用自动化设备确定运输转子与定子区段之间的气隙的方法与流程

本发明涉及一种用于确定运输转子与定子区段之间的气隙的方法，其中，运输转子和定子区段作为基于直线马达的运输系统的直线马达单元运行，并且力常数被分配给直线马达单元，其中，定子区段被供应定子电流，由此形成磁场并且由此产生用于运输转子的进给的进给力。本发明还涉及一种自动化设备，该自动化设备被设计用于确定运输转子与定子区段之间的气隙，其中，运输转子和定子区段被实施为基于直线马达的运输系统的直线马达单元，并且力常数被分配给直线马达单元，其中，定子区段被供应定子电流，从而形成磁场并且由此产生用于运输转子进给的进给力。

背景技术：

1、在本发明的意义上，定子区段被理解为直线马达的初级部分，在该上下文中，运输转子具有直线马达的次要部分。例如，通过单独激励线圈来产生磁场以产生行进磁场，并且运输转子或其次级部分能够在定子区段或其初级部分上移动。行进磁场因此带走了运输转子的永磁体。通过调节流过线圈的电流强度，能够调节功率需求和速度。

2、从ep 3 367 558 a1中已知一种用于运行基于直线马达的运输系统的方法和调节单元。在已知的方法或自动化设备的情况下，不利的是运输转子和定子区段之间的气隙只能手动地或借助附加安装的传感器来确定。

3、为了使这种基于直线马达的运输系统能够无干扰地移动，尤其是无振动地移动，所使用的直线马达必须以正确的调节参数投入运行。根据马达数据表，直线马达的调节参数又与气隙尺寸相匹配。因此，对于直线马达，必须遵守气隙尺寸，以便能够根据马达的电气标称数据正确操作马达。因此，遵守直线马达的正确安装尺寸对于直线马达单元的平稳运行至关重要，以便保持制造商数据表中的气隙尺寸。

4、气隙的尺寸不足会导致运输转子的速度值振荡，并且目标是避免这些振荡。在实践中，可用于测量输送流道与定子区段之间气隙尺寸的测量设备很少。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是在没有外部测量设备的情况下识别可行的气隙偏差。

2、开头提到的方法的目的是这样实现的，即执行运输转子的加速行驶，测量当前的定子电流并确定速度实际值，从中又确定每单位时间的速度变化，从中又确定加速度，其中，当前的进给力由力常数和当前的定子电流的乘积来确定，其中，利用当前的进给力和加速度使用牛顿运动等式确定运输转子的虚拟质量，其中，虚拟质量的增量与气隙增大量之间的关系被用于关于当前主导的气隙的说明，并由此计算出气隙的尺寸值。

3、有利的是，气隙的尺寸现在能够通过控制系统的可用装置来识别而无需附加的测量设备。力常数表示马达在1a有效正弦电流下产生的力(以牛顿为单位)。随着气隙尺寸的增加，需要更多的电流来移动运输转子或具有相同动力学的负载。这种物理关系用于间接确定气隙的尺寸。针对该确定，引入功能模块，该功能模块也能够称为惯性矩估计器。该功能模块确定直线马达的当前负载，包括电流强度和力常数。随后能够根据确定的负载或当前的进给力计算虚拟质量。气隙的尺寸能够使用运输转子的虚拟质量和实际质量来确定。

4、此外有利的是，补偿在运输转子与导轨之间产生的摩擦力。在确定当前进给力之前，应该知道运输转子与定子区段之间的摩擦力，因为如果不补偿摩擦力，其将被解释为附加负载或附加力。摩擦力将从确定的进给力中减去。通常，创建一个在整个速度范围内均匀分布的摩擦特性曲线，随后将其包含在气隙的计算中。

5、为了有利地实施该计算方法，例如在可编程逻辑控制器的功能模块中，使用样条函数作为虚拟质量的增量与气隙增大量之间的关系，利用该样条函数以低阶分段多项式进行内插，其中，样条函数(f)使用由x值(x)和y值(y)构成的插值点(x，y)，其中，x值被分配给确定的虚拟质量，y值被分配给用于气隙的尺寸值，在此，样条函数的多项式分别描述一个区间并且该区间的边界值被分配给虚拟质量的值，其中，根据确定的虚拟质量搜索配属的区间，并由此得出待评估的多项式。

6、插值点是数值数学中的一个术语。它用于指定用于进一步计算的函数的参数。例如，该术语用于插值或数值积分。插值点处的所属函数值有时称为内插值，由内插值构成的有序对则称为插值点。

7、有利的是，在自动化设备中的第一功能模块中计算待确定的虚拟质量，其中，作为输入变量的定子电流和速度实际值通过在运输系统处运行的传感器来确定，从数据模块检索其他输入变量，例如力常数和实际质量。如果在第二功能模块中借助摩擦特性曲线确定摩擦力并且在第三功能模块中确定气隙，则该方法被进一步优化。

8、发明人已经认识到，随着气隙尺寸的增大，马达电流必须增加以保持加速力。由于待加速的质量直接与加速力成正比，因此质量的值或虚拟质量也会增加。

9、提供用于确定气隙尺寸的函数的一种可能性在于，根据实际气隙尺寸确定虚拟质量的相对增加，以便稍后能够使用测量结果计算气隙。该调查能够借助实验室实验来进行，例如通过使用不锈钢板以限定的方式影响运输转子与定子区段之间的气隙尺寸。例如，从0.5毫米的垫片开始，随后以0.1毫米的增量增加到2.5毫米。根据对发生的虚拟质量的所有计算，随后记录每十分之一毫米气隙增大量的质量相对增加(增量)。随后能够使用这些值来计算气隙的尺寸，其中，从运输转子的真实重量出发来计算包含用于增大的气隙尺寸的预期质量的函数。基于获得的结果，优选地使用线性样条函数，其在数学上映射质量与气隙尺寸之间的相关性。基于包括其负载在内的运输转子的实际质量，将预期的质量作为气隙尺寸的函数进行数学模拟。样条插值的结果是一个映射质量随着气隙从0.5毫米增加到2.5毫米而增加的函数。

10、开头提到的目的还通过一种自动化设备来实现，该自动化设备被设计用于确定运输转子与定子区段之间的气隙，其中，运输转子和定子区段被设计作为基于直线马达的运输系统的直线马达单元，并且力常数被分配给直线马达单元，定子区段被供应定子电流，由此形成磁场，从而产生用于运输转子的进给的进给力。为了确定气隙，还存在装置，该装置设计用于执行运输转子的加速行驶，还存在装置，该装置设计用于测量当前的定子电流，并且还存在装置，该装置设计用于确定运输转子的速度实际值并从中又确定每单位时间的速度变化，并从中又确定加速度，其中，又存在装置，该装置由力常数和当前的定子电流的乘积来确定当前的进给力，其中，又存在装置，该装置设计用于利用当前的进给力和加速度使用牛顿运动等式确定运输转子的虚拟质量，其中，存在用于关于当前主导的气隙的说明的检查装置，该检查装置设计用于识别虚拟质量的增量，并且利用描述虚拟质量的增量与气隙增大量之间的关系来计算气隙的尺寸值。

11、如果自动化设备具有被设计成补偿在运输转子与导轨之间出现的摩擦力的装置，则进一步改进气隙的确定。

12、如果自动化设备中的检查装置也被设计用于，将虚拟质量的增量与气隙增大量之间的关系提供作为样条函数，则对于自动化设备的使用者来说是舒适的，其中，该样条函数能够用低阶分段多项式进行内插，其中，样条函数具有由x值和y值构成的插值点，其中，x值被分配给确定的虚拟质量并且y值被分配给用于气隙的尺寸值，在此，样条函数的多项式分别描述一个区间并且该区间的边界值被分配给虚拟质量的值，其中，根据确定的虚拟质量搜索配属的区间，并由此得出多项式，利用多项式确定气隙。

13、搜索确定的质量，直到质量的确定值在区间内，使得用于计算气隙尺寸的多项式随后是针对找到的区间限定的多项式。随后能够使用提供的函数计算气隙尺寸。为此，将确定的质量减去找到的区间的起始坐标，用作为找到的区间限定的函数中的x值。

14、此外，有利的是，自动化设备具有用于计算虚拟质量的第一功能模块，其中，存在用于传感器的输入端，传感器提供作为输入变量的定子电流和速度实际值，并且自动化设备还具有数据模块，数据模块存储力常数和实际质量。

15、对于进一步的计算，有利的是，自动化设备具有第二功能模块，第二功能模块借助摩擦特性曲线确定摩擦，并且自动化设备还具有第三功能模块，第三功能模块设计用于确定气隙。