用于高性能运动控制的电机伺服驱动器的制造方法

用于高性能运动控制的电机伺服驱动器的制造方法
【技术领域】 [0001] 和【背景技术】
[0002] 本发明在其一些实施例中设及对向伺服电机（servo-motors)馈送电流的电机伺 服驱动器（motor servo-化ives)性能的改进，且更特别但不排他地，设及对跨全电流范围 的电流敏感度的改进，即使那个范围很大。所述电机产生与电流直接关联的力（或力矩） W及加速度。更佳的电流使得伺服电机的更准确的速度和位置控制成为可能。（向所述电 机馈送的）所述驱动器遵照命令输出的电流越准确，所述驱动器的速度和位置控制就越准 确。所述电机性能的改善是通过改善电流测量的信噪比达到的，例如，特别是在所需电流相 对于使所述电机加速所需的最大电流是低水平时。
[0003] 为人熟知的是，为了给电机驱动器提供可能最佳的性能，使用了闭环电流控制方 法。所述驱动器利用了产生代表所述驱动器的实际输出电流的电信号的电流感应电路。测 得的输出电流与期望的电流命令（州rrent command)进行比较，而二者之间的误差被所述 驱动器用来校正输出电流。
[0004] 为人熟知的是，输出电流的校正受到测量精确度W及测得的电流在实际上代表实 际输出的程度的限制。测得信号与实际输出电流的任何偏差都可能使所述驱动器产生错误 的校正。运种偏差通常是由来自周围电路和其他噪声源的量化误差（或误差）、电磁干扰 (EMI)造成的。
[000引为人熟知的是，为了达到所述电机的高性能的速度和位置控制，使用了闭环方法。 实际速度和/或位置被测量且与期望的速度和/或位置进行比较。期望速度和实际测得 的速度之间的偏差、速度误差，或者就此而言期望的和测得的位置之间的偏差一一位置误 差一一被用作对电机伺服驱动器的命令（=驱动器命令）的校正。电机电流中的任何噪 声，比如说量化噪声，都可能把噪声引入所述电机产生的力或力矩中，且可能因此给实际速 度和实际位置是否很好地随期望速度和位置而变化带来负面影响。
[0006] 可用的电机伺服驱动器有两种主要类型：线性驱动器和开关脉宽调制（PWM)驱动 器。所述驱动器可W操作许多类型的电机：单相和多相电机，不论是线性还是旋转型的。所 述电机可W是任何电机结构的类型，包括直流电机、永磁同步电机、异步感应电机、音圈、步 进电机等。
[0007] 现在特别地对线性驱动器与PWM驱动器之间存在的一些区别加 W总结。
[0008] 为人熟知的是，相对于具有相同输出功率能力的PWM型驱动器，线性驱动器效率 低下，且因此，相比之下，所述线性驱动器散发大量的热量。所述线性驱动器相对更大且通 常更昂贵。线性驱动器还比PWM驱动器更安静，产生的对所述电流感应电路造成影响的电 磁噪声更少。结果，特别是当精细速度和位置校正需要低水平电流时，线性驱动器能够在更 宽的电流范围上为所述电机供应更佳地重复期望电流的电流。
[0009] 有许多高精度定位应用，需要高度动态性、大质量或惯性的加速度的结合，因此需 要较低静止位置抖动的高强度电流，也就是说，在为了对运种较小误差进行校正只需要非 常低水平的电流时，在静止时离期望位置几纳米和纳米W下的偏差，W及在W恒定速度运 动时几纳米及W下的跟随误差。
[0010] 运种应用的实例包括利用高精度定位台的、空气轴承类型和机械轴承类型的晶圆 光刻检验与计量系统。运种定位台可W包括带有单个线性电机和位置反馈的系统，W及龙 口轴系统，每个龙口轴利用两个电机和两个位置反馈。现有技术的晶圆光刻检验与计量系 统需要静止抖动W及在W恒定速度移动几个纳米之后的误差在纳米和亚纳米水平。运种应 用，或者类似的，还使用需要相对大惯性的高加速度与因此的大电流和几个微度及W下的 低静止抖动的组合的高精度旋转定位桌。
[0011] 对于在恒定速度或者静止期间需要高度动态性和纳米与亚纳米、微度与亚微度、 静止抖动与低跟随误差的定位应用，现有技术中唯一可行的伺服驱动器是所述线性驱动 器。更特别地，现有的PWM伺服驱动器通常不被用于在静止期间需要小于大约10纳米的抖 动和跟随误差的应用中。在恒定速度时W PWM驱动器能够达到的跟随误差通常更糟。
[0012] 授予E Anger等人的US3775654公开了一种可编程的和可手动操作的控制系统， 用于控制机器相对于工件的位置，所述机器因此可W在所述工件被传送带移动时在所述工 件上的各种不同的地方执行工作。所述系统包括一对同步解算器，其提供指示所述机器相 对于基准位置的位置的输出信号和一对同步解算器，其提供指示所述传送带相对于所述基 准位置的位置的输出信号。所述机器指示解算器的输出为所述传送带指示解算器提供了输 入，且所述传送带指示解算器的输出与由连续循环计数器产生的命令信号进行比较，该连 续循环计数器已经由来自存储器的信号预先设置，W使得在不使用有差异的机械齿轮的情 况下，在所述工件上选择的地方与机器之间的位移被电子地测得。安排所述控制系统，所述 机器因此将独立于所述工件，与所述工件同步移动，并在所述机器从一个预先编程的地方 移动到所述工件上新被编程的位置的同时，与所述工件同步。
[0013] 授予Jehudalsh-aialom的EP0189794公开了一种电磁致动器，包括具有电枢和带 有多个线圈的静子的步进电机、与所述线圈相连W为所述线圈提供电力的电源装置、与所 述线圈相连W在被选择时通过所述线圈对来自所述电源装置的电路完成使能的线圈切换 装置，W及适配于监控所述电枢的位置和向逻辑装置和微处理器提供当前电枢位置信号的 类型的电枢位置感应装置，所述微处理器适配于向所述电源装置提供幅度控制信号，并向 所述逻辑装置提供方向和相位前置信号，所述逻辑装置适配于给所述线圈切换装置产生切 换选择信号；其特征在于所述微处理器适配于W线性控制律操作，W提供控制幅度U，且还 根据公式
[0014]
[0015] 向所述电源装置提供平方律补偿。
[0016] 授予Wa化er的US4274042公开了一种Ξ相交流电机驱动器系统，其中变频无极变 幅交流电流被从可控娃控制的直流变交流换流器供应给交流电机负载，所述变频无极变幅 交流电流由可控娃控制的交流变直流转换器通过包括感应器的直流链路的方式提供。所述 直流负载电流被命令W由所述转换器的输出电压和所述换能器的输入电压之间的差限定 的速率上升，该输入电压出现在所述感应器的两端。对于在负方向上的命令遭遇到的固有 通信传输延迟的结果，误差信号错位被放置在反馈信号通路内，控制所述交流变直流转换 器W限制用于正方向上的变化的命令，从而在正方向上提供系统响应，其看上去更像是在 负方向上的响应。

【发明内容】

[0017] 当前的实施例适用于PWM和线性驱动器，W及其他形式的驱动器。当被施加到PWM 驱动器时，它们可W给所述PWM驱动器赋予可与等价的线性驱动器的性能相比拟的性能， 且当被施加于所述线性驱动器时，可W给所述线性驱动器赋予现有技术的线性驱动器无法 达到的性能。
[0018] 如所解释的那样，一些定位应用需要使用带有大电流范围的驱动器。在未加速时， 即，在站立或者在W恒定速度移动时，在过渡状态期间（诸如加速）所需的电机电流可W是 稳态相位期间电流的上千倍。当然，稳态所需的电流可能接近零。
[0019] 在此应当注意的是，术语"加速"也指减速，其可W被理解为负加速。术语"加速" 还指对克服大扰动所需的加速的校正。
[0020] 更一般地，当需要高强度时（诸如加速和减速状态的过渡期间和当遇到高强度干 扰时）就需要大电流。
[0021] 在稳态相位期间由被刻度W覆盖整个电流范围的感应器执行的电流测量产生了 代表实际电流的电信号，其比由感应器和测量电路采得的电噪声小。为了获得具有与使 用单个感应器的当前技术相同的信噪比和分辨率的大范围电流W及带有更高信噪比和更 高分辨率的低水平电流的组合，本发明的实施例因此可W使用分开的电流感应器和测量电 路、用于测量大电流（粗测量）的第一感应器和测量电路W及用于测量小电流（精测量）的 第二感应器和测量电路。分开的测量改善了位置抖动和跟随误差。结果是驱动器可提供改 进的速度和定位精度。当把本粗和精测量技术应用于PWM驱动器时，所述PWM驱动器提供 了与用单个电流测量感应器的等价线性驱动器相同或更佳的性能，并且从而允许所述PWM 驱动器被用在大电流范围、高精度应用的线性驱动器的场合。可替换地，相同的粗和精测量 技术可W被应用到线性驱动器，W进一步改进其特征，并因此在与用单个电流测量感应器 的等价线性驱动器相比较时，达到甚至更佳的静止抖动和跟随误差。
[0022] 在此每当使用术语"伺服驱动器"时，其可W是用于带有一种或多种电流反馈测量 的单相或多相电机的伺服驱动器。本粗和精测量方法可W被应用到一种或多种运样的反馈 测量方法。本实施例可W可替换地设及电流和设及电流向量。
[0023] 本实施例可W更一般地用于任何种类的致动器W及任何可W被测量W形成所述 致动器的一部分控制的可测量的特征。无论哪里，只要对于该特征存在大范围并且需要用 于稳态的低水平范围时，就可W由两个专用感应器单独地测量运两个范围。
[0024] 除了测量反馈信号之外，还可W把相同的处理应用到用于任何致动器的驱动器的 由外部提供的命令信号。对于该命令信号范围的低部分，其可W被放大且被放大的信号可 被用于在低部分范围上进行更精确的控制。
[00巧]根据本发明的一些实施例的一个方面，提供有用于电机的基于反馈的运动控制和 定位的伺服驱动器系统，包括：
[0026] 电流测量设备，被设置成获得对正被所述驱动器电机抽取的电流进行的测量，从 中提供反馈；
[0027] 该电流具有操作范围，该操作范围包括用于加速的相对较大的、但仍保留在用于 所述电机的稳态操作的相对较小的电流范围内的电流范围，所述电流测量设备具有优化用 于测量所述相对较大电流范围的第一粗感应器W及优化用于测量所述相对较小电流范围 的第二精感应器，从而使稳态操作期间的反馈精度最大化。
[0028] 实施例可W包括用于对所述第一感应器和所述第二感应器W相同速率分别采样 的采样器。
[0029] 在实施例中，所述驱动器是脉宽调制驱动器，或者线性驱动器或者任何其他适当 的驱动器。
[0030] 在实施例中，所述电机可W是单相电机、直流电机、多相电机、Ξ相电机、交流电 机、两相电机、线性电机或者旋转电机或者任何其他适当的电机。
[0031] 实施例可W在电机电流在预先确定的阔值W下时开启第二精感应器，并且在所述 电机电流在该预先确定的阔值W上时使所述第二精感应器电气短路。
[0032] 所述感应器可W包括电阻器、电流镜像电路、变压器、基于霍尔效应的电流感应器 或者任何其他适当的感应器。
[0033] 所述驱动器可被用于具有单相的电机，并且所述第一和第二感应器可W被应用到 所述电机的一种电流测量。
[0034] 可替换地，所述驱动器可被用于具有多相的电机，且所述第一和第二感应器可被 提供用于所述电机的至少一种电流测量。通常，感应器对可被提供到所述电机的一个、一些 或者全部相。
[0035] 在实施例中，外部控制器可被用于产生模拟电流命令，所述驱动器被连接W接收 来自所述外部控制器的模拟命令。所述驱动器获得或提供模拟命令的精或粗测量。
[0036] 所述驱动器系统可W产生一个或多个用于控制所述电机的电流命令，并可W基于 所述一个或多个电流命令选择所述第一和第二感应器之一。所述驱动器可W通过其放大获 得模拟命令的精测量，并可W在放 大前后的命令电流之间进行选择。
[0037] 所述第二精感应器可W使用比所述第一粗感应器使用的更大的输出测量范围。
[0038] 所述驱动系统可W为精和粗感应测量使用偏移补偿和增益不匹配补偿，该补偿 W感应对提供（the compensation provided in sensing pairs),从而改进了反馈和模拟 命令信号之一或二者。
[0039] 根据本发明的第二方面，提供有一种用于对电机的基于反馈的运动控制和定位的 伺服驱动器的电流控制方法，包括：
[0040] 获得对流入所述电机的电流的测量；
[0041] 提供所诉测量W提供反馈，该电流具有操作范围，该操作范围包括用于加速的相 对较大的、但仍保留在用于所述电机的稳态操作的相对较小的电流范围内的电流范围，获 得电流测量包括：对相对较大的电流范围进行第一粗测量，W及对相对较小的电流范围进 行第二精测量，从而使稳态期间的测量精度最大化。
[0042] 根据本发明的第Ξ方面，提供有用于电机的基于反馈的运动控制和定位的伺服驱 动器，包括：
[0043] 粗命令输入端，用于接收外部产生的命令信号，作为粗命令；
[0044] 放大器，用于放大该产生于外部的命令信号；
[0045] 所述放大器的精命令信号输出端，用于在放大后接收产生于外部的命令，作为精 命令?胃号；
[0046] 该命令具有操作范围，该操作范围包括用于过渡状态的相对较大的、但仍保留在 用于所述电机的稳态操作的相对较小的范围内的范围，所述伺服驱动器包括开关，用于在 所述命令在预先确定的阔值W上时连接粗命令，并在所述命令在预先确定的阔值W下时连 接精命令，从而使稳态操作期间的命令精度最大化。
[0047] 根据本发明的第四方面，提供有带有基于反馈的运动控制和定位的致动器系统， 包括：
[0048] 测量设备，被设置成获得对所述致动器的可控特征进行的测量，从中提供反馈；
[0049] 作为可测量特征的特征具有操作范围，该操作范围包括用于过渡状态的相对较大 的、但仍保留在用于所述致动器的稳态操作的相对较小的范围内的范围，所述测量设备具 有优化用于测量相对较大的范围的第一粗感应器W及优化用于测量相对较小的稳态范围 的第二精感应器，从而使稳态操作期间的可测量特征的精度最大化。
[0050] 除非另有定义，否则在此使用的所有技术和/或科学术语都具有与本发明设及的 领域的技术人员通常理解的相同含义。尽管与在此描述的那些相似或等价的方法和材料能 被用在本发明的实施例的实践和测试中，但下面还是描述了示范性的方法和/或材料。在 发生冲突的情形中，W包括定义的专利说明书为准。另外，运些材料、方法和实例仅仅是说 明性的，并不意在必然地限制。
[0051] 本发明的实施例的方法和/或系统的实施包括手动地、自动地或其组合执行或完 成所选任务。而且，根据本发明的方法和/或系统的实施例的实际仪器和器械，一些所选的 任务可W使用操作系统由硬件、软件或固件或其组合实现。
[0052] 例如，对于执行根据本发明的实施例的所选任务的硬件，可W被实现为忍片或电 路。作为软件，根据本发明的实施例的所选任务可W被实现为由使用任何适当的操作系统 的计算机执行的多个软件指令。在本发明的示范性实施例中，一项或多项根据在此描述的 方法和/或系统的示范性实施例的任务是由数据处理器（诸如用于执行多个指令的计算平 台）执行的。可选地，所述数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/ 或非易失性存储器，例如，用于存储指令和/或数据的磁盘和/或可移除式介质。
【附图说明】
[0053] 在此参考附图，仅通过实例的方式描述了 一些本发明的实施例。现在详细地参考 附图，应当强调的是，细节是通过实例的方式示出的且目的是为了说明性地讨论本发明的 实施例。就运一点而言，附图所配的描述使可W如何实践本发明对本领域技术人员是显而 易见的。
[0054] 在图中：
[0055] 图1是根据本发明的实施例的伺服驱动器的简化框图；
[0056] 图2是示出对于Ξ相电机的图1的实施例的实施方式的简化电路图；
[0057] 图3是图1的设备的操作流程图；
[0058] 图4是用于根据带有粗和精电流测量的本发明实施例的Ξ相电机伺服驱动器的 概要电路图，其中感应与所述电机的相位串联；
[0059] 图5是用于根据带有粗和精电流测量的本发明实施例的Ξ相电机伺服驱动器的 概要电路图，其中感应是在动力桥的负电源提供侧上执行的；
[0060] 图6是说明完整控制系统和电流命令或者电流向量命令的产生的概要框图；
[0061] 图7是示出本发明的实施例的概要框图，其中电流命令产生于所述驱动器之外且 被作为模拟信号提供给所述驱动器；W及
[0062] 图8是说明图7的实施例的操作的简化流程图。
【具体实施方式】
[0063] 本发明在其一些实施例中设及通过实施用于在大电流范围上测量所述电机电流 的方法，对电机电流控制的改进。可W在该电流范围上（并且特别是在小电流水平上）改 进噪声灵敏度，导致了更佳的位置和速度控制。
[0064] 高性能速度和位置控制系统利用闭环反馈。实际速度和/或位置可W被测量和 与期望速度和/或位置进行比较。期望速度或位置与实际测得的速度或位置之间的偏差 (速度或位置误差），被用于产生给电机伺服驱动器的电流命令或者电流命令向量（驱动命 令）。如所解释的那样，所述伺服驱动器产生供应给所述伺服电机的电流，可替换地被称为 电机电流。
[0065] 本实施例可W改进电机电流的测量，其使得更精确的电流控制成为可能，运反过 来使得更精确的速度和位置控制成为可能。
[0066] -般地，定位应用需要大电流范围，且因此需要大的灵敏电流反馈测量范围。例 如，当加速或减速时，使用高水平的电流。相对非常小的电流被用在静止期间和恒定速度期 间。本实施例提供了一种电流测量方法，其可W在电流值较低时更精确地代表实际电流并 带有更高的信噪比。另外，可W提供一种驱动器命令测量方法，特别是对于其中驱动器命令 是由外部控制器产生的情况。
[0067] 能够控制的电流的最小值可W被在给定的系统中通过来自周围电路的、被使模数 转换器（ADC)能够由于其有限分辨率的缘故采样到的偏移和最小值（=量化噪声或误差） 加到所述电流测量感应器和测量电路的电气信号的电噪声的水平确定。被采样信号的噪声 和误差产生了增杂的和错误的电流，并造成了速度和位置相对于期望速度和期望位置的增 杂的不可控的波动（=速度误差、位置误差）。
[0068] 在带有与反馈的无噪声分辨率相等或比反馈的无噪声分辨率高一点的分辨率的 命令上，使用比反馈的无噪声分辨率高的（无噪声）分辨率的命令具有边际改进，如果有的 话。
[0069] 线性驱动器产生了比等价物小的、类似电压和电流范围的电噪声，PWM驱动器，并 因此带有相同的电流范围和电流反馈测量，利用所述线性驱动器有可能实现更精细的电 流，而作为结果，更小的速度和位置误差。通常，由带有更高分辨率的电流命令指挥的线性 驱动器利用更有效的高分辨率（无噪声）反馈。在本实施例中，使用了两个电流测量设备， 一个测量设定阔值W上的大电流，一个测量此阔值W下的小电流。运两种测量方法实际上 可应用于任何类型的驱动器，不论PWM驱动器还是线性驱动器。
[0070] 所述控制器可W自动决定在任意给定时间使用两种测量的哪一种，如下面将要解 释的那样。设计了小电流感应器，W使得对于小电流，所述小电流感应器输出对于给定的电 流比对于同一电流而言的大电流感应器的输出高得多。例如，对于1安培的电流，所述小 电流感应器的输出是1伏特而对于相同的1安培所述大电流感应器的输出小20倍一一是 0.05伏特。加到的测量信号的缺陷（包括噪声、偏差和量化误差）是相同水平的，作为结 果，小20倍的实际电流可W被精确地测量并被用于控制，因此通过在所需电流的整个范围 上仅使用一个电流感应器，得到小20倍的控制电流是有可能的。此外，在模拟信号测量中 的偏差的负效应还可能在精细的或者低的电流测量中被减小。小偏差可W提供高性能一一 特别是关于恒定速度移动期间的多相电机。电流的偏移引起所述电机产生不期望的力/力 矩波动，从而引起恒定速度性能的退化。虽然偏移可W被补偿，但补偿从不是完美的。在给 定的实例中，在精测量上的偏移的效应相当小，大约小二十倍。
[0071] 同样的思想还可W应用于供给驱动器的命令信号，如果该命令信号是模拟信号的 话。此外，运个概念还可应用于线性驱动器和PWM驱动器。因为与线性驱动器相比时，现有 技术中的PWM驱动器产生的电流反馈中的噪声含量相对较高，所W命令分辨率迄今为止还 不是限制因素。当电流反馈中的噪声被减小时，有用分辨率就增高，然后与更高分辨率的命 令组合变得相关，W在电流为低水平时实现由更佳的信噪比反馈提供的改进。
[0072] 同样的思想可被应用到任何致动器的任何种类的驱动器W及任何能被测量用于 提供控制的可测量特征，诸如电流、电压、压力等，其中该特征具有运样的范围，该范围的低 频段被在稳态期间使用且性能可W通过增加低范围中测量的无噪声分辨率而被改进。
[0073] 回到所述伺服驱动器的情形，所述电机产生与电流命令或多相电机中的电流命令 向量直接相关的力（线性电机）或力矩（旋转电机）。所述电机驱动器的目的是W可控方 式把电流推到所述电机。实际电流应该尽量接近期望电流。为了达到运个目标，使用额闭 环控制方法。实际电流被测量并与（期望）电流命令进行比较且二者之间的误差被用于修 改所述驱动器的电流响应输出。实际电流中偏离期望电流的任何偏差都可能造成所述电机 的力或力矩的不期望波动，并且作为结果，在加速度、速度（=加速度的积分）和位置（= 速度的积分）中发生偏离。
[0074] 在基于计算机的数字闭环控制系统W及模拟闭环控制系统中，实际电流是否很好 地随命令而变化极大地取决于电流测量的质量。其中，代表实际测得电流的电气信号的质 量受到如下影响：
[007引 a.由周围电路增加的电气随机噪声，W及
[0076] b.由有限分辨率模数转换器采样的测量的缘故造成的量化噪声（或误差）。
[0077] C.电路中的偏移。（电路的偏移是在输入为零时输出的平均值且平均输出也被认 为是零）
[0078] 电流噪声和误差造成所述电机的力或力矩中的噪声和误差，且作为结果，造成实 际加速中的、实际速度中的和实际位置中的噪声和误差。
[0079] 许多伺服控制的定位系统需要尽可能快地从一个位置移动到另一个，并且在稳态 期间可能需要最小的速度误差和位置误差。快速的移动指示了高加速度及因此高力或力矩 及因此大电流。所需的最大电流在给定系统中由最大加速度定义。当W恒定速度移动或静 止时，需要小电流，刚好足W使所述电机产生克服摩擦和其他干扰的力或力矩。能够产生和 控制的低水平电流的分辨率和精确度越高，所述电机产生的力或力矩的分辨率和精确度就 越高，运使得克服更小的干扰、达到更小的静止抖动和跟随误差成为可能。因此，许多伺服 控制的定位系统需要用于快速移动的大电流和用于使稳态速度和位置误差最小化的高分 辨率和高精度小电流的组合。最大电流定义了大电流范围（从零到最大值）且在恒定速度 期间和在站立W克服摩擦和其他干扰时需要的该最大电流定义了小电流范围，其为大电流 范围的子集。
[0080] 最小的有用电流测量信号由那个信号中的噪声分量定义。 [0081] 下面设及一种给定系统，并且所示的改进是用于那个系统的。对于其他系统，特定 的数字将有所不同，但适用同一原理。因此，在实例中：
[0082] a.所需的最大电流是10A
[0083] b.电流测量电路的输出关于电流是线性的
[0084] C.电流测量电路的最大输出是lOOmV(代表10A)。
[0085] d.那个电路的噪声水平（包括偏移）是0.1 mV。
[0086] e.能够测量的最小有效电流因此是0. 01A( = 10AX0. 1/100)。在那个水平W下， 测量信号主要包括噪声。
[0087] 所需电流的范围是0到10A(或者简而言之10A)。在本实例中电流的有效范围是 从0. 01A到10A，且最大值与最小值的比率是10/0. 01 = 1000,其等于最大的信噪比（SNR)。 [008引信号是由带有12位净分辨率的模数转换器（ADC)测得的。据推测，所述ADC中的 电噪声被包括在电路的噪声中，0.1 mV W上。所述ADC输出的最小表示是100mV/(4096/2) =0. 05mV，代表等于0. 005A的电流。如果在无噪声信号中，实际电流在那个水平W下，则所 述ADC实际上将不会看到实际电流，而是被量化误差或噪声混淆。如果所述电路的噪声在 量化噪声W下，那么量化噪声就变成了电流测量信号的有效范围内的限制因素。
[0089] 本实施例通过增加电流测量信号SNR(信噪比）W及通过减小小电流范围内的电 流的量化噪声（误差）效应，增加了小电流范围内的电流的有效分辨率。在本实例中，使 用带有高分辨率的ADC，将不会改进小范围中电流的有效分辨率，而且它们（明显地）更昂 贵：
[0090] 在本实施例中，通过两个不同的测量电路测量了两次电流。一个测量电路，下文称 为粗测量电路，测量整个大电流范围（在本实例中零到10A。所W lOOmV代表10A)。
[0091] 第二电路，下文称为精测量电路，测量小电流范围中的电流，例如，上至0. 5A。所 W lOOmV的测量输出信号代表0. 5A的实际电流。当实际电流在0. 5A W上时，不使用精测 量第二电路。
[0092] 当实际电流在0. 5A W上时，来自第一电路的信号被用于电流控制。当实际电流达 到0. 5A时，就使用所述第二电路的信号。
[0093] 可W同时执行粗和精测量，但在某些实施例中可W可替换地在不同时间执行。
[0094] 两个电路均具有类似的电噪声（在本实例中是0.1 mV)。因此，当电流在小电流范 围中时，组合信号的SNR高20倍并产生代表低20倍的实际电流的无噪声信号。在本实例中 的最大SNR现在是20000。现在，能够测量并产生的最小有效电流是10/20000 = 0. 0005A。 作为结果，加速信号可能小20倍且位置跟随误差和抖动可W显著地变小。
[0095] 上述系统即可被用于线性驱动器，也可被用于PWM驱动器。当被应用于PWM伺服 驱动器时，最终的驱动器可W满足高性能应用（诸如晶圆光刻检验和计量）的规范，其中需 要静止抖动在1纳米W下且跟随误差大约为几纳米。
[0096] 在PWM伺服驱动器中，电噪声总是比电压和最大电流类似的等价物高，线性驱动 器，且因此直到现在也没有增加 PWM命令分辨率的意义，因为它并不是限制因素。然而，关 于本实施例，PWM命令分辨率开始成为限制因素，且因此在本实施例的一些中提供了增大的 PWM命令分辨率。
[0097] 本实施例可W被提供给线性伺服驱动器。所述线性伺服驱动器已经具有非常优良 的性能，并且由本实施例提供的改进可W满足该领域（诸如需要甚至更低静止抖动和跟随 误差的晶圆光刻检验和计量）中新出现的需求。
[009引在此，术语"驱动器系统"被用来指用于电机或致动器的伺服驱动器，W及指在可 W提供命令信号、能量和其他所述伺服驱动器和电机的操作所需的支持的所述伺服驱动器 外部的组件。
[0099] 在详细地解释本发明的至少一个实施例之前，要理解的是本发明不必然限制于其 在下面的描述中提出的和/或在附图和/或实例中说明的组件和/或方法的构造和结构的 细节的应用。本发明能够是其他实施例或者W各种不同的方式被实践和实现。
[0100] 现在参考附图，图1是说明伺服驱动器20的第一所私立的简化概要框图。所述伺 服驱动器可W是PWM型或者线性型。如上面提及的那样，本发明不限于PWM设备，且两个测 量感应器的相同原理可被应用到线性驱动器和任何其它种类的伺服驱动器。根据本实施例 的伺服驱动器可W包括电流控制器30、电力桥32、粗和精测量感应器36, 38, W及响应的两 个电流测量电路34。此外，所述伺服驱动器还可W包括速度和位置控制器。
[0101] 基于电流或者电流向量命令W及基于测得的实际电机电流（=电流反馈），电流 控制器30为电力桥32提供了产生供应给所述电机33的控制命令。
[0102] 如上面解释的那样，许多伺服控制的定位系统需要尽可能快地从一个位置移动到 另一个，且为了在稳态期间达到可能的最小的速度误差和位置误差，因此，所述伺服驱动器 可W提供大电流范围和在小电流范围内的高分辨率且高精度的组合。
[0103] 因此，本实施例提供了用于被应用到所述电机的电流的测量单元34,其中使用了 两个单独的感应器。第一个是粗感应器36,用于测量全电流范围内的电流，例如在加速阶段 期间所需的那样，并且第二个是精感应器38,其在小电流范围内测量电流，例如在稳态期间 所需的那样，所述稳态期间是恒定速度或静止期间。
[0104] 因此，每个感应器都W优化的方式对特别目的的电流范围进行操作，由此特别在 小电流范围上提供了改进的精度。通常，所述精感应器操作在等于大电流范围的5%的小电 流范围上，但它可W是任何其他比100%小的范围。所述精感应器被运样设计，W使得它在 实际电流等于小电流范围中的最大电流时产生最大信号，且所述粗感应器被运样设计，W 使得他在实际电流等于大电流范围中的最大电流时最大信号。例如，两个感应器都产生等 于lOOmV的最大信号。因此，当实际电流在小范围内时，所述精感应器的输出信号比所述粗 感应器的输出信号高得多。对于是大电流范围5%的小电流范围W及对于两个感应器而言 相同的最大信号（在上面的实例中是lOOmV)，所述精感应器36的输出比所述粗感应器38 的输出信号高20倍。
[0105] 影响运两种测量的噪声大致相同，且作为结果，所述精感应器38的有效SNR大20 倍，因此通过仅使用一个对于所需电流的全范围的感应器，就能够成功地使控制电流小20 倍。
[0106] 所述两个感应器可W进行模拟测量，其可能接着被采样和数字化，用于所述控制 器30，并且在实施例中，两个感应器被同时采样且W相同速率。在可选实施例中，所述感应 器被W不同时刻采样。
[0107] 所述控制器可W自动决定在任意给定时间使用两种测量的哪一种。所述控制器对 两种测量均进行采样并基于粗测量决定在任意给定的时间使用哪一种。如果电流在小电流 范围内，它就使用精测量，而如果电流在小电流范围W上，它就使用粗测量。可替换地，所述 控制器可W看到电流命令信号的大小或者电流向量命令信号的大小，并且如果所需电流在 小电流范围内，则把精测量用作反馈。如果它在小电流范围W上，则把粗测量用作反馈。可 W修改控制算法中的增益，W补偿粗和精测量的不同比例。
[0108] 小电流范围内电流的信噪比，SNR，的进一步改进可W通过改变命令的分辨率达 到。本实施例不仅改进了 SNR，还可W对小电流范围内的电流减小量化误差。
[0109] 所述电流感应器36和38可W是电阻器，或者基于霍尔效应的电流感应器，或者任 何其他能够测量电流的感应器。
[0110] 当使用电阻器作为电流感应器时，精电阻器的阻值高于粗电阻器的值。在上面的 实例中，高20倍。对于20A、0.1 V的输出，粗电阻器值可W是0. 005欧姆。相应的精电阻器 的值就可W是0. 1欧姆。当20A的电流流过所述粗电阻器时，它可W 2W ( = 20 X 20 X 0. 005) 的速度散热。所述精电阻器可W 40W ( = 20 X 20 X 0. 1)的速度散热。在许多应用中，运种高 水平散热可能阻碍运种方法的使用，然而，在一个实施例中，通过使其短路的方式关闭所述 精电阻器，除非在实际电流位于小电流范围内时。因此，所述精电阻器的散热被最小化。在 上面的实例中，如果小电流范围是1A，则所述精电阻器的最大散热是0. 1W(= 1X1X0. 1)。
[0111] 此外，当使用相对于其输出信号的大小散热的感应器时，例如，散发等于电流乘W 所述电阻上的电压降的热量的电阻，该电压降是输出信号，运种散热限制了所述感应器的 输出信号的最大值。在上面带有20A大电流范围W及1A的小电流范围的实例中，为了把所 述粗感应器的散热量限制到2W，设计了代表20A的0.1 V最大输出信号。通过使所述精感应 器的所述电阻器短路，当其未被使用而仅让被测电流通过它时，当该电流在小电流范围内 时，对于相同的最大输出信号，散热更小，在上面的实例中小20倍，最终仅散热0. 1W。因此 有可能选择用于所述精感应器的电阻器，产生用于对小电流范围内的最大电流的更高的信 号，且因此进一步改进了所述精感应器输出信号的SNR。通过在上面的实例中选择0. 2欧姆 而不是0. 1欧姆的精感应电阻器，对于给定电流的输出信号高出2倍且因此使那个信号的 SNR增加了 2倍，同时最大散热量仅增加到0. 2W，仅使所述粗电阻器散发的热量或者现有技 术的单个感应器散发的热量增加了 10%。
[0112] 所述精感应器的最大输出信号可W被设计得比所述粗感应器的最大输出信号高， 因此进一步地增加了精感应器输出信号的SNR。
[0113] 如下面关于图4更详细地讨论的那样，电流测量设备可W被与所述电机串联地提 供。如果所述电机是多相电机，则所述精和粗感应器可W被提供于所述电机的一个或多个 相位。
[0114] 在图5的可替换实施例中，所述电流测量设备可W被定位在所述桥和所述负电源 节点之间。
[0115] 所述电流测量设备还可W被定位在所述桥和所述正电源节点之间。
[0116] 所述电流控制器30可W使用所需的电流命令或者电流命令向量，W操作电力桥 32并从而为所述电机产生电流。图6在此后示出了作为控制器30的输入使用的电流命令 是可W如何被产生的。
[0117] 所述控制器能够被校准，W优化测量中的偏移和精到粗的比率偏离期望值的偏 差，如下面将要解释的那样。
[0118] 现在参考图2,其为示出图1的所述伺服驱动器实施例的实施方式的电路图。
[0119] 在图2中，伺服驱动器40包括电力桥50且操作Ξ相电机52。原理图适用于PWM 和线性类型驱动器。电流控制器54接收电流命令。进入所述电机的电流被在Ξ个相位中 的至少两个上测量，且各电流均被供应给粗感应器56和精感应器58。控制器54把基于测 得电流计算的信号与电流命令做比较，W修改供应给所述电力桥50的控制信号，其反过来 在所述电机52中产生所需的电流。在PWM驱动器的情形中，晶体管控制信号是被用于使所 述电力桥的晶体管开和关的PWM开关信号。在线性伺服驱动器的情形中，晶体管控制信号 是被用于在每个晶体管上控制电压和W连续的方式流过每个晶体管的电流的模拟信号。
[0120] 现在参考图3,其为说明使用粗和精测量感应器在伺服驱动器中改进反馈精度的 方法的简化流程图。
[ 0121] 如所讨论的那样，所述感应器提供控制回路的测量，且控制信号在阶段100中被 提供到电力桥。在阶段110中，电流的粗和精测量被采样。在阶段120中，粗测量被与阔值 比较。如果在阔值W下则使用在阶段130中测得的精电流。如果在阔值W上，则使用粗测 量-135.在阶段140中，输出测量被根据使用了两个感应器中的哪一个而缩放。在150中， 所选电流的被测量信号与期望信号之间的误差被用于修改160传输给所述电力桥的控制 信号。
[0122] 图3的方法可W提供操作伺服驱动器的方法，该伺服驱动器提供了更佳的电流控 审IJ。使用图3的方法可W使向所述电机提供更小的带有更精细的无噪声分辨率的电流成为 可能。如在此解释的那样，更精细的和更精确的电流允许带有更低的站立静止抖动和跟随 误差的更精细的位置和速度控制。
[0123] 根据本发明的一个实施例，使用粗和精测量方法的PWM伺服驱动器，可W产生带 有与类似的带有单个电流测量的最大电流和电压规范的线性驱动器可能产生的相等或比 它更佳的无噪声分辨率的小电流，且因此运种PWM伺服驱动器可W在迄今为止仅使用了线 性驱动器W达到所需位置和速度性能的应用中把线性驱动器替换为单个电流测量方法。例 如，需要高加速度及因此大电流及同时位置静止抖动和几纳米及W下的位置跟随误差，W 及因此高分辨率无噪声小电流的组合的应用，可W使用本实施例的PWM伺服驱动器。运种 应用包括当代晶圆光刻检验和计量系统。由于没有能力驱动PWM驱动器来提供必要的低抖 动和跟随误差需求，运些应用迄今已经被限制到线性驱动器。在运些应用中PWM驱动器的 使用可W消除或减小与运些应用中的线性驱动器有关的弊端，诸如更低的效率、更高的散 热、更大的大小W及更高的成本。
[0124] 如讨论的那样，带有所述伺服驱动器的限制因素是所需电流的范围较大。为了达 到用于所述电机的动态性并提供所需的加速度，存在高最大电流的需求，例如20A。在站立 或者W恒定速度移动时，所需电流小得多，而且可能仅仅需要用来克服摩擦和其他干扰，例 如，小于1A。在运种使用单个电流测量W覆盖20A的整个范围的系统中，1A的电流的SNR 比率比带有1A最大电流的系统低20倍，甚至更糟，因为所述系统被设计为处理全部20A电 流范围。
[01巧]因此，本实施例分离了大电流范围频段（在本实例中在1A W上直到20A)和小电 流范围（在本实例中在ΙΑ W下）之间的所述电机的操作。由于低频段范围被单独对待，对 于那个频段的范围就可能达到与运样的系统一样好的SNR，该系统的最大电流等于静止或 恒定速度期间所需的小电流（在本实例中为1A)。
[0126] 本实施例通过分别对待粗和精状态改进了 SNR比率，还在电流命令针对小范围中 的电流时，有效地增大了所述伺服控制器命令的分辨率。与粗和精测量组合在一起的更大 的命令分辨率可W为结果产生更有意义的贡献。
[0127] 正如所解释的那样，高分辨率电流反馈测量对每个待测量的电流使用两个感应 器，一个用于全电流范围的粗测量，一个用于在电流较小、在预先定义的阔值W下时的精 细电流测量。精感应器被用于小电流范围的电流，该范围例如可W等于大电流范围的5% 巧％范围），且粗感应器被在电流在大电流范围的5%到100%的范围中时用作反馈。二者 均由模数转换器，ADC，W特定分辨率采集，例如带有14位无噪声分辨率的16位分辨率ADC。 在运个实例中，小电流范围内的电流的SNR可W增加到20倍，多于4位，并因此使得另外4 位无噪声有效分辨率达到总共18位成为可能。
[0128] 更高分辨率ADC(18位）的使用和一个感应器的使用提供了劣等的结果，因为运种 解决方案不改进测得信号自身的SNR，而且无论如何可能更明显地昂贵。
[0129] 一般地，噪声在稳态情形中产生造成抖动和跟随误差的力或力矩，并且本实施例 可W用运种方式显著地减小抖动和跟随误差。
[0130] 所述测量感应器可W是低阻电阻，或者其他感应器，诸如基于霍尔效应的电流感 应器、电流镜电路等等。
[0131] 所述精测量感应器（例如由电阻器）产生的热量可W，例如通过使所述精感应器 在其未被使用且所述粗感应器被用于反馈时，被显著地减小。为了使所述感应器短路，可W 使用晶体管或一个或两个二极管或者其他已知的方法，来限制所述感应器两端的电压降， 或者在所述精测量未被使用时防止大电机电流流过它。
[0132] 产生高分辨率PWM命令是已有的技术。然而，如上面讨论的那样，如果电流反馈分 辨率和SNR没有被改进，它是没有用处的。换句话说，不论PWM命令分辨率如何良好，其效 率都受到电流反馈信号中的噪声水平的限制。带有增大的PWM命令分辨率的本两通道反馈 测量的组合能够导致显著的改进。
[0133] 在根据本发明的伺服驱动器的另一个实施例中，电流命令是模拟的且被有限分辨 率ADC采样，如在下面的图7中所示的那样。该命令被测量两次，一次是被大于1的因子放 大（粗）且一次是在被大于1的因子放大之后（精）。20倍被作为实例给出。在该命令较 高（在本实例中放大20倍的最大电流的5%到100% )时使用粗命令，且在该命令在最大 电流的至多5%范围内时使用精命令。通过使该命令放大到尽可能接近其中该命令信号进 入所述伺服驱动器的电路中的位置，在本实例中放大20倍，被加到所述伺服驱动器的进入 点和采样电路之间的信号的噪声的影响被显著地减弱，改善了该命令信号的SNR，运使得命 令电流能够带有更精细的有效无噪声分辨率。
[0134] 应当注意的是，尽管上面已经在数字化信号方面进行了描述，但本实施例还可W 是模拟的，不再需要所述ADC。
[0135] 现在参考图4,其为示出电流测量反馈回路的简化电路图，其中电流测量被与电机 相位串联。应当注意的是桥240可W由任何适当的开关组成，包括FETs、BJTs和其他电子 开关。在图4中，电力桥240被与电机的S个相位连接。对于电机的两个相位的每一个，存 在两个电流测量感应器，精感应器212和粗感应器222, W测量所述电机的电流。所述精感 应器被精通道ADC211采样，且所述粗感应器被粗通道ADC221采样。ADC211和221可W是 带有两个或更多采样通道的一个物理ADC。两个被采样信号被供应回控制器250。控制器 250然后向对通过所述电机260的电流进行修改的所述桥240提供控制输出。
[0136] 如所述的那样，可W使用开关213使所述精感应器短路，W防止不必要的散热。
[0137] 为第二相位提供了相同的测量结构，如所述的那样。同样地，可W向第Ξ相位提供 测量结构，尽管没有说明。
[013引现在参考图5,其为示出可替换电流测量类型的简化电路图，其中在所述桥和所述 电源的负端之间实现了电流测量。与在图4中相同的零件被赋予相同的参考数字，且不再 描述，除非理解本实施例需要。在图5中，电力桥240连接电机260的Ξ个相位。用于测量 电流的精感应器212和粗感应器222被放在所述桥的下部的晶体管和电源负端之间。一般 地，感应位置特定于正被使用的电机的类型的，并且测量是任何能够为控制电机提供有用 反馈的电流。所述精感应器被精通道ADC211采集，且所述粗感应器被粗通道ADC221采集。 两个被采样信号被供应回控制器250。控制器250然后向对通过所述电机260的电流进行 修改的所述桥240提供控制输出。像前面那样，所述粗和精感应器包括被与电流串联地放 置的电阻器，然而可W使用其他类型的感应器（诸如基于霍尔效应的电流感应器）来代替。 如所述的那样，可W通过开关213使所述精感应器短路，W提供图4和图5的实施例。测量 电阻器可W可替换地被放置在上部的晶体管和所述电源的正端之间。
[0139] 如上面解释的那样，使用精电流测量或者粗电流测量用于反馈的决定可W基于粗 测量超过或者未超过阔值。可替换地，可W使用如所述控制器产生用于操作所述电机的电 流命令的大小。
[0140] 应当注意的是，所用的通道可W被在所述控制器处选择并因此不必被连接成短路 或者W其他方式关闭电路板上的感应器。所述感应器的关闭设及电源效率和热量的最小 化，而对选择要使用的测量设及当前哪个感应器获得最有效的测量。
[0141] 现在参考图6,其为在其中说明电流命令的产生的简化图。期望位置和速度命令由 运动控制器（未示出）提供。在减法器302中期望位置被与电机位置反馈进行比较，最终 的差被应用到位置控制算法303,例如PID算法，W为所述速度控制器308提供命令信号。 位置反馈可W是电机位置或者负载位置，如位置感应器测量的那样。期望速度命令可W经 由加法器305被加到位置控制算法的输出。加法器305的输出与反馈电机速度被一起提供 到减法器306且最终的差提供了速度误差，其被供给到速度控制算法308.速度反馈可W被 在所述电机上测量，比如从速度感应器或者从位置反馈计算。速度控制算法310的速度输 出是供给到所述电机的电流命令。
[0142] 电流命令随后被提供到减法器312。来自所述电机的电流反馈在减法器310处被 从电流命令中减去。电流反馈是基于电机电流测量的。结果被提供到电流控制算法312， 其基于控制律（诸如PID) WPWM形式或者模拟的形式向所述电力桥314提供了电压命令。 所述电力桥产生用于所述电机316的相位电流。如讨论的那样，所述电机可W是旋转电机 或线性电机、单相或多相、直流或交流。
[0143] 在实施例中，所述伺服驱动器中的一个数字处理器执行控制，包括位置、速度、电 流等，而且在运种情况下电流命令被由运样的数字处理器在内部产生。
[0144] 在其他的实施例中，一个数字处理器执行位置控制W及可选地速度控制，但没有 更多，然后所述数字处理器W模拟或数字形式向仅执行电流控制的单独伺服驱动器输出电 流命令。
[0145] 为了确保电流的精度，测量信号中的任何偏移都可能被补偿，W使它们的效果最 小化，而且粗和精测量的增益比率相对于期望的增益比率之间的任何不协调都可能被补 偿，W为了得到从大到小和从小到大电流的光滑且无误差电流转换使增益不协调的效果最 小化。
[0146] 运种偏移和增益不协调补偿可W在驱动器的生产过程期间被手动地，或者由所述 驱动器的电流控制器自动地执行。
[0147] 在手动情形中，偏移和增益不协调被手动地测量且增益被存储在所述控制器能够 使用的非易失性存储器。
[014引在自动情形中，电流控制器测量偏移和增益不协调，作为驱动器激活过程的一部 分，或者在能够在不影响所述驱动器的适当操作的前提下执行补偿的任何其他时间。所述 控制器可W在存储器中存储补偿值并在运之后使用它。一些偏移和增益不协调测量的方法 可能需要特定电路和算法的实施方式，诸如加上所述控制器能够采样的高精度已知参考电 压，并作为用来计算适当补偿的参考使用。
[0149] 现在参考图7,其为说明运样的情形的简化概要图，其中电流命令被产生于所述驱 动器之外并作为模拟信号供应给所述驱动器。
[0150] 更特别地，图7的实施例设及来自外部源W模拟形式接受的命令并仅执行电流控 制的伺服驱动器。输入命令信号，其开始时粗，在放大器416处W大于1的增益被放大，产 生了精命令信号。粗和精信号都由所述电流控制器的ADC414同时采样或一起关闭。
[0151] 所述电流控制器可W基于粗信号的大小自动地决定在任意给定的时间使用粗或 精运两个的命令的哪个。如果粗命令超过预先定义的阔值，则所述电流控制器使用精命令。 如果粗命令在阔值W上则所述电流控制器使用粗命令。对于任意给定电流，精信号都 比未 加工的粗命令信号大。图7的实施例为小命令有效地增加了有效无噪声分辨率的电流命 令，并能够使小电流的控制更精确。
[0152] 例如，假设输入命令范围的范围是0到10V。输入命令信号到达无噪声控制器且其 分别代表在0到10A范围内的电流命令；粗信号被放大32倍W残生精信号。在粗和精之间 选择的阔值被设置为0. 5V。无噪声16位ADC被用于对两个信号都采样，且ADC输入电压范 围被设置为10V。所述ADC能够采样的最小电压是大约10/65536 = 0. 00015V。被加到两 个信号的噪声和偏移是大约0. 00488V，大约是所述ADC能测量的最小信号的32 ( = 5位） 倍。因此所述ADC的有效噪声和无偏移分辨率是16中的11位。无噪声的最小粗电流命令 是0.00488A。由于放大的缘故，无噪声的最小精命令低32倍，约为0.00015A。关于被放大 的精信号，与效果使用全16位无噪声ADC在无噪声信号上采样类似，无论何时信号都在特 定阔值W下。
[0153] 使用带有18位的高分辨率无噪声的ADC，例如，W及仅对粗命令采样提供了劣化 的结果，因为运种解决方案不排除被加在信号的噪声，而且最小的有用命令还是0. 00488A。 无论如何，18位的ADC可能更显著地昂贵。选择器420在精和粗命令之间进行选择。
[0154] 电流命令可W是描述期望电流幅度的单个模拟信号，或者描述所述电机的一个或 多个相位中期望电流的若干信号。对于每个信号，精和粗测量的方法都适用。
[0155] 图7的实施例可W因此改进被采样的模拟命令的SNR，使被所述驱动器的电路加 在信号的偏移和电器噪声的负面影响最小化。
[0156] 应当注意的是，上面的命令改进对任何类型的致动器的任何类型的驱动器都适 用，无论它是伺服电机、液压电机、压电陶瓷电机或者任何其他的电机。该命令可W包括电 流、电压、压力或任何其他激活和控制所述致动器所需的被测量特征。
[0157] 现在参考图8,其为说明图7的实施例的操作的简化流程图。
[0158] 在阶段500,模拟驱动命令信号被外部控制器提供到所述驱动器。在阶段505,当 命令到达所述驱动器时其被放大。未经加工的命令形成粗命令，被放大的信号形成精命令。 在阶段510中，粗和精模拟命令被同时采样，但是在可替换实施例中它们可W被在不同时 间义样。
[015引在阶段520中，粗命令被与阔值相比较，并且如果粗命令在阔值W下，则使用精命 令530。另一方面，如果粗命令在阔值W上，则使用粗命令535。在阶段540中，命令信号被 根据已经使用了两个信号的哪一个而被缩放。然后所述控制器产生带有低噪声的高分辨率 驱动命令信号550。
[0160] 期望的是，在从本申请成长为专利的进程期间，将开发出许多相关的驱动器，而术 语"PWM驱动器"的范围意在先验地包括所有运种新技术。
[0161] 如在此所用的那样，术语"大约"是指±10%。
[016引 术语"包括"（"comprises", "comprising", "includes", "including")、"具有" 及其结合的意思是指"包括但不限于"。
[0163] 术语"由……组成"意思是指"包括且限于"。
[0164] 如在此所用的那样，单数形式的"一个"（"a", "an")和"所述"包括多个参考，除 非上下文清楚地指示了其他方式。
[0165] 应当理解的是，本发明的某些特征，运些特征为了清楚的目的被描述在单个实施 例的上下文中，也可W在单个实施例中被组合地提供，而且上面的描述应被解释成好像运 种组合已经被明确地记载了一样。相反，本发明的各种特征，运些特征为了简洁的目的被描 述在单个实施例的上下文中，也可W被单独地或W任何适当变形或如在本发明任何其他所 述实施例中那样适当地提供，并且上面的描述应被解释成好像运些单独实施例已经被明确 地记载了一样。各种不同的实施例的上下文中描述的某些特征不应被认为是那些实施例的 本质特征，除非没有那些元素该实施例就无法操作。
[0166] 尽管已经连通其特定实施例描述了本发明，但很明显，许多可替换方式、修改和变 形对本领域技术人员而言都是显然的。因此，期望的是包括所有落入所附权利要求的精神 和宽范围内的运种可替换方式、修改和变形。
[0167] 本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请的全部内容都通过引用到本说明 书的方式合并于此，好像单独的出版物、专利或者专利申请被特别和单独地指出通过引用 的方式合并于此一样。另外，本申请中任何引用的引证或标识都不应被解释成承认运种引 用可W像现有技术那样用于本发明。在运个意义上讲，使用了章节标题，它们不应被解释为 是必然的限制。
【主权项】
1. 一种伺服驱动器系统，用于电机的基于反馈的运动控制和定位，所述伺服驱动器系 统包括： 电流测量设备，其配置为获得被所述电机抽取的电流的测量，由此提供所述反馈； 所述电流具有操作范围，所述操作范围包括用于加速的相对较大的电流范围，所述操 作范围还有用于所述电机的稳态操作的相对较小的电流范围；所述电流测量设备具有优化 用于测量所述相对较大电流范围的第一粗感应器以及优化用于测量所述相对较小电流范 围的第二精感应器，由此最大化稳态操作期间的所述反馈精度。2. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其包括采样器，用于对所述第一感应器和 所述第二感应器以相同速率分别采样。3. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其中，所述驱动器是由脉宽调制驱动器和 线性驱动器组成的组中的一员。4. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其中，所述电机可以是由单相电机、直流电 机、多相电机、三相电机、交流电机、两相电机、线性电机和旋转电机组成的组中的一员。5. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其进一步被配置为：当电机电流低于预先 确定的阈值时开启所述第二精感应器，并且当所述电机电流高于所述预先确定的阈值时， 电气地短路所述第二精感应器。6. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其中，所述感应器包括由电阻器、电流镜像 电路、变压器、基于霍尔效应的电流感应器组成的组中的一员。7. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其中，所述驱动器被用于具有单相的电机， 并且所述第一和第二感应器被提供用于所述电机的至少一种电流测量。8. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其中，所述驱动器被用于具有多相的电机， 并且所述第一和第二感应器被提供用于所述电机的至少一种电流测量。9. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其包括外部控制器，所述外部控制器产生 模拟电流命令；所述驱动器被连接以接收来自所述外部控制器的所述模拟命令，并提供所 述模拟命令的精测量和粗测量。10. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其配置为产生一个或多个用于控制所述 电机的电流命令，并基于所述一个或多个电流命令选择所述第一和第二感应器之一。11. 根据权利要求9所述的伺服驱动器系统，其中，所述驱动器配置为通过对所述模拟 命令放大而获得所述模拟命令的精测量，并在放大前和放大后的所述命令电流之间进行选 择。12. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其中，所述第二精感应器使用的输出测量 范围比所述第一粗感应器使用的输出测量范围更大。13. 根据权利要求1所述的伺服驱动器系统，其进一步包括：用于所述精和粗感应的测 量的偏移补偿和增益不匹配补偿，所述补偿以感应对提供，由此提高由反馈和模拟命令信 号组成的组中的至少一员。14. 一种伺服驱动器的电流控制方法，用于电机基于反馈的运动控制和定位，所述方法 包括： 获得电流的测量，所述电流为流入所述电机的电流； 提供所述测量以提供所述反馈，所述电流具有操作范围，所述操作范围包括用于加速 的相对较大的电流范围，所述操作范围还有用于所述电机的稳态操作的相对较小的电流范 围；所述的获得电流的测量包括：对相对较大的电流范围进行第一粗测量，以及对相对较 小的电流范围进行第二精测量，由此最大化所述稳态期间的测量精度。15. 根据权利要求14所述的方法，其包括：对所述粗测量和所述精测量以相同速率进 行米样。16. 根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：自比所述各个粗电流感应器的测量 输出范围大的测量输出范围中获得精测量。17. 根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：当电机电流低于预先确定的阈值时 开启所述精测量感应器，并且当所述电机电流高于所述预先确定的阈值时短路所述精测量 感应器。18. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述电机是单相电机，所述方法包括测量所述 电机的至少一个电流。19. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述电机具有多个相，所述方法包括测量所述 电机的至少一个电流。20. 根据权利要求14所述的方法，其包括：产生一个或多个用于控制所述电机的电流 命令，并基于所述一个或多个电流命令为所述命令选择所述粗测量或精测量。21. 根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：自外部控制器接收模拟命令，并获得 所述模拟命令的精测量和粗测量。22. 根据权利要求14所述的方法，其包括：放大所述模拟命令，以提供所述模拟命令的 所述精测量。23. 根据权利要求14所述的方法，进一步包括：为所述精测量和粗测量提供偏移补偿 和增益不匹配补偿，所述补偿以感应对提供，由此提高由反馈和模拟命令信号组成的组中 的至少一个。24. -种伺服驱动器，用于电机基于反馈的运动控制和定位，所述包括伺服驱动器： 粗命令输入端，用于接收外部产生的作为粗命令的命令信号； 放大器，用于放大所述外部产生的命令信号； 所述放大器的精命令信号输出端，用于在放大后接收所述外部产生的作为精命令信号 的命令； 所述命令具有操作范围，所述操作范围包括用于过渡状态的相对较大的范围，所述操 作范围还有用于所述电机的稳态操作的相对较小的范围；所述伺服驱动器包括开关，所述 开关用于在所述命令高于预先确定的阈值时连接所述粗命令，并在所述命令低于预先确定 的阈值时连接所述精命令，由此最大化所述稳态操作期间的所述命令精度。25. -种具有基于反馈的运动控制和定位的致动器系统，其包括： 测量设备，其配置以获得所述致动器的可控特征的测量，由此提供所述反馈； 所述特征为可测量特征，所述特征具有操作范围，所述操作范围包括用于过渡状态的 相对较大的范围，所述范围还具有在用于所述致动器的稳态操作的相对较小的范围；所述 测量设备具有优化用于测量所述相对较大的范围的第一粗感应器，以及优化用于测量所述 相对较小的稳态范围的第二精感应器，由此最大化所述稳态操作期间的所述可测量特征的 精度。
【专利摘要】一种用于电机的基于反馈的运动控制和定位的伺服驱动器系统，包括：电流测量设备，被设置成获得对正被所述驱动器电机抽取的电流进行的测量，从中提供反馈；该电流具有操作范围，该操作范围包括用于加速的相对较大的电流范围和用于所述电机的稳态操作的相对较小的电流范围。所述电流测量设备具有优化用于测量所述相对较大电流范围的第一粗感应器以及优化用于测量所述相对较小电流范围的第二精感应器，从而使稳态操作期间的反馈精度最大化。
【IPC分类】H02P27/08, H02P23/00
【公开号】CN105490607
【申请号】CN201510639732
【发明人】泽夫·克申鲍伊姆, 博阿兹·克雷默, 弗拉迪米尔·科根
【申请人】Acs运动控制有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】EP3007351A2, EP3007351A3, US9383734, US20160098019