量步驟測(cè)量電流，而不是電壓。
33.按照權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述電力測(cè)量步驟測(cè)量電流，而不是電壓。
34.一種經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接而控制步進(jìn)馬達(dá)以定位負(fù)載的方法，其特征在于，包括下述步驟測(cè)量驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)的電力；確定所述步進(jìn)馬達(dá)上的力，作為所述測(cè)得的電力的函數(shù)；及控制所述馬達(dá)的所述轉(zhuǎn)速，作為所述確定的力的函數(shù)。
35.按照權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述馬達(dá)的速度是通過(guò)改變步進(jìn)率來(lái)控制的，并包括又一步驟，即將所述確定的力限制到某一預(yù)定最大步進(jìn)率。
36.按照權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，包括又一步驟確定所述機(jī)械聯(lián)接上的力的測(cè)量值，作為所述測(cè)得的電力的函數(shù)。
37.按照權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，包括又一步驟維持作為所述測(cè)得的力的函數(shù)的某一最小扭矩。
38.按照權(quán)利要求36所述的方法，包括又一步驟測(cè)量能驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)的所述電流，而不是所述電壓，并且其中，所述電力測(cè)量步驟確定作為所述測(cè)得的電流的函數(shù)的所述測(cè)得的電力。
39.一種經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接而控制步進(jìn)馬達(dá)以定位負(fù)載的方法，其特征在于，包括下述步驟確定驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)的所述電力；確定所述機(jī)械聯(lián)接上的力的測(cè)量值，作為所述確定的電力的函數(shù)；控制所述馬達(dá)的所述速度，作為所述確定驅(qū)動(dòng)力的函數(shù)。
40.按照權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，包括又一步驟確定所述步進(jìn)馬達(dá)的加速度，作為所述測(cè)得的電力的函數(shù)；并且控制作為所述力或所述加速度的函數(shù)的所述速度。
41.按照權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，包括又一步驟測(cè)量驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)的電流，并且其中，所述電力確定步驟確定作為所述測(cè)得的電流的函數(shù)的電力。
42.一種經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接而控制步進(jìn)馬達(dá)來(lái)定位負(fù)載的裝置，其特征在于，包括用于測(cè)量驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)的所述電力的裝置；用于確定所述機(jī)械聯(lián)接上作為所述測(cè)得的電力的函數(shù)的力的測(cè)量值的裝置；及用于控制作為所述測(cè)得的力的函數(shù)的所述馬達(dá)的所述速度的裝置。
43.按照權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括用于維持作為所述測(cè)得的力的函數(shù)的最小扭矩的裝置。
44.按照權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括用于測(cè)量驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)的電流的裝置，并且其中，所述電力測(cè)量裝置包括電流測(cè)量裝置，并確定與電流成比例的電力。
45.按照權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括用于確定作為所述測(cè)得的電流的函數(shù)的所述步進(jìn)馬達(dá)的加速度的裝置。
46.按照權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括用于將所述確定的加速度限制到預(yù)定最大加速度的裝置。
47.一種經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接控制步進(jìn)馬達(dá)以定位負(fù)載的裝置，其特征在于，包括用于測(cè)量驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)的所述電流的裝置；用于確定作為所述測(cè)得的電流的函數(shù)的所述步進(jìn)馬達(dá)上的力的裝置；及用于控制作為所述確定的力的函數(shù)的所述馬達(dá)的速度的裝置。
48.按照權(quán)利要求47所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括用于將所述確定的驅(qū)動(dòng)力限制到預(yù)定最大力的裝置。
49.按照權(quán)利要求47所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括用于確定作為所述測(cè)得的電流的函數(shù)的所述機(jī)械聯(lián)接上的力的測(cè)量值的裝置。
50.按照權(quán)利要求49所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括用于確定作為所述測(cè)得的力的函數(shù)的最小扭矩的裝置。
51.一種經(jīng)過(guò)機(jī)械聯(lián)接來(lái)控制步進(jìn)馬達(dá)以定位負(fù)載的裝置，其特征在于，包括傳感器，用來(lái)連接到所述步進(jìn)馬達(dá)，并測(cè)量驅(qū)動(dòng)所述步進(jìn)馬達(dá)的所述電流；控制器，用來(lái)連接到所述傳感器，并且確定作為所述測(cè)得的電流的函數(shù)的所述機(jī)械聯(lián)接上的第一力，或作為所述測(cè)得的電流的函數(shù)的所述步進(jìn)馬達(dá)上的第二力中的至少一個(gè)測(cè)量值；及所述控制器控制作為所述確定的第一、第二力的函數(shù)的所述馬達(dá)的速度。
全文摘要
一種用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)并修改所述進(jìn)馬達(dá)特性參數(shù)的系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，響應(yīng)于控制信號(hào)，用于將電力傳送給所述步進(jìn)馬達(dá)。電源給所述驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)電流。電流檢測(cè)器，響應(yīng)于所述驅(qū)動(dòng)電流，產(chǎn)生一個(gè)表示所述驅(qū)動(dòng)電流的數(shù)字反饋信號(hào)。數(shù)據(jù)處理器，響應(yīng)于所述數(shù)字反饋信號(hào)，產(chǎn)生所述控制信號(hào)。所述數(shù)字處理器進(jìn)一步響應(yīng)一個(gè)軟件算法，以產(chǎn)生所述控制信號(hào)。這些控制信號(hào)提供的功能包括檢測(cè)由所述步進(jìn)馬達(dá)施加給負(fù)載的驅(qū)動(dòng)力；修改步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和扭矩參數(shù)；及限制施加的驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)電流。
文檔編號(hào)H02P8/38GK1656668SQ03811527
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月20日
發(fā)明者T·G·克拉優(yōu)斯基, J·C·凡德齊 申請(qǐng)人:美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際公司