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自动化天车的达控制架构

申请号 CN202311138214.0 申请日 2023-09-05 公开(公告)号 CN117917371A 公开(公告)日 2024-04-23
申请人 台达电子工业股份有限公司; 发明人 陈焕璋; 柯柏任; 吴俊儒; 郑隆杰; 陈婉屏; 张志远;
摘要 一种自动化天车的 马 达控制架构,包括大车、主吊及 控制器 。大车跨设于具有辅助 编码器 的主轨道,具有驱动两个马达的主机 驱动器 及从机驱动器,马达轴上具有主编码器。主吊控制吊绳升降并计算绳长信息。控制器基于绳长信息及 位置 命令计算防摇摆位置命令。大车的两个驱动器基于防摇摆位置命令及任一主编码器的回授及辅助编码器的回授进行全闭环演算。其中,主机驱动器基于全闭环演算的速度命令控制马达,从机驱动器跟随主机驱动器的速度命令及转矩命令控制另一马达;或者,大车的两个驱动器依据任一主编码器的回授及辅助编码器的回授的位置误差对转矩命令做补偿。
权利要求

1.一种自动化天车的达控制架构,包括:
一大车,跨设于一主轨道上,具有分别控制一主机马达及一从机马达的一主机驱动器及一从机驱动器,使该大车于该主轨道上沿X方向移动,其中该主机马达及该从机马达的轴上分别具有一主编码器,该主轨道上具有一辅助编码器;
一小车,设置于该大车上的一小车轨道,具有控制一小车马达的一小车驱动器,使该小车于该小车轨道上沿Y方向移动;
一主吊,设置于该小车一侧,具有一主吊驱动器驱动一主吊马达,使与该主吊马达连动的一主吊机构上的一吊绳沿Z方向进行升降,并持续计算该吊绳的一绳长信息;
人机界面,被配置来接受外部操作以输入一目标位置;及
控制器,连接该主机驱动器、该从机驱动器、该小车驱动器、该主吊驱动器及该人机界面,被配置来基于该目标位置进行一路径规划以产生一位置命令,并且利用该绳长信息结合该位置命令计算一防摇摆位置命令;
其中,该主机驱动器及该从机驱动器被配置来分别基于该防摇摆位置命令以及两个该主编码器之一的位置回授及该辅助编码器的一辅助位置回授进行一全闭环演算;
其中,该主机驱动器被配置来基于该全闭环演算后产生的一速度命令及一转矩命令控制该主机马达运转,并且该从机驱动器被配置来跟随该主机驱动器的该速度命令及该转矩命令控制该从机马达运转;或者,该主机驱动器及该从机驱动器被配置来分别将两个该主编码器之一的位置回授及该辅助编码器的该辅助位置回授中的一位置误差做为一同动控制的来源以对该转矩命令进行补偿,并分别控制该主机马达及该从机马达依据补偿后的该转矩命令运转。
2.如权利要求1所述的自动化天车的马达控制架构,其中该主机驱动器包括:
一大车第一自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该全闭环演算产生的一位置回授并产生该速度命令;
一大车第一自动速度控制器,被配置来从该大车第一自动位置控制器接收该速度命令并产生对应的该转矩命令;
一第一内环控制模,被配置来从该大车第一自动速度控制器接收该转矩命令,并基于该转矩命令产生一第一电压命令;及
一主机逆变器电路,被配置来从该第一内环控制模块接收该第一电压命令,并基于该第一电压命令控制该主机马达转动。
3.如权利要求2所述的自动化天车的马达控制架构,其中该从机驱动器包括:
一速度演算模块,被配置来从该从机马达的一从机主编码器接收该从机马达的一从机位置回授并产生对应的一速度回授;
磁滞限制器,被配置来从该大车第一自动位置控制器接收该速度命令做为一参考速度,并依据该参考速度及该速度回授产生对应的一第二速度命令;
一大车第二自动速度控制器,被配置来从该磁滞限制器接收该第二速度命令并产生对应的一第二转矩命令;
一第二内环控制模块,被配置来从该大车第一自动速度控制器接收该转矩命令做为一参考转矩、从该大车第二自动速度控制器接收该第二转矩命令,并依据该参考转矩及该第二转矩命令产生一第二电压命令;及
一从机逆变器电路,被配置来从该第二内环控制模块接收该第二电压命令,并基于该第二电压命令控制该从机马达转动。
4.如权利要求1所述的自动化天车的马达控制架构,其中该主机驱动器包括:
一第一全闭环演算模块,被配置来从该主机马达的一主机主编码器接收该主机马达的一主机位置回授,从该辅助编码器接收该辅助位置回授,并产生对应的一第一位置回授;
一大车第一自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该第一位置回授并产生该主机马达的该速度命令;
一大车第一自动速度控制器,被配置来从该大车第一自动位置控制器接收该主机马达的该速度命令,并基于该主机马达的该速度命令以及该主机马达的一速度回授产生该主机马达的该转矩命令;
一同动控制器,被配置来从该主机主编码器接收该主机位置回授,从该从机驱动器接收一从机位置回授,并产生用以控制该主机马达的一主机扭矩补偿值及用以控制该从机马达的一从机扭矩补偿值;
一第一内环控制模块,被配置来从该大车第一自动速度控制器接收该主机马达的该转矩命令,从该同动控制器接收该主机扭矩补偿值,并基于该主机马达的该转矩命令及该主机扭矩补偿值产生一第一电压命令;及
一主机逆变器电路,被配置来从该第一内环控制模块接收该第一电压命令,并基于该第一电压命令控制该主机马达转动。
5.如权利要求4所述的自动化天车的马达控制架构,其中该从机驱动器包括:
一第二全闭环演算模块,被配置来从该从机马达的一从机主编码器接收该从机位置回授,从该辅助编码器接收该辅助位置回授,并产生对应的一第二位置回授;
一大车第二自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该第二位置回授并产生该从机马达的一速度命令;
一大车第二自动速度控制器,被配置来从该大车第二自动位置控制器接收该从机马达的该速度命令,并基于该从机马达的该速度命令以及该从机马达的一速度回授产生该从机马达的一转矩命令;
一第二内环控制模块,被配置来从该大车第二自动速度控制器接收该从机马达的该转矩命令,从该同动控制器接收该从机扭矩补偿值,并基于该从机马达的该转矩命令及该从机扭矩补偿值产生一第二电压命令;及
一从机逆变器电路,被配置来从该第二内环控制模块接收该第二电压命令,并基于该第二电压命令控制该从机马达转动。
6.如权利要求1所述的自动化天车的马达控制架构,其中该主机驱动器包括:
一第一全闭环演算模块,被配置来从该主机马达的一主机主编码器接收该主机马达的一主机位置回授,从该辅助编码器接收该辅助位置回授,并产生对应的一第一位置回授;
一大车第一自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该第一位置回授并产生该主机马达的该速度命令;
一大车第一自动速度控制器,被配置来从该大车第一自动位置控制器接收该主机马达的该速度命令,并基于该主机马达的该速度命令以及该主机马达的一速度回授产生该主机马达的该转矩命令;
一第一同动控制器,被配置来从该主机主编码器接收该主机位置回授,从该从机驱动器接收一从机位置回授,计算该主机位置回授及该从机位置回授的一平均值,再基于该平均值与该主机位置回授的一位置误差产生一主机扭矩补偿值;
一第一内环控制模块,被配置来从该大车第一自动速度控制器接收该主机马达的该转矩命令,从该第一同动控制器接收该主机扭矩补偿值,并基于该主机马达的该转矩命令及该主机扭矩补偿值产生一第一电压命令;及
一主机逆变器电路,被配置来从该第一内环控制模块接收该第一电压命令,并基于该第一电压命令控制该主机马达转动。
7.如权利要求6所述的自动化天车的马达控制架构,其中该从机驱动器包括:
一第二全闭环演算模块,被配置来从该从机马达的一从机主编码器接收该从机位置回授,从该辅助编码器接收该辅助位置回授,并产生对应的一第二位置回授;
一大车第二自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该第二位置回授并产生该从机马达的一速度命令;
一大车第二自动速度控制器,被配置来从该大车第二自动位置控制器接收该从机马达的该速度命令,并基于该从机马达的该速度命令以及该从机马达的一速度回授产生该从机马达的一转矩命令;
一第二同动控制器,被配置来从该从机主编码器接收该从机位置回授,从该主机驱动器接收该主机位置回授,计算该从机位置回授及该主机位置回授的一平均值,再基于该平均值与该从机位置回授的一位置误差产生一从机扭矩补偿值;
一第二内环控制模块,被配置来从该大车第二自动速度控制器接收该从机马达的该转矩命令,从该第二同动控制器接收该从机扭矩补偿值,并基于该从机马达的该转矩命令及该从机扭矩补偿值产生一第二电压命令;及
一从机逆变器电路,被配置来从该第二内环控制模块接收该第二电压命令,并基于该第二电压命令控制该从机马达转动。
8.如权利要求1所述的自动化天车的马达控制架构,其中该大车包括受该主机马达驱动的一第一车轮组及受该从机马达驱动的一第二车轮组,该主轨道包括供该第一车轮组移动的一第一轨道及供该第二车轮组移动的一第二轨道,该辅助编码器包括一主机辅助编码器及一从机辅助编码器,其中该主机辅助编码器设置于该第一轨道上并且被配置来检测该第一车轮组以产生一主机辅助位置回授,该从机辅助编码器设置于该第二轨道上并且被配置来检测该第二车轮组以产生一从机辅助位置回授。
9.如权利要求8所述的自动化天车的马达控制架构,其中该主机驱动器包括:
一第一全闭环演算模块,被配置来从该主机马达的一主机主编码器接收该主机马达的一主机位置回授,从该主机辅助编码器接收该主机辅助位置回授,并产生对应的一第一位置回授;
一大车第一自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该第一位置回授并产生该主机马达的该速度命令;
一大车第一自动速度控制器,被配置来从该大车第一自动位置控制器接收该主机马达的该速度命令,并基于该主机马达的该速度命令以及该主机马达的一速度回授产生该主机马达的该转矩命令;
一同动控制器,被配置来从该主机辅助编码器接收该主机辅助位置回授,从该从机辅助编码器接收该从机辅助位置回授,并产生用来控制该主机马达的一主机扭矩补偿值以及用来控制该从机马达的一从机扭矩补偿值;
一第一内环控制模块,被配置来从该大车第一自动速度控制器接收该主机马达的该转矩命令,从该同动控制器接收该主机扭矩补偿值,并基于该主机马达的该转矩命令及该主机扭矩补偿值产生一第一电压信号;及
一主机逆变器电路,被配置来从该第一内环控制模块接收该第一电压命令,并基于该第一电压命令控制该主机马达转动。
10.如权利要求9所述的自动化天车的马达控制架构,其中该从机驱动器包括:
一第二全闭环演算模块,被配置来从该从机马达的一从机主编码器接收该从机马达的一从机位置回授,从该从机辅助编码器接收该从机辅助位置回授,并产生对应的一第二位置回授;
一大车第二自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该第二位置回授并产生该从机马达的一速度命令;
一大车第二自动速度控制器,被配置来从该大车第二自动位置控制器接收该从机马达的该速度命令,并基于该从机马达的该速度命令以及该从机马达的一速度回授产生该从机马达的一转矩命令;
一第二内环控制模块,被配置来从该大车第二自动速度控制器接收该从机马达的该转矩命令,从该同动控制器接收该从机扭矩补偿值,并基于该从机马达的该转矩命令及该从机扭矩补偿值产生一第二电压命令;及
一从机逆变器电路,被配置来从该第二内环控制模块接收该第二电压命令,并基于该第二电压命令控制该从机马达转动。
11.如权利要求1所述的自动化天车的马达控制架构,其中该小车驱动器包括:
一小车全闭环演算模块,被配置来从该小车马达的一小车主编码器接收该小车马达的一位置回授,从一小车辅助编码器接收一小车辅助位置回授,并产生对应的一小车位置回授,其中该小车辅助编码器设置于该小车轨道上并且被配置来检测该小车以产生该小车辅助位置回授;
一小车自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该小车位置回授并产生该小车的一速度命令;
一小车自动速度控制器,被配置来从该小车自动位置控制器接收该小车的该速度命令,并基于该小车的该速度命令产生该小车的一转矩命令;
一小车内环控制模块,被配置来从该小车自动速度控制器接收该小车的该转矩命令,并基于该小车的该转矩命令产生一电压命令;及
一小车逆变器电路,被配置来从该小车内环控制模块接收该电压命令,并基于该电压命令控制该小车马达转动。
12.如权利要求1所述的自动化天车的马达控制架构,其中进行该全闭环演算的软体或硬体包括:
一编码器齿比计算模块,被配置来计算该主机马达或该从机马达转动时该辅助编码器的一脉冲回授,与该主机马达或该从机马达转动时对应的一主机马达主编码器或一从机马达主编码器的一解析度的一比值;及
一低通滤波器,被配置来计算该辅助编码器的该辅助位置回授与该比值的一差值,并且对该差值进行滤波处理后产生一等效位置回授,其中该速度命令是基于多个所述效位置回授而产生。
13.如权利要求1所述的自动化天车的马达控制架构,其中该路径规划包括取得一初始位置、一中继点及该目标位置,其中该防摇摆位置命令为一周期性同步位置命令。
14.如权利要求13所述的自动化天车的马达控制架构,其中该路径规划还包括取得一禁区或一障碍物的位置信息。
15.如权利要求1所述的自动化天车的马达控制架构,还包括一通信界面,其中该主机驱动器与该从机驱动器通过该通信界面进行有线连接或无线连接。
16.如权利要求15所述的自动化天车的马达控制架构,其中该大车包括受该主机马达驱动的一第一车轮组及受该从机马达驱动的一第二车轮组,该主轨道包括供该第一车轮组移动的一第一轨道及供该第二车轮组移动的一第二轨道,该辅助编码器配置于该第一轨道或该第二轨道,其中该辅助编码器配置于该第一轨道并且被配置来检测该第一车轮组以产生该辅助位置回授并提供给该主机驱动器,该从机驱动器通过该通信界面自该主机驱动器取得该辅助位置回授。
17.如权利要求15所述的自动化天车的马达控制架构,其中该大车包括受该主机马达驱动的一第一车轮组及受该从机马达驱动的一第二车轮组,该主轨道包括供该第一车轮组移动的一第一轨道及供该第二车轮组移动的一第二轨道,该辅助编码器配置于该第一轨道或该第二轨道,该辅助编码器配置于该第二轨道并且被配置来检测该第二车轮组以产生该辅助位置回授并提供给该从机驱动器,该主机驱动器通过该通信界面自该从机驱动器取得该辅助位置回授。
18.一种自动化天车的马达控制架构,包括:
一大车,跨设于一主轨道上,具有同时控制一主机马达及一从机马达的一大车驱动器,使该大车于该主轨道上沿X方向移动,其中该主机马达的轴上具有一主编码器,该主轨道上具有一辅助编码器;
一小车,设置于该大车上的一小车轨道,具有控制一小车马达的一小车驱动器,使该小车于该小车轨道上沿Y方向移动;
一主吊,设置于该小车一侧,具有一主吊驱动器驱动一主吊马达,使与该主吊马达连动的一主吊机构上的一吊绳沿Z方向进行升降,并持续计算该吊绳的一绳长信息;
一人机界面,被配置来接受外部操作以输入一目标位置;及
一控制器,连接该大车驱动器、该小车驱动器、该主吊驱动器及该人机界面,被配置来基于该目标位置进行路径规划以产生一位置命令,并且利用该绳长信息结合该位置命令计算一防摇摆位置命令;
其中,该大车驱动器被配置来基于该防摇摆位置命令、该主编码器的一位置回授及该辅助编码器的一辅助位置回授进行一全闭环演算,并且基于该全闭环演算后产生的一速度命令及一转矩命令同时控制该主机马达及该从机马达运转。
19.如权利要求18所述的自动化天车的马达控制架构,其中该大车驱动器包括:
一大车全闭环演算模块,被配置来从该主编码器接收该大车的该位置回授,从该辅助编码器接收该大车辅助位置回授,并产生对应的一大车位置回授;
一大车自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该大车位置回授并产生该大车的该速度命令;
一大车自动速度控制器,被配置来从该大车自动位置控制器接收该大车的该速度命令,并基于该大车的该速度命令产生该大车的该转矩命令以同时控制该主机马达及该从机马达转动。
20.如权利要求18所述的自动化天车的马达控制架构,其中该小车驱动器包括:
一小车全闭环演算模块,被配置来从该小车马达的一小车主编码器接收该小车马达的一位置回授,从一小车辅助编码器接收一小车辅助位置回授,并产生对应的一小车位置回授,其中该小车辅助编码器设置于该小车轨道上检测该小车以产生该小车辅助位置回授;
一小车自动位置控制器,被配置来接收该防摇摆位置命令及该小车位置回授并产生该小车的一速度命令;及
一小车自动速度控制器,被配置来从该小车自动位置控制器接收该小车的该速度命令,并基于该小车的该速度命令产生该小车的一转矩命令以控制该小车马达转动。

说明书全文

自动化天车的达控制架构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种天车的控制架构,尤其涉及自动化天车的马达控制架构。

背景技术

[0002] 固定式起重机俗称天车,现今工业装配运输或是港口货柜吊运都会利用悬梁式天车(Bridge Crane)或是龙式天车(Gantry Crane),而根据技术发展趋势,这些天车的操作渐渐由技师的人工操作转变为半自动控制甚至是全自动控制。
[0003] 在技术转变的情况下,过往由技师人工操作的解决方案要如何实现在自动化的天车控制上,即待本技术领域的人员加以克服。
[0004] 例如,传统天车技师需要使用手动点动(manual inching)的方式让天车与吊挂货物同步运行至定位点,由此消除货物的摇摆,但此技术手段要如何在自动化天车上实现,即为难题。
[0005] 再例如,为定位至指定位置,传统天车技师需将天车先移动到定位点附近,再使用手动点动的方式让天车缓慢移动至定位点,由此达到精准的定位。然而,此技术手段要如何在自动化天车上实现,同样为本领域的技术人员所需克服的课题。
[0006] 又或者,传统龙门式天车因为长跨距的关系,两侧轮轴在移动时不同步,因此需要使用可挠性机构做基本的结构纠偏。然而,利用可挠性机构进行纠偏的方式容易造成天车震动,而有待更佳的解决方案。
[0007] 有鉴于此,本发明提出一种自动化的天车的马达控制架构,可解决上述技术问题,并且同时适用于悬梁式天车以及龙门式天车。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于提供一种自动化天车的马达控制架构,可以在天车的自动化控制架构下提供防摇摆控制以及全闭环控制。
[0009] 于一实施例中,本发明的自动化天车的马达控制架构包括:一大车,跨设于一主轨道上,具有分别驱动一主机马达及一从机马达的一主机驱动器及一从机驱动器,使该大车于该主轨道上沿X方向移动,其中该主机马达及该从机马达的轴上分别具有一主编码器,该主轨道上具有一辅助编码器;一小车,设置于该大车上的一小车轨道,具有驱动一小车马达的一小车驱动器,使该小车于该小车轨道上沿Y方向移动;一主吊,设置于该小车一侧,具有一主吊驱动器驱动一主吊马达,使该主吊马达连动的一主吊机构上的一吊绳沿Z方向进行升降,并持续计算该吊绳的一绳长信息;一人机界面(Human Machine Interface,HMI),被配置来接受外部操作以输入一目标位置;及一控制器,连接该大车的该主机机驱动器及该从机驱动器、该小车驱动器、该主吊驱动器及该HMI,被配置来基于该目标位置进行路径规划以产生一位置命令,并且利用绳长信息结合该位置命令计算一防摇摆位置命令;其中,该大车的该主机驱动器及该从机驱动器被配置来分别基于该防摇摆位置命令以及该两个主编码器之一的位置回授及该辅助编码器的一辅助位置回授进行一全闭环演算;其中,该主机驱动器被配置来基于该全闭环演算后产生的一速度命令及一转矩命令控制该主机马达运转,并且该从机驱动器被配置来跟随该主机驱动器的该速度命令及该转矩命令控制该从机马达运转;或者,该主机驱动器及该从机驱动器被配置来分别将该两个主编码器之一及该辅助编码器的一位置误差做为一同动控制的来源以对该转矩命令进行补偿,并分别控制该主机马达及该从机马达依据补偿后的该转矩命令运转。
[0010] 于另一实施例中,本发明的自动化天车的马达控制架构包括:一大车,跨设于一主轨道上,具有同时驱动一主机马达及一从机马达的一大车驱动器,使该大车于该主轨道上沿X方向移动,其中该主机马达的轴上具有一主编码器,该主轨道上具有一辅助编码器;一小车,设置于该大车上的一小车轨道,具有驱动一小车马达的一小车驱动器,使该小车于该小车轨道上沿Y方向移动;一主吊,设置于该小车一侧,具有一主吊驱动器驱动一主吊马达,使该主吊马达连动的一主吊机构上的一吊绳沿Z方向进行升降,并持续计算该吊绳的一绳长信息;一HMI,被配置来接受外部操作以输入一目标位置;及一控制器,连接该大车驱动器、该小车驱动器、该主吊驱动器及该HMI,被配置来基于该目标位置进行路径规划以产生一位置命令,并且利用该绳长信息结合该位置命令计算一防摇摆位置命令;其中,该大车驱动器被配置来基于该防摇摆位置命令以及该主编码器的一位置回授及该辅助编码器的一辅助位置回授进行一全闭环演算,并且基于该全闭环演算后产生的一速度命令及一转矩命令同时控制该主机马达及该从机马达运转。
[0011] 相较于相关技术,本发明先计算出具防摇摆控制效果的位置命令,再依据此位置命令、大车的主机马达及从机马达的位置回授以及辅助编码器的位置回授进行全闭环控制,并且通过转矩分配控制或转矩补偿控制来对主机马达以及从机马达进行纠偏控制,由此实现自动化天车控制架构的最佳化。附图说明
[0012] 图1A为本发明的悬梁式天车架构示意图。
[0013] 图1B为本发明的龙门式天车架构示意图。
[0014] 图2为本发明的天车移动路线暨防摇摆控制架构的示意图。
[0015] 图3为本发明的辅助编码器安装于轨道暨全闭环控制的架构示意图。
[0016] 图4A为本发明的天车架构示意图的第一具体实施例。
[0017] 图4B为本发明的天车架构示意图的第二具体实施例。
[0018] 图5为本发明的天车架构方图的第一具体实施例。
[0019] 图6为本发明的天车架构方块图的第二具体实施例。
[0020] 图7为本发明的天车架构方块图的第三具体实施例。
[0021] 图8为本发明的天车架构方块图的第四具体实施例。
[0022] 图9为本发明的天车架构方块图的第五具体实施例。
[0023] 附图标记如下:
[0024] 1…悬梁式天车
[0025] 11…大车
[0026] 12…小车
[0027] 13…主吊
[0028] 2…龙门式天车
[0029] 21…大车
[0030] 22…小车
[0031] 23…主吊
[0032] 30…轨道
[0033] 31…轮子
[0034] 32…马达
[0035] 33…主编码器
[0036] 34…辅助编码器
[0037] 40…人机界面
[0038] 41…控制器
[0039] 411…路径规划模块
[0040] 412…防摇摆控制器
[0041] 42…驱动器
[0042] 421…自动位置控制器
[0043] 422…自动速度控制器
[0044] 423…内环控制模
[0045] 424…全闭环演算模块
[0046] 427…逆变器电路
[0047] 5…全闭环演算模块
[0048] 51…编码器齿比计算模块
[0049] 52…低通滤波器
[0050] 61…主机马达
[0051] 611…主机主编码器
[0052] 62…从机马达
[0053] 621…从机主编码器
[0054] 63…主机驱动器
[0055] 64…从机驱动器
[0056] 65…大车辅助编码器
[0057] 66…小车马达
[0058] 661…小车主编码器
[0059] 67…小车驱动器
[0060] 68…小车辅助编码器
[0061] 71…主吊
[0062] 711…主吊驱动器
[0063] 712…主吊马达
[0064] 713…主吊机构
[0065] 8…小车
[0066] 81…小车驱动器
[0067] 811…小车APR
[0068] 812…小车ASR
[0069] 813…小车内环控制模块
[0070] 814…小车全闭环演算模块
[0071] 817…小车逆变器电路
[0072] 82…小车马达
[0073] 821…小车主编码器
[0074] 83…小车辅助编码器
[0075] 84…小车机构
[0076] 9…大车
[0077] 90…通信界面
[0078] 91…主机驱动器
[0079] 911…大车第一APR
[0080] 912…大车第一ASR
[0081] 913…第一内环控制模块
[0082] 914…大车全闭环演算模块
[0083] 915…同动控制器
[0084] 917…主机逆变器电路
[0085] 92…从机驱动器
[0086] 920…磁滞限制器
[0087] 921…大车第二APR
[0088] 922…大车第二ASR
[0089] 923…第二内环控制模块
[0090] 924…大车全闭环演算模块
[0091] 925…速度演算模块
[0092] 926…同动控制器
[0093] 927…从机逆变器电路
[0094] 93…主机马达
[0095] 931…主机主编码器
[0096] 94…大车辅助编码器
[0097] 941…主机辅助编码器
[0098] 942…从机辅助编码器
[0099] 95…从机马达
[0100] 951…从机主编码器
[0101] 96…大车机构
[0102] P0…起始位置
[0103] P1、P2…中继位置
[0104] P3…目的位置
[0105] O1…禁区
[0106] O2…障碍物

具体实施方式

[0107] 现就本发明的一较佳实施例,配合附图,详细说明如后。
[0108] 本发明公开了一种天车的马达控制架构,主要应用于悬梁式天车(Bridge Crane)及龙门式天车(Gantry Crane),以优化传统由人工操作天车的问题。更具体地,本发明利用天车上的大车(Travel)、小车(Trolley)及主吊(Hoist)的驱动器控制多个马达来实现防摇摆控制(Anti‑Sway Control)、全闭环控制(Full Closed‑Loop Control)及纠偏控制(Anti‑Skew Control)等技术效果,以优化自动化的天车的马达控制架构。
[0109] 首先请参阅图1A及图1B,其中图1A为本发明的悬梁式天车架构示意图,图1B为本发明的龙门式天车架构示意图。
[0110] 如图1A所示,悬梁式天车1具有大车11、小车12及主吊13,其中大车11跨设于主轨道上并沿着X轴方向进行长行程移动,小车12设置于大车11上的小车轨道上并沿着Y轴方向进行短行程移动,而主吊13设置于小车12一侧,并控制主吊马达使其连动的主吊机构上的吊绳沿着Z轴方向进行伸缩。通过大车11、小车12及主吊13的移动或运转,悬梁式天车1可以实现货物的吊挂与运输作业。
[0111] 如图1B所示,龙门式天车2与悬梁式天车1相似,同样具有大车21、小车22及主吊23。其中,大车21跨设于主轨道上并沿着X轴方向进行长行程移动,小车22设置于大车21上的小车轨道上并沿着Y轴方向进行短行程移动,而主吊23设置于小车22一侧,并控制主吊马达使其连动的主吊机构上的吊绳沿着Z轴方向进行伸缩。由于龙门式天车2的大车21的两组轮轴(分别由不同马达控制)的跨度过大,因此在进行移动时,除了防摇摆控制及全闭环控制之外,还可能需要对跨设于两条轨道上且由不同马达控制的不同轮轴进行纠偏控制。
[0112] 本发明中,防摇摆控制可以抑制主吊13、23所吊挂的货物在运输过程中所产生的摇晃现象;全闭环控制可以抑制因大车轮轴、小车轮轴在轨道上打滑而产生的位移,由此达到精准的定位;纠偏控制则可抑制大跨距的龙门式大车21两轮轴间的位置偏移,降低大车21移动时的震动及不稳定的问题。
[0113] 续请参阅图2,为本发明的天车移动路线暨防摇摆控制架构的示意图。本发明的控制架构除了天车之外,还需搭配人机界面(Human Machine Interface,HMI)以及控制器来共同实现(例如图5所示的人机界面40及控制器41)。
[0114] 使用者操控HMI 40来设定天车上吊挂的货物最终的目标位置P3,并且搜集障碍物位置信息(例如图2中禁区O1及障碍物O2的位置信息),并传送至控制器41。控制器获得天车(或是货物)的当前位置P0,并且以当前位置P0、使用者设定的目标位置P3、禁区O1及障碍物位置O2等信息进行点对点位置(Position to Position,P2P)的计算,以生成最佳化的中继位置P1、P2。并且,控制器41基于当前位置P0、中继位置P1、P2以及目标位置P3进行路径规划以及防摇摆控制,以产生周期性同步位置(Cyclic Synchronous Position,CSP)命令并下达给各天车上的部件(包括大车驱动器及小车驱动器)。
[0115] 各天车上的驱动器(Motor Driver)接收上述命令后,即可分别控制对应的各马达(包括主机马达、从机马达及小车马达)进行转动,以令货物可以沿着控制器41所规划的路径从当前位置P0经中继位置P1、P2移动到目标位置P3。
[0116] 值得一提的是,在进行路径规划时,控制器41会同时考虑环境中的禁区O1及障碍物O2。由此,当天车将货物从当前位置P0经由中继位置P1、P2移动至目标位置P3时,不会进入到禁区O1,也不会碰撞到障碍物O2。
[0117] 值得一提的是,于图2的实施例中,货物的横向移动(例如由中继位置P1移动至中继位置P2)是通过大车的移动来实现,纵向移动(例如由中继位置P2移动至目标位置P3)是通过小车的移动来实现,而斜向移动(例如由当前位置P0移动至中继位置P1)则是通过大车以及小车的同时移动来实现。
[0118] 如图2所示,本发明的控制架构包括了控制器41以及多个驱动器42。具体地,本发明中大车与小车分别具有用来控制马达的一或多个驱动器,所述多个驱动器42至少包括大车的主机驱动器、大车的从机驱动器以及小车驱动器等。为便于说明,图2中仅以单一个驱动器42为例,但并不以此为限。
[0119] 于一实施例中,控制器41可例如为可程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、中央处理单元(Central Process Unit,CPU)、微控制单元(Micro Control Unit,MCU)、现场可程序化逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)或系统单芯片(System on Chip,SoC)等的任意组合,不加以限定。
[0120] 如图2所示,控制器41可包括路径规划模块411及防摇摆控制器412。请参阅图2,路径规划模块411取得所述当前位置P0及使用者设定的目标位置P3,基于当前位置P0及目标位置P3进行路径规划后产生对应的位置命令。防摇摆控制器412持续从天车上的主吊驱动器取得吊绳当前的绳长信息,并且基于位置命令以及绳长信息产生一个防摇摆位置命令。若天车上的各个驱动器42分别依据这个防摇摆位置命令来控制各个马达运转,则天车可以在避免货物过度摇摆的前提下移动至目标位置P3。
[0121] 值得一提的是,所述防摇摆位置命令为CSP命令,并且控制器41同步下达此CSP命令给天车上的各个驱动器42。由此,本发明可以实现对于天车上的多个马达的同步控制。
[0122] 如图2所示,天车的任一驱动器42可以包括自动位置控制器(Automatic Position Regulator,APR)421、自动速度控制器(Automatic Speed Regulator,ASR)422、内环控制模块423及逆变器电路427。APR 421从控制器41接收防摇摆位置命令,并经处理后产生对应的速度命令。ASR 422接收APR 421产生的速度命令,并经处理后产生对应的转矩命令。内环控制模块423接收ASR 422产生的转矩命令并经处理后产生对应的电压命令,并且利用逆变器电路427实际输出三相电压给对应的马达43,以控制对应的马达43转动。
[0123] 于本实施例中,由于控制器41在产生防摇摆位置命令时考虑了目标位置以及吊绳的绳长信息。因此,当多个驱动器42分别控制对应的多个马达43转动时,天车可以在运行过程中抑制货物摇摆,并让货物从当前位置移动到目标位置,以实现防摇摆控制。
[0124] 值得一提的是,所述控制器41及驱动器42可以电子电路实现并于内部记录有电脑可执行程序码。当控制器41与驱动器42分别执行内部程序码后,即可基于所要执行的功能而于内部建立所述路径规划模块411、防摇摆控制器412、APR 421、ASR 422及内环控制模块423等模块,及提供一逆变器电路427。换句话说,所述模块411‑412、421‑423为电子电路结合程序码所实现的软体模块。
[0125] 于另一实施例中,控制器41及驱动器42亦可以硬体方式实现上述模块411‑412、421‑423,及提供一逆变器电路427,但并不以此为限。
[0126] 续请参阅图3,为本发明的辅助编码器安装于轨道暨全闭环控制的架构示意图。
[0127] 本发明中,请参阅图1A、图1B及图3,天车1、2的大车11、21及小车12、22分别具有对称的两组轮轴,图3所示者为大车11、21或小车12、22的其中一组轮轴。如图3所示,所述轮轴包括至少一个轮子31、控制轮子31转动的马达32以及马达32上的主编码器33。轮子31设置于轨道30(主轨道或小车轨道)上。马达32控制轮子31于轨道30上移动,并且主编码器33检测马达32运转的位置并持续产生马达32的位置回授信息。
[0128] 如图3所示,轨道30的其中一侧还设置有辅助编码器34。于一实施例中,辅助编码器34可例如为红外线侧距仪或激光测距仪,但不以此为限。辅助编码器34持续检测轨道30上的轮子31的位置,亦即检测大车11、21或小车12、22的位置,并产生辅助位置回授信息。
[0129] 本发明中,各个驱动器42分别通过主吊的绳长信息、一或多个主编码器33对应马达32的位置回授信息以及辅助编码器34的辅助位置回授信息来进行全闭环控制,据以修正轮轴打滑所造成的定位误差,以达到精准的定位效果。
[0130] 如图3所示,本发明的全闭环控制是通过全闭环演算模块5来实现。所述全闭环演算模块5可由软体方式或硬体方式来实现,并且基于所需功能而包含了编码器齿比计算模块51及低通滤波器52。本发明中,编码器齿比计算模块51及低通滤波器52可为硬体模块,或是由电子电路结合程序码所实现的软体模块。
[0131] 本发明中,请参阅图3,各个驱动器42可以选择性地执行全闭环演算模块5的功能。具体地,全闭环演算模块5通过编码器齿比计算模块51来从主编码器33(包含对应主机马达的主编码器、对应从机马达的主编码器以及对应小车马达的主编码器)接收主编码器回授(即,所述位置回授信息)。并且,编码器齿比计算模块51计算马达转动时辅助编码器34的脉冲回授以及马达转动时对应的主编码器的解析度的一比值。
[0132] 另一方面,全闭环演算模块5还通过低通滤波器52接收辅助编码器回授(即,所述辅助位置回授信息),计算辅助编码器回授与所述比值的差值,并且对此差值进行滤波处理。并且,低通滤波器52将滤波处理后的差值与所述比值相加,以产生一个等效位置回授。本发明中,各个驱动器42可基于全闭环演算模块5所产生的等效位置回授来产生速度命令(以及据以计算转矩命令),借以控制对应的马达43转动。如此一来,天车可以通过这些驱动器42的控制来修正因为轮轴打滑所造成的定位误差,进而达到精准定位的目的。
[0133] 续请参阅图4A,为本发明的天车架构示意图的第一具体实施例。如图4A所述,天车具有设置在主轨道上的大车21以及设置在大车21上的小车轨道的小车22。大车21具有受主机马达61控制的第一车轮组以及受从机马达62控制的第二车轮组,大车21通过第一车轮组及第二车轮组跨设于主轨道上。其中第一车轮组及第二车轮组分别具有至少一个车轮,但并不以此为限。
[0134] 更具体地,主轨道包括供第一车轮组移动的第一轨道以及供第二车轮组移动的第二轨道,第一轨道与第二轨道平行并且第一轨道与第二轨道的至少其中之一上设置有辅助编码器65。
[0135] 于一实施例中,辅助编码器65设置在第一轨道上(又称为主机辅助编码器),用以检测第一车轮组以产生主机辅助位置回授。于一实施例中,辅助编码器65设置在第二轨道上(又称为从机辅助编码器),如图4A所示,用以检测第二车轮组以产生从机辅助位置回授。于一实施例中,辅助编码器65同时包括设置在第一轨道上的主机辅助编码器以及设置在第二轨道上的从机辅助编码器,并且主机辅助编码器与从机辅助编码器可以分别产生主机辅助位置回授以及从机辅助位置回授。
[0136] 如图4A所示,主机马达61上具有依据主机马达61的旋转位置来产生位置回授的主机主编码器611,从机马达62上具有依据从机马达62的旋转位置来产生位置回授的从机主编码器621。并且,本发明的控制架构还包括对主机马达61进行控制并接收主机主编码器611的位置回授的主机驱动器63,以及对从机马达62进行控制并接收从机主编码器621的位置回授的从机驱动器64。通过由主机驱动器63控制主机马达61并由从机驱动器64控制从机马达62,本发明的控制架构可以在控制天车移动时实现纠偏控制。
[0137] 请同时参阅图4B,为本发明的天车架构示意图的第二具体实施例。如图4B所示,小车22具有受小车马达66控制的小车车轮组,所述小车车轮组设置在大车21上的小车轨道。所述小车轨道上设置有小车辅助编码器68,用以检测小车车轮组以产生小车22的辅助位置回授。其中小车车轮组具有至少一个小车车轮,但并不以此为限。
[0138] 于一实施例中,小车车轮组具有单一个小车车轮并且受单一个小车马达66所控制。于另一实施例中,小车车轮组具有两个小车车轮并且分别受两个小车马达66所控制。于另一实施例中,小车车轮组具有两个小车车轮,并且这两个小车车轮受单一个小车马达66所控制。但是,上述仅为本发明的部分具体实施范例,但并不以此为限。
[0139] 如图4B所示,小车马达66上具有依据小车马达66的旋转位置来产生位置回授的小车主编码器661。本发明的控制架构还包括对小车马达66进行控制并接收小车主编码器661的位置回授的小车驱动器67。本发明中,小车驱动器67依据小车主编码器661的位置回授以及小车辅助编码器68的辅助位置回授来控制小车马达66,由此实现自动化控制。
[0140] 如前文中所述,本发明中,控制器41会产生CSP命令并同时发送给大车、小车以及主吊对应的多个驱动器,由此实现防摇摆控制、全闭环控制以及纠偏控制。由于要达到大车两个轮轴的纠偏控制,因此大车的主机驱动器与从机驱动器如何互动,即为本发明中重要的技术特征,以下将详细说明。
[0141] 请参阅图5,为本发明的天车架构方块图的第一具体实施例。于图5的实施例中,本发明的控制架构包括人机界面40、控制器41、主吊71、小车8以及大车9。大车9具有主机马达93及从机马达95,并且具有分别控制主机马达93的主机驱动器91以及控制从机马达95的从机驱动器92。此两个驱动器91、92被配置来驱动主机马达93与从机马达95,使得大车9可于主轨道上沿着X轴方向移动。其中,主机驱动器91与从机驱动器92分别连接控制器41。
[0142] 如图5所示,主机马达93上具有主机主编码器931,从机马达95上具有从机主编码器951,并且所述主轨道上设置有大车辅助编码器94。本实施例中,主机马达93、从机马达95和大车辅助编码器94与大车机构96直接连接,以控制大车机构96的作动并产生对应的位置回授信息。
[0143] 小车8具有小车马达82以及控制小车马达82的小车驱动器81。小车驱动器81连接控制器41,并且驱动小车马达82转动,使得小车8可在小车轨道上沿着Y轴方向移动。小车马达82上具有小车主编码器821,并且所述小车轨道上设置有小车辅助编码器83。本实施例中,小车马达82和小车辅助编码器83与小车机构84直接连接,以控制小车机构84的作动并产生对应的辅助位置回授信息。
[0144] 主吊71设置于小车8的一侧,并且具有控制主吊马达712的主吊驱动器711。所述主吊驱动器711通过对主吊马达712的控制来驱动与主吊马达712连动的主吊机构713上的吊绳沿着Z轴方向进行升降,并且于吊绳的升降过程中持续计算吊绳的绳长信息。
[0145] 人机界面40用以接受使用者的外部操作,以输入天车上吊挂的货物的目标位置。
[0146] 控制器41连接人机界面40、主吊71的主吊驱动器711、小车8的小车驱动器81以及大车9的主机驱动器91以及从机驱动器92。本发明中,控制器41从人机界面40接收使用者设定的目标位置,并且从主吊71接收主吊驱动器711计算的绳长信息。并且,控制器41基于目标位置进行路径规划以产生对应的位置命令,再利用绳长信息结合位置命令来计算所述防摇摆位置命令。如前文所述,控制器41的防摇摆位置命令为CSP命令,由此可对小车马达82、主机马达93以及从机马达95进行同步控制。
[0147] 本发明中,大车9的主机驱动器91及从机驱动器92可以基于所接收的防摇摆位置命令、两个主编码器931、951的其中之一的位置回授,以及大车辅助编码器94的辅助位置回授来进行所述全闭环演算。由此,本发明的控制架构在通过控制器41、主机驱动器91及从机驱动器92来控制大车9移动时,可以实现精准定位。
[0148] 值得一提的是,为了对大车9的两组轮轴进行纠偏控制,控制器41可以对大车9的主机驱动器91以及从机驱动器92进行转矩分配控制或是转矩补偿控制,分述如下。
[0149] 在转矩分配控制模式下,大车9的主机驱动器91会先基于全闭环演算后产生的命令(例如位置命令或速度命令)来产生对应的转矩命令,并且依此转矩命令控制主机马达93进行运转。另一方面,大车9的从机驱动器92会跟随主机驱动器91的速度命令及转矩命令来控制从机马达95运转,由此达到二轮轴(分别由主机马达93及从机马达95控制)的纠偏控制。
[0150] 在转矩补偿控制模式下,大车9的主机驱动器91及从机驱动器92会计算两个主编码器931、951的位置回授其中之一与大车辅助编码器94的辅助位置回授的位置误差,并且将此位置误差做为同动控制(Proportion‑Integration‑Differentiation Control,PID Control)的来源,借以对所产生的转矩命令进行补偿。最后,主机驱动器91与从机驱动器92再分别控制主机马达93及从机马达95依据补偿后的转矩命令进行运转,由此达到二轮轴的纠偏控制。
[0151] 图5所示者为在转矩分配模式下,主机驱动器91与从机驱动器92的配置架构。
[0152] 如图5所示,主机驱动器91与从机驱动器92通过通信界面90进行有线连接或无线连接。主机驱动器91主要包括大车第一APR 911、大车第一ASR 912、第一内环控制模块913、大车全闭环演算模块914及主机逆变器电路917。
[0153] 大车第一APR 911自控制器41接收防摇摆位置命令,从大车全闭环演算模块914接收位置回授,并且再基于防摇摆位置命令以及位置回授产生主机马达93的速度命令。大车第一ASR 912从大车第一APR 911接收所述速度命令,并且基于速度命令产生对应的转矩命令。第一内环控制模块913则从大车第一ASR 912接收所述转矩命令,并且再基于转矩命令产生控制大车9的电压命令。主机逆变器电路917从第一内环控制模块913接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,驱动主机马达93进行转动。
[0154] 本实施例中,大车9由主机驱动器91执行大车全闭环演算模块914的功能。其中,大车全闭环演算模块914主要是从主机主编码器931接收主机马达93的主机位置回授,从大车辅助编码器94接收大车9的辅助位置回授,并且再基于主机位置回授以及辅助位置回授来产生所述位置回授,并回馈至大车第一APR 911。
[0155] 从机驱动器92主要包括磁滞限制器920、大车第二ASR 922、第二内环控制模块923、速度演算模块925及从机逆变器电路927。本实施例中,从机驱动器92通过通信界面90连接主机驱动器91,并且从主机驱动器91取得大车第一APR 911产生的速度命令以做为参考速度,并且取得大车第一ASR 912产生的转矩命令以做为参考转矩。
[0156] 本实施例中,速度演算模块925从从机主编码器951接收从机马达95的从机位置回授,并且基于从机位置回授产生对应的速度回授。
[0157] 磁滞限制器920通过通信界面90从主机驱动器91取得所述参考速度,从速度演算模块925取得所述速度回授,并且依据参考速度及速度回授产生对应的第二速度命令。于一实施例中,磁滞限制器920是将参考速度减去速度回授,以产生第二速度命令。
[0158] 大车第二ASR 922从磁滞限制器920接收所述第二速度命令,并且产生对应的第二转矩命令。第二内环控制模块923通过通信界面90从主机驱动器91取得参考转矩,从大车第二ASR 922取得所述第二转矩命令,并且再依据参考转矩及第二转矩命令来控制从机马达95进行转动。于一实施例中,第二内环控制模块923是将参考转矩与第二转矩命令进行相加以产生补偿后转矩命令,并且再基于补偿后转矩命令产生控制从机马达95的电压命令。从机逆变器电路927从第二内环控制模块923接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,驱动控制从机马达95进行运转。
[0159] 于图5的实施例中,小车驱动器81主要包括小车APR 811、小车ASR 812、小车内环控制模块813、小车全闭环演算模块814及小车逆变器电路817。小车全闭环演算模块814从小车主编码器821接收小车马达82的位置回授,从小车辅助编码器83接收小车8的辅助位置回授,并且基于位置回授以及辅助位置回授来产生小车位置回授并回馈给小车APR 811。
[0160] 小车APR 811从控制器41接收防摇摆位置命令,从小车全闭环演算模块814接收小车位置回授,并且基于防摇摆位置命令以及小车位置回授产生小车8的速度命令。小车ASR 812从小车APR 811接收速度命令,并基于速度命令产生小车8的转矩命令。小车内环控制模块813则从小车ASR 812接收转矩命令,并且依据转矩命令产生控制小车马达82的电压命令。小车逆变器电路817从小车内环控制模块813接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,驱动控制小车马达82的转动。
[0161] 值得一提的是,上述小车驱动器81的多个模块811‑814、主机驱动器91的多个模块911‑914及从机驱动器92的多个模块920、922、923、925可为硬体模块,或由电子电路结合程序码实现的软体模块。
[0162] 通过上述控制架构,控制器41可以在同时控制大车9、小车8及主吊71对应的驱动器的运作时,实现防摇摆控制及全闭环控制,并且通过让从机驱动器92跟随主机驱动器91的速度命令与转矩命令来实现转矩分配型的纠偏控制。
[0163] 续请参阅图6,为本发明的天车架构方块图的第二具体实施例。图6所示者为在转矩补偿控制模式下,主机驱动器91与从机驱动器92的配置架构。
[0164] 于图6的实施例中,主机驱动器91与从机驱动器92的配置架构与图5的实施例相似,差异在于主机驱动器91还包括一个用以对主机马达93与从机马达95的转矩命令进行补偿的同动控制器915。
[0165] 如图6所示,主机驱动器91包括大车第一APR 911、大车第一ASR 912、第一内环控制模块913、大车全闭环演算模块914、同动控制器915及主机逆变器电路917。
[0166] 大车全闭环演算模块914从主机主编码器931接收主机马达93的主机位置回授,从大车辅助编码器94接收大车9的辅助位置回授,并且基于主机位置回授及辅助位置回授产生对应的第一位置回授。大车第一APR 911从控制器41接收防摇摆位置命令,从大车全闭环演算模块914接收第一位置回授,并且依据防摇摆位置命令以及第一位置回授产生主机马达93的速度命令。
[0167] 大车第一ASR 912从大车第一APR 911接收速度命令,并且接收主机马达93的速度回授,最后再基于速度命令以及速度回授产生主机马达93的转矩命令。于一实施例中,大车第一ASR 912是将大车第一APR 911产生的速度命令减去主机马达93的速度回授以产生速度误差,并且再依据速度误差产生对应的转矩命令。
[0168] 同动控制器915从主机主编码器931接收主机马达93的主机位置回授。并且,同动控制器915还通过通信界面90从从机驱动器92接收从机马达95的从机位置回授。由此,同动控制器915基于主机位置回授以及从机位置回授产生对主机马达93进行补偿的主机扭矩补偿值以及对从机马达95进行补偿的从机扭矩补偿值。
[0169] 第一内环控制模块913从大车第一ASR 912接收主机马达93的转矩命令,从同动控制器915接收主机扭矩补偿值,并且基于转矩命令及主机扭矩补偿值来控制主机马达93进行转动。于一实施例中,第一内环控制模块913是将大车第一ASR 912产生的转矩命令与同动控制器915产生的主机扭矩补偿值进行相加以产生补偿后转矩命令,并且基于补偿后转矩命令产生控制主机马达93的电压命令。主机逆变器电路917从第一内环控制模块913接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,对主机马达93进行驱动控制。
[0170] 于图6的实施例中,从机驱动器92不再跟随主机驱动器91的速度命令及转矩命令,而是通过通信界面90提供从机马达95的从机位置回授给主机驱动器91进行运算,并且从主机驱动器91取得运算后产生的从机扭矩补偿值。
[0171] 具体地,从机驱动器92包括大车第二APR 921、大车第二ASR 922、第二内环控制模块923、大车全闭环演算模块924及从机逆变器电路927。大车全闭环演算模块924从从机主编码器951接收从机马达95的从机位置回授,从大车辅助编码器94接收大车9的辅助位置回授,并且基于从机位置回授和辅助位置回授产生对应的第二位置回授。
[0172] 于图6的实施例中,从机驱动器92是通过通信界面90来经由主机驱动器91取得辅助位置回授。然而,于其他实施例中,从机驱动器92亦可直接连接大车辅助编码器94来取得辅助位置回授,并且改由主机驱动器91通过通信界面90来经由从机驱动器92取得大车辅助编码器94的辅助位置回授,而不以图6中所示的配置关系为限。
[0173] 大车第二APR 921从控制器41接收防摇摆位置命令,从大车全闭环演算模块924取得第二位置回授,并且基于防摇摆位置命令及第二位置回授产生从机马达95的速度命令。大车第二ASR 922从大车第二APR 921接收速度命令,并接收从机马达95的速度回授,并且再基于从机马达95的速度命令以及速度回授来产生从机马达95的转矩命令。
[0174] 第二内环控制模块923从大车第二ASR 922接收从机马达95的转矩命令,并且通过通信界面90从主机驱动器91接收同动控制器915运算产生的从机扭矩补偿值。最后,第二内环控制模块923基于转矩命令及从机扭矩补偿值控制从机马达95进行转动。于一实施例中,第二内环控制模块923是将大车第二ASR 922产生的转矩命令与同动控制器915产生的从机扭矩补偿值进行相加以产生补偿后转矩命令,并且基于补偿后转矩命令产生控制从机马达95的电压命令。从机逆变器电路927从第二内环控制模块923接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,对从机马达95进行驱动控制。
[0175] 本实施例中,主机驱动器91的多个模块911‑915及从机驱动器92的多个模块921‑924可为硬体模块,或由电子电路结合程序码实现的软体模块。
[0176] 通过上述控制架构,控制器41可以在同时控制大车9、小车8及主吊71对应的驱动器的运作时,实现防摇摆控制及全闭环控制,并且通过让主机驱动器91及从机驱动器92基于转矩命令以及扭矩补偿值来控制主机马达93及从机马达95,由此实现转矩补偿型的纠偏控制。
[0177] 续请参阅图7,为本发明的天车架构方块图的第三具体实施例。图7所示者为在转矩补偿控制模式下,主机驱动器91与从机驱动器92的配置架构。
[0178] 于图7的实施例中,主机驱动器91与从机驱动器92的配置架构与图6的实施例相似,差异在于主机驱动器91与从机驱动器92各自配置有一个同动控制器915、926。
[0179] 如图7所示,主机驱动器91包括大车第一APR 911、大车第一ASR 912、第一内环控制模块913、大车全闭环演算模块914、同动控制器915及主机逆变器电路917。
[0180] 大车全闭环演算模块914从主机主编码器931接收主机马达93的主机位置回授,从大车辅助编码器94接收大车9的辅助位置回授,并且基于主机位置回授及辅助位置回授产生对应的第一位置回授。大车第一APR 911基于从控制器41接收的防摇摆位置命令及从大车全闭环演算模块914接收的第一位置回授产生主机马达93的速度命令。大车第一ASR 912基于从大车第一APR 911接收的速度命令以及主机马达93的速度回授产生主机马达93的转矩命令。
[0181] 本实施例中,主机驱动器91通过同动控制器915或是其他模块(图未标示)来从主机主编码器931接收主机位置回授,通过通信界面90从从机驱动器92接收从机马达95的从机位置回授,并且计算主机位置回授及从机位置回授的平均值。本实施例中,主机驱动器91计算所述平均值与主机位置回授的位置误差,并且由同动控制器915基于此位置误差产生主机扭矩补偿值。
[0182] 第一内环控制模块913从大车第一ASR 912接收主机马达93的转矩命令,从同动控制器915接收主机扭矩补偿值,并且再基于转矩命令及主机扭矩补偿值控制主机马达93进行转动。于一实施例中,第一内环控制模块913是将转矩命令与主机扭矩补偿值相加以产生补偿后转矩命令,并且再依据补偿后转矩命令产生控制主机马达93的电压命令。主机逆变器电路917从第一内环控制模块913接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,驱动控制主机马达93转动。
[0183] 相似于主机驱动器91,从机驱动器92包括大车第二APR 921、大车第二ASR 922、第二内环控制模块923、大车全闭环演算模块924、同动控制器926及从机逆变器电路927。
[0184] 第二全闭环演算模块924基于从从机主编码器951接收从机马达95的从机位置回授以及从大车辅助编码器94接收的大车9的辅助位置回授产生对应的第二位置回授。大车第二APR 921基于从控制器41接收的防摇摆位置命令及从第二全闭环演算模块924接收的第二位置回授产生从机马达95的速度命令。大车第二ASR 922基于从大车第二APR 921接收的速度命令以及从机马达95的速度回授产生对应从机马达95的转矩命令。
[0185] 与主机驱动器91相似,从机驱动器92通过同动控制器926或其他模块(图未标示)从从机主编码器951接收从机位置回授,通过通信界面90从主机驱动器91接收主机位置回授,计算从机位置回授及主机位置回授的平均值,并且再计算此平均值与从机位置回授的位置误差。并且,从机驱动器92再通过同动控制器926来基于此位置误差产生对应的从机扭矩补偿值。
[0186] 第二内环控制模块923接收大车第二ASR 922产生的转矩命令,接收同动控制器926产生的从机扭矩补偿值,并再基于转矩命令及从机扭矩补偿值控制从机马达95进行转动。于一实施例中,第二内环控制模块923是将转矩命令与从机扭矩补偿值相加以产生补偿后转矩命令,并且再依据补偿后转矩命令产生控制从机马达95的电压命令。从机逆变器电路927从第二内环控制模块923接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,驱动控制从机马达95转动。
[0187] 值得一提的是,于图7的实施例中,大车辅助编码器94是设置于第一轨道并连接主机驱动器91,因此主机驱动器91可以直接从大车辅助编码器94取得辅助位置回授,而从机驱动器92需通过通信界面90连接主机驱动器91,再经由主机驱动器91来取得大车辅助编码器94的辅助位置回授。于另一实施例中,大车辅助编码器94亦可设置于第二轨道并连接从机驱动器92,使得从机驱动器92可以直接从大车辅助编码器94取得辅助位置回授,而不需要通过通信界面90连接主机驱动器91;反之,此实施例改由主机驱动器91需通过通信界面90连接从机驱动器92,以经由从机驱动器92来取得大车辅助编码器94的辅助位置回授。但是,上述仅为本发明的其中一个具体实施范例,但并不以此为限。
[0188] 本实施例中,主机驱动器91的多个模块911‑915及从机驱动器92的多个模块921‑924、926可为硬体模块,或由电子电路结合程序码实现的软体模块。
[0189] 通过上述控制架构,控制器41可以在同时控制大车9、小车8及主吊71对应的驱动器的运作时,实现防摇摆控制及全闭环控制,并且通过让主机驱动器91及从机驱动器92基于转矩命令以及扭矩补偿值来分别控制主机马达93及从机马达95,由此实现转矩补偿型的纠偏控制。
[0190] 续请参阅图8,为本发明的天车架构方块图的第四具体实施例。图8所示者为在转矩补偿模式下,主机驱动器91与从机驱动器92的配置架构。
[0191] 于图8的实施例中,主机驱动器91与从机驱动器92的配置架构与图6的实施例相似,差异在于大车于第一轨道上设置有主机辅助编码器941并且于第二轨道上设置有从机辅助编码器942。其中,主机辅助编码器941检测第一轨道上受主机马达93控制的大车车轮组并产生对应的辅助位置回授,而从机辅助编码器942检测第二轨道上受从机马达95控制的大车车轮组并产生对应的辅助位置回授。
[0192] 如图8所示,主机驱动器91包括大车第一APR 911、大车第一ASR 912、第一内环控制模块913、大车全闭环演算模块914、同动控制器915及主机逆变器电路917。
[0193] 大车全闭环演算模块914从主机主编码器931接收主机马达93的主机位置回授,从主机辅助编码器941接收对应至大车9的第一轨道的主机辅助位置回授,并且依据主机位置回授及主机辅助位置回授产生对应的第一位置回授。
[0194] 大车第一APR 911基于从控制器41接收的防摇摆位置命令及从大车全闭环演算模块914接收的第一位置回授产生主机马达93的速度命令。大车第一ASR 912基于从大车第一APR 911接收的速度命令以及主机马达93的速度回授产生主机马达93的转矩命令。
[0195] 本实施例中,同动控制器915的运作机制不同于图6及图7的实施例。具体地,本实施例中,同动控制器915是从主机辅助编码器941接收主机辅助位置回授,通过通信界面90来经由从机驱动器92从从机辅助编码器942取得大车9对应至第二轨道的从机辅助位置回授,并且基于主机辅助位置回授以及从机辅助位置回授产生对主机马达93进行补偿的主机扭矩补偿值以及对从机马达95进行补偿的从机扭矩补偿值。
[0196] 第一内环控制模块913接收大车第一ASR 912产生的转矩命令,接收同动控制器915产生的主机扭矩补偿值,并且再基于转矩命令及主机扭矩补偿值控制主机马达93进行转动。于一实施例中,第一内环控制模块913将主机马达93的转矩命令与主机扭矩补偿值相加以产生补偿后转矩命令,并且再基于补偿后转矩命令产生控制主机马达93的电压命令。
主机逆变器电路917从第一内环控制模块913接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,驱动控制主机马达93转动。
[0197] 本实施例中,从机驱动器92包括大车第二APR 921、大车第二ASR 922、第二内环控制模块923、大车全闭环演算模块924及从机逆变器电路927。
[0198] 大车全闭环演算模块924从从机主编码器951接收从机马达95的从机位置回授,从从机辅助编码器942接收对应至大车9的第二轨道的从机辅助位置回授,并且依据从机位置回授及从机辅助位置回授产生对应的第二位置回授。
[0199] 大车第二APR 921基于从控制器41接收的防摇摆位置命令及从大车全闭环演算模块924接收的第二位置回授产生从机马达95的速度命令。大车第二ASR 922基于从大车第二APR 921接收的速度命令以及从机马达95的速度回授产生从机马达95的转矩命令。
[0200] 本实施例中,第二内环控制模块923从大车第二ASR 922接收从机马达95的转矩命令,通过通信界面90来从主机驱动器91接收同动控制器915运算产生的从机扭矩补偿值,并且再基于从机马达95的转矩命令及从机扭矩补偿值控制从机马达95进行转动。于一实施例中,第二内环控制模块923将转矩命令与从机扭矩补偿值相加以产生补偿后转矩命令,并且再基于补偿后转矩命令产生控制从机马达95的电压命令。从机逆变器电路927从第二内环控制模块923接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,驱动控制从机马达95转动。
[0201] 于图8的实施例中,由于轨道上同时设置有对应至第一轨道上的被主机马达93带动的第一车轮组的主机辅助编码器941以及对应至第二轨道上的被从机马达95带动的第二车轮组的从机辅助编码器942,因此主机驱动器91与从机驱动器92不需要通过通信界面90来传递主机位置回授以及从机位置回授,即可直接与对应的辅助位置回授计算。并且,由于主机驱动器91于计算转矩补偿值时可以同时参考对应至主机马达93的主机辅助位置回授以及对应至从机马达95的从机辅助位置回授,因此所产生的主机扭矩补偿值以及从机扭矩补偿值可以有效地实现纠偏控制。
[0202] 于前述多个实施例中,大车9是使用两个驱动器来分别控制主机马达93与从机马达95,因此需要对大车9的两组轮轴进行纠偏控制。然而,于悬梁式天车或龙门式天车的跨距不大的配置,则可以使用单一个驱动器来同时控制大车的两个马达93、95的实施例中,大车驱动器可以使用与前文所述的小车驱动器相似的配置架构,以下将详细说明。
[0203] 请参阅图9,为本发明的天车架构方块图的第五具体实施例。于图9的实施例中,与前述图5至图8等实施例不同,大车9具有同时控制主机马达93及从机马达95的单一个大车驱动器42。具体地,大车驱动器42用以同时驱动大车9的主机马达93及从机马达95,使得大车9可于主轨道上沿X轴方向移动。本实施例中,主机马达93及从机马达95的至少其中之一具有主编码器(例如主机主编码器931),并且所述主轨道上设置有大车辅助编码器94。
[0204] 与前述其他的实施例相似,请参阅图5,本实施例的小车8具有控制小车马达82的小车驱动器81,并且小车驱动器81可驱动小车马达82,使得小车8可于大车9上的小车轨道上沿着Y轴方向移动。
[0205] 与前述其他的实施例相似,请参阅图5,本实施例的主吊71设置于小车一侧,具有控制主吊马达712的主吊驱动器711,并且主吊驱动器711会在驱动主吊马达712连动的主吊机构713,使主吊机构713上的吊绳沿着Z轴方向进行升降时持续计算吊绳的绳长信息。
[0206] 与前述其他的实施例相似,人机界面40可接受使用者的外部操作,以输入天车上吊挂的货物的目标位置。控制器41连接大车9的大车驱动器42、小车驱动器81、主吊驱动器711及人机界面40,基于目标位置进行路径规划以产生对应的位置命令,并且利用绳长信息结合位置命令计算防摇摆位置命令。所述防摇摆位置命令与前述其他实施例相同,于此不再赘述。
[0207] 本实施例中,大车9的大车驱动器42主要可基于防摇摆位置命令、主编码器931的位置回授(与主机马达93或从机马达95相关)以及大车辅助编码器94的辅助位置回授(与大车9相关)进行全闭环演算,并且基于全闭环演算产生的速度命令(及转矩命令)来同时控制主机马达93及从机马达95进行运转。
[0208] 更具体地,于图9的实施例中,大车9的大车驱动器42包括APR 421、ASR 422、内环控制模块423、全闭环演算模块424及逆变器电路427。
[0209] 全闭环演算模块424从主编码器931接收主机马达93或从机马达95的位置回授,从大车辅助编码器94接收大车9的辅助位置回授,并且基于位置回授及辅助位置回授产生对应的大车位置回授。APR 421基于从控制器41接收的防摇摆位置命令及从全闭环演算模块424接收的大车位置回授产生大车9的速度命令。ASR 422基于大车APR 421产生的速度命令来产生对应的转矩命令。内环控制模块423则接收大车ASR 422产生的转矩命令,并基于转矩命令产生控制主机马达93及从机马达95的电压命令。逆变器电路427从内环控制模块423接收所述电压命令,通过功率元件的开关切换输出对应的三相电压,来同时驱动控制主机马达93及从机马达95的转动。
[0210] 于本实施例中,主机马达93、从机马达95及大车辅助编码器94直接连接大车9的大车结构96,因此大车驱动器42可以通过大车辅助编码器94获得辅助位置回授,并且通过主机马达93与从机马达95来控制大车结构96进行运作。
[0211] 小车驱动器81的配置结构与前述其他实施例相同,于此不再赘述。
[0212] 通过本发明的控制架构,天车的控制器及驱动器可以在控制多个马达使天车移动的同时进行防摇摆控制、全闭环控制以及纠偏控制,由此在实现自动化天车控制的同时,解决因天车移动而造成货物摇摆、因车轮打滑而造成定位不精准,以及因大车的二轮轴跨距过大而产生位移偏差的问题。
[0213] 以上所述仅为本发明的较佳具体实例,非因此即局限本发明的专利范围,故凡运用本发明内容所为的等效变化,均同理皆包含于本发明的范围内,合予陈明。