CN104936702A - 用于调节驱动装置的旋转速度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于调节驱动了轴(20)的驱动装置的旋转速度的方法和相应的装置，其中，旋转速度的调节借助调节装置来实现，该调节装置被输送有以对于旋转速度的额定值和实际值形成的调节偏差，其中，在轴(20)处借助第一传感器(22)和至少一个另外的传感器(24)检测对于轴(20)的旋转速度的实际值，并且其中实际值根据对由第一和至少一个另外的传感器(22，24)获得的各个旋转速度测量值的加权的总体观察来形成。

Description

用于调节驱动装置的旋转速度的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于调节驱动装置的、尤其是重载驱动装置的旋转速度的方法，以及一种根据该方法工作的装置。驱动装置驱动了轴，并且借助调节装置实现对旋转速度的调节，调节装置被输送有以对于旋转速度的预设的或者能预设的额定值和对于旋转速度的实际值形成的调节偏差。

背景技术

用于粉碎易碎材料的、例如水泥原材料的垂直磨机易于受到驱动系中的强烈的机械扭转振动的影响。为了能够以调节技术上的途径克服这种扭转振动，为了控制驱动这种磨机的重载驱动装置而需要关于在驱动系的至少一个位置处的实际的旋转角度或者其时间上的导数、即例如旋转速度的信息。为了获得测量值，例如考虑电动机的转子。常规的旋转角度调节器基于借助扫描单元检测量具的相对移动。扫描单元在此以合适的方式和方法位置固定地安装并且量具例如安装在轴的圆周处。

然而，这种测量、例如对旋转速度的测量的精度受到以下影响，即在整体量具和扫描单元之间相对移动由不同移动分量的叠加组成。在实践中，该移动分量能够是基于轴支承部的间隙或者其他的不规则性、基于轴的挠曲、基于轴的非圆性、椭圆度或者环绕的离心率以及基于量具的装配精度或者制造精度的。

在调节轴的旋转速度时，除了旋转之外，所有另外的移动分量都作为干扰分量来观察。不精确的测量信号必然导致差的调节质量。特别是当干扰分量具有周期性、例如干扰分量基于量具的离心率时，该干扰分量能够导致巨大的问题。当具有至少一个其波谱线性分量的周期性的干扰分量遇到被调节的系统的固有频率时，这能够引发共振。

因为至今为止垂直磨机驱动装置和其他的重载驱动装置还没有被高动态地调节，因此该问题至今还没有显现并且相应地根据发明人的最佳的认知还没被研究。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种测量旋转速度的可行性，其避免上述的共振风险。

根据本发明，该目的利用一种用于调节驱动装置的、尤其是重载驱动装置的旋转速度的方法由此来实现，其中驱动装置驱动了轴、即使其置于旋转，并且借助调节装置实现旋转速度的调节，其中调节装置被输送有以对于旋转速度的预设的或者能预设的额定值和对于旋转速度的实际值形成的调节偏差，在轴处借助第一传感器以及借助至少一个另外的传感器检测对于轴的旋转角度的或者其时间上的导数的实际值、尤其是轴的旋转速度的实际值，并且旋转速度的实际值根据对由第一和至少一个另外的传感器获得的各个测量值、特别是旋转速度测量值的加权的总体观察形成。

通过检测轴的旋转角度或者该旋转角度的时间上的导数来直接或者间接地检测轴的旋转速度，是用于获得能够为调节驱动装置的旋转速度而使用的测量值的等价实施方式。为了不对下面内容的可读性造成不必要的困难，而继续基于对旋转速度的检测进行描述。然而，这应当始终被解读为，即也利用至少两个传感器交替地例如分别测量一个旋转角度并且由此能够通过时间上的导数能够求出旋转速度，或者例如分别测量旋转加速度并且由此通过时间上的积分同样能够求出旋转速度。

上述目的同样利用一种装置实现，其具有用于执行该方法的部件。这种用于调节驱动装置的、尤其是重载驱动装置的旋转速度的装置的特征在于，其中驱动装置驱动了轴、即使其置于旋转，并且其中为了调节旋转速度而设置调节装置，该调节装置被输送有以对于旋转速度的预设的或者能预设的额定值和对于旋转速度的实际值形成的调节偏差，轴附属有分别用于获取轴的旋转角度测量值的第一传感器和至少一个另外的传感器，并且旋转速度的实际值能够根据对由第一和至少一个另外的传感器获得的各个旋转速度测量值的加权的总体观察来形成并且在装置的运行中作为算术平均来形成。

本发明的优点在于，在多次获得轴的旋转速度的测量值时，虽然每个测量值还包括可能的周期性干扰分量，这些干扰分量在加权的总体观察时、例如在形成平均时被完全地或者至少部分地消除。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的内容。在此使用的引用关系通过相应的从属权利要求的特征来示出独立权利要求的内容的其他设计方案。其不应理解为放弃实现对所引用的从属权利要求的特征组合的显而易见的、具体的保护。此外，在权利要求的布局方面，在详细地具体化后续的权利要求中的特征时由此出发，即在相应的之前权利要求中不存在这种限制。最后应该指出的是，在此给出的方法也能够相应第改进相关的装置权利要求并且反之亦然。

在装置的实施方式中，第一传感器和另外的传感器中的一个或者每个以等距的布置沿着轴的外圆周分布并且旋转速度的实际值能够作为由第一和至少一个另外的传感器获得的各个旋转速度测量值的算术平均来形成，并且在装置运行中作为算术平均来形成。

算术平均或者算术平均值是平均值的一个特别简单的方式并且由此优选地考虑作为对由第一和至少一个另外的传感器获得的各个旋转速度测量值的加权的总体观察的能特别简单地实施的方式。

当装置包括除了第一传感器之外包括刚好一个另外的传感器、即刚好两个传感器并且另外的传感器与第一传感器相对地、尤其是精确相对地布置在轴处时，根据待平均的测量值的数量简化了算术平均的形成并且作为旋转速度的实际值得出了由两个传感器获得的测量值的一半总和。此外，在轴处精确相对地布置两个传感器能够相对简单地实现。

在此提出的用于重载驱动装置、尤其是如在垂直磨机中例如用于粉碎水泥原材料而设置的驱动装置的方案基本上也考虑用于另外类型的驱动装置。因此，本发明就此还涉及用于补偿在检测轴的旋转速度时的干扰的方法，其中，轴、尤其是重载驱动装置的轴附属有传感器，其中该方法的特征在于，轴附属有至少一个另外的传感器，并且对于轴的旋转速度的测量值作为对由第一和至少一个另外的传感器获得的各个测量值的加权的总体观察、特别是算术平均来形成。本发明此外还涉及一种相应的装置，即例如旋转速度探测器，用于补偿在检测轴的旋转速度时的干扰，其中，装置包括从属于轴、尤其是重载驱动装置的轴的传感器，并且其特征在于，装置包括从属于轴的至少一个另外的传感器，并且轴的旋转速度的测量值能够作为由第一和至少一个另外的传感器获得的测量值的加权的总体观察、特别是算术平均来形成。对于这种“广义的”方法和相应的广义的装置而言，对用于调节驱动装置的、尤其是重载驱动装置的旋转速度的方法和装置所说明的所有实施方式都被考虑为具体的实施方式。

附图说明

接下来根据附图进一步阐释本发明的实施例。彼此相对应的物体或者部件在所有的附图中都具有相同的参考标号。

实施例不应视为对本发明的限制。确切地说，在本公开文献的范畴内的改变和修订也是可行的，尤其是这种变体和组合，其对于本领域技术人员而言能够在解决该目的方面例如通过组合或者转化各个关联到在普遍的或者具体的说明书部分中描述的以及在权利要求书和/或附图中所包含的特征或者元素或者方法步骤来获取，并且通过能组合的特征产生新的对象或者产生新的方法步骤或者方法步骤顺序。

其示出：

图1是具有借助重载驱动装置驱动的轴的垂直磨机的示意性极简图，通过该驱动装置使垂直磨机的磨盘置于旋转，

图2和

图3以示意性的简化俯视图示出了轴的离心率或者振动，用于说明由此在以测量技术对轴的旋转速度进行检测时引出的故障，

图4是根据在此提出的方案用于检测轴的旋转速度的具有第一和至少一个另外的传感器的布置，以及

图5是根据在此提出的方案，用于补偿在检测轴的旋转速度时的干扰的装置的示意性的简化图。

具体实施方式

图1中的示图示意性地极简化地示出了用于粉碎易碎材料、例如水泥原材料的垂直磨机10。垂直磨机10包括能够围绕垂线旋转的磨盘12。磨盘12的驱动借助电机、尤其是电动机14来实现，并且在此示出的实例中借助处于电动机14和磨盘12之间的传动装置16实现。传动装置16在此在没有放弃尽可能的普遍适用性的情况下作为锥齿轮啮合示出。传动装置16例如还能够包括这种锥齿轮啮合或者类似物和前置的或者随后的行星传动装置。

垂直磨机10包括至少一个被驱动的轴18，20。在图1的视图中，垂直磨机10包括电动机轴18和磨盘轴20。用于将电动机14的驱动力传输到磨盘12上的所有部件被称为驱动系。在此，电动机14、电动机轴18、传动装置16和磨盘轴20属于传动系。

垂直磨机10总体上是能振动的系统。在垂直磨机10的运行中，电动机14使得磨盘12置于旋转。一个或者每个轴18，20以及传动装置16的特征在于一定的机械弹性，从而能够在垂直磨机10的内部形成扭转振动。然而，在垂直磨机10的运行中，要求有尽可能恒定的转速或者旋转速度的磨盘12。因此，磨盘12的旋转速度被直接或者间接地检测并且为了调节磨盘12的旋转速度或者为了调节电动机14的转速而使用。

为此设置至少一个相应的传感器22，24。在图1示出的实施方式中，传感器22，24从属于磨盘轴20并且相应地检测其旋转速度。磨盘轴20在下面仅简称为轴20。

为了调节旋转速度，设置有调节装置26。以已知的方式和方法将利用旋转速度的预设的或者能预设的额定值28和旋转速度的实际值30形成的调节偏差输送给调节装置。该调节装置26基于该调节偏差以同样已知的方式和方法输出用于控制电动机14的调节参量32。

在图1的图示中已经示出了传感器22和至少一个另外的传感器24，如其在此所提出的那样。通常，为了检测旋转速度而使用单个的传感器22，从而下面的说明首先从单个的传感器22和利用该单个的传感器22对旋转速度的检测出发。

对在磨盘轴20处(或者可替换地直接在磨盘12处)的旋转速度的检测具有以下效果，即可能的旋转速度偏差基于振动也被直接地检测到。该检测到的旋转速度然后能够用于对磨盘12的旋转速度的特别精确的调节。在此出于简化的原因，基于图1中的附图继续描述在磨盘轴20处的测量值获取。需要理解的是，相同的测量值获取也能够关于电动机轴18来实现，而不必相应地具体说明。用于在电动机轴18处获取测量值的替代的可行性相应地总是在下面的说明中连带读出。

在图1的附图中没有示出轴承或者类似物。这样的轴承当然存在。尽管如此，在垂直磨盘10的运行中还是产生轴20的离心或者轴20的在径向方向上的振动。在图2和3的附图中以示意性的简化图根据穿过轴20的横截面示出上述。

图2中的附图示出了在轴20离心时的状态。利用实线示出的圆是离心的轴20的位置的瞬时记录。利用虚线示出的第一圆(较大的)是没有离心的轴20的位置。利用虚线示出的第二个较小的圆是离心的轴20的中点的移动地点的轨迹。

应该理解的是，在轴20离心时在借助传感器22检测轴20的旋转速度时，旋转速度的测定的测量值是有误差的。

图3的附图示例性示出了在径向方向上振动的轴20的情况。利用实线示出的圆和两个利用虚线示出的具有相同半径的圆例如是振动的轴20的水平可能位置的瞬时记录。另外的内圆是离心的轴20的中点的移动地点的区域界线。

在此还需理解的是，在轴20振动时在借助传感器22检测轴20的旋转速度时，对于旋转速度的所测定的测量值是有误差的。

在实践中，轴20的离心度以及轴20的振动也能够产生组合，从而所展示的效果相加。

为了高精度地调节磨盘12的旋转速度或电动机14的转速，对于磨盘12的瞬时旋转速度的相应的测量值(旋转速度的实际值30)是有决定性意义的。特别是在轴20离心和/或轴20振动时，实际值30不仅仅是有误差的，而且该误差具有周期性。利用具有这样的周期性误差的实际值30形成的对磨盘12的旋转速度的调节带来风险，即整个系统，即垂直磨机10被激发出振动，该振动能够至少在设备的共振位置具有损害性的影响。

以下情况同样适用于图2中示出的状况。

参考在轴20的外周面上安装的量具测量的路径s与转速ω，时间t和轴的半径r相关：

s＝ωt·r

在轴20有离心度e时，基于该离心度附加地测量周期性的误差分量F_E:

s＝ωt·r+F_E

具有

$F_E=\sin \left(\mathrm{\ω}t\right)\·(1-\frac{r+e}{r})$

然后，相应的圆周速度作为测量路径的时间上的导数得出：

$v=\frac{ds}{dt}=\mathrm{\ω}\·(r+\cos (\mathrm{\ω}t)\·\[1-\frac{r+e}{r}\])$

如此测量的、即通常作为轴20的旋转速度的实际值30使用的并且接下来用于调节轴20的旋转速度的圆周速度包括以下周期性分量：

$cos\left(\mathrm{\ω}t\right)\·(1-\frac{r+e}{r})$

垂直磨机10的通常的驱动转速处于780转/分钟至1100转/分钟的范围中。该转速对应于ω＝13Hz至ω＝18Hz的旋转频率。其也是所测量的圆周速度的上述周期性分量或者周期性的误差分量F_E的频率。另一方面，垂直磨机10的驱动系的固有频率同样位于该范围中并且可能通过这样的测量误差来激发出振动。这基于以下，对于调节而言，轴的旋转速度的实际波动不能与在对于旋转速度所测量的实际值30中获得的周期性误差相区分，并且调节相应地导致激发出周期性的误差。由于旋转频率区域与固有频率区域的重叠而在此得出，该调节增强了这样的波动并进而引发了共振。

图4中的附图以示意性地简化的方式和方法示出了在此提出的解决方案的原理。完全如通常的方式(图2，图3)一样，轴20附属有传感器22，该传感器为了进行区分而称为第一传感器22。除了该第一传感器22之外，轴20还附属有至少一个另外的传感器24(与图1中的附图相比)。每个传感器22，24都提供一个用于轴20的旋转速度的-可能有误差的-测量值。在基于轴20的离心度和传感器22，24的示出的安装而假设有测量误差时，利用之前已经阐述的关系获得下面由两个传感器22，24提供的测量值：

$\begin{array}{c}{v}_1=\mathrm{\ω}\·(r+\cos \left(\mathrm{\ω}t\right)\·\[1-\frac{r+e}{r}\]),\\ v_2=\mathrm{\ω}\·(r+\cos (\mathrm{\ω}t+\mathrm{\π})\·\[1-\frac{r+e}{r}\])=\mathrm{\ω}\·(r-\cos \left(\mathrm{\ω}t\right)\·\[1-\frac{r+e}{r}\]).\end{array}$

由此能够识别出，在v1和v2相加时，两个包含在测量值中的周期性分量准确地被消除。

相应地有

$v=\frac{v_1+v_2}{2}=\mathrm{\ω}\·r$

准确获得轴20的实际的、无误差的旋转速度。以该方式形成的轴20的旋转速度的实际值30能够用于调节轴20的旋转速度以及也用于高动态地调节轴20的旋转速度，而无需顾虑离心误差和类似误差导致了轴的转速的不希望的波动或者甚至导致整个系统的振动。

替代正好两个彼此相对地布置在轴20处的传感器22，24(图4)，也考虑使用多于两个传感器(未示出)。在任何情况中，两个或者多个传感器22，24，即第一传感器22和每个另外的传感器24以等距的布置方式沿着轴20的外圆周分布，并且旋转速度的实际值30作为对由第一和至少一个另外的传感器22，24获得的各个旋转速度测量值的算术平均来形成：

$v=\frac{v_1+\mathrm{...}+v_n}{n}=\mathrm{\ω}\·r$

在沿着轴20的圆周等距地布置时，两个传感器22，24处于360°/2＝180°的间距，三个传感器处于360°/3＝120°的间距并且n个传感器相应地处于360°/n的间距。

对由第一和至少一个另外的传感器22，24获得的各个旋转速度测量值的算术平均的在此描述的形成是用于加权地总体观察由第一和至少一个另外的传感器22，24获得的各个旋转速度测量值的一个实例，因此在形成算术平均时，通过将所有的旋转速度测量值的总和除以旋转速度测量值的数量，所有的旋转速度测量值都被相同地加权并且实现总体观察。

上面的描述相应地适用于图3中(轴20的径向振动)示出的情况。在那里，相应的误差由轴20的另外类型的位置偏差导致，也就是例如由轴承间隙或者挠曲导致，并且为了与离心度误差F_E进行区分而称为F_L：

s＝ωt·r+F_L

误差F_L基本上是随机参数并且得出旋转速度

$v=\frac{ds}{dt}=\mathrm{\ω}\·r+\frac{{\mathrm{dF}}_L}{dt}$

其中，误差F_L在时间上的导数是噪音，其最大频率由扫描间隔时长获得。在例如250μs的扫描间隔时获得直至2kHz的噪音波谱。由此能够导致整个系统的宽带幅的激发。这种误差也通过除了第一传感器22之外的至少一个另外的传感器24以及对由第一和至少一个另外的传感器22，24提供的两个或者多个速度测量值的加权的总体观察来补偿。

因此，算术平均或者其他的对由第一和至少一个另外的传感器22，24提供的两个或者更多的速度测量值的加权的每个适当的总体观察的形成补偿了干扰、例如基于在检测轴20的旋转速度时的振动和/或离心度-如上所述-的干扰。相应地，第一和至少一个另外的传感器22，24也能够在用于对在检测轴20的旋转速度时的干扰进行补偿的装置中进行组合。

图5中的视图示意性地简化示出了这样的装置34。该装置除了第一和至少一个另外的传感器22，24之外，还包括速度测量值检测单元36。其基于以软件、硬件和/或固件的实施执行了对由各个传感器22，24获得的测量值的加权的总体观察。例如，通过形成各个测量值的算术平均，速度测量值检测单元36实施了对各个测量值的加权的总体观察。作为结果输出用于速度测量值的消除了误差的实际值30。

尽管在细节上通过实施例详细地描述和说明了本发明，然而本发明并不局限于这个或者这些公开的实例并且本领域技术人员能够从中推导出另外的变体，而不脱离本发明的保护范围。

在此递交的说明书的之前的各个方面由此能够如下地简短总结：提供用于对驱动了轴20的驱动装置的旋转速度进行调节的方法和相应的装置，其中，借助调节装置26实现对旋转速度的调节，该调节装置被输送有以对于旋转速度的额定值28以及实际值30形成的调节偏差，其中，用于轴20的旋转速度的实际值30在轴20处借助第一传感器22和至少一个另外的传感器24来检测，并且其中，实际值30根据对由第一和至少一个另外的传感器22，24获得的各个测量值的加权的总体观察来形成。

Claims (6)

1.一种用于调节驱动装置的、尤其是重载驱动装置(14)的旋转速度的方法，其中，所述驱动装置驱动了轴(20)，并且借助调节装置(26)实现旋转速度的调节，所述调节装置被输送有以所述旋转速度的预设的或者能预设的额定值(28)和所述旋转速度的实际值(30)形成的调节偏差，

其特征在于，在所述轴(20)处借助第一传感器(22)和至少一个另外的传感器(24)检测对于所述轴(20)的旋转角度的或者该旋转角度的时间上的导数的实际值(30)，尤其是所述轴(20)的旋转速度，并且

对于所述旋转速度的所述实际值(30)根据对由所述第一传感器和至少一个所述另外的传感器(22，24)获得的各个测量值的加权的总体观察来形成。

2.一种用于调节驱动装置的、尤其是重载驱动装置(14)的旋转速度的装置，其中，所述驱动装置驱动了轴(20)并且为了调节旋转速度而设置有调节装置(26)，所述调节装置能够被输送有以对于所述旋转速度的预设的或者能预设的额定值(28)和对于所述旋转速度的实际值(30)形成的调节偏差，

其特征在于，所述轴(20)附属有分别用于获取所述轴(20)的旋转角度或者该旋转角度的时间上的导数的、尤其是所述轴(20)的旋转速度测量值的第一传感器(22)和至少一个另外的传感器(24)并且

所述旋转速度的所述实际值(30)能够根据对由所述第一传感器和至少一个所述另外的传感器(22，24)获得的各个测量值、尤其是旋转速度测量值的加权的总体观察来形成。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一传感器(22)和所述另外的传感器(24)中的一个传感器或每个传感器以等距的布置沿着所述轴(20)的外圆周分布并且所述旋转速度的所述实际值(30)能够作为由所述第一传感器和至少一个所述另外的传感器(22，24)获得的各个旋转速度测量值的算术平均来形成。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，除了所述第一传感器(22)之外，设置刚好一个另外的传感器(24)，并且其中所述另外的传感器(24)与所述第一传感器(22)相对地、尤其是精确相对地布置在所述轴(20)处。

5.一种用于补偿在检测轴(20)的旋转速度时的干扰的方法，其中所述轴(20)、尤其是重载驱动装置(14)的轴(20)附属有传感器(22)，

其特征在于，

所述轴(20)附属有至少一个另外的传感器(24)，并且

对于所述轴(20)的所述旋转速度的测量值作为由所述第一传感器和所述至少一个另外的传感器(22，24)获得的各个测量值的算术平均来形成。

6.一种用于补偿在检测轴(20)的旋转速度时的干扰的装置(34)，其中，所述装置包括从属于所述轴(20)、尤其是重载驱动装置(14)的轴(20)的传感器(22)，

其特征在于，

所述装置包括从属于所述轴(20)的至少一个另外的传感器(24)，并且

对于所述轴(20)的所述旋转速度的测量值能够作为由所述第一传感器和所述至少一个另外的传感器(22，24)获得的各个测量值的算术平均来形成。