CN102487261B - 具有附加转矩补偿功能的双边驱动***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明具有附加转矩补偿功能的双边驱动***及方法，是一种用于消除双边驱动过程中产生的附加转矩的***和方法。本发明通过设置用于补偿第一载台所受转矩的第二方向的行程补偿电机和用于控制所述第二方向的行程补偿电机的第一载台转矩补偿闭环控制单元，可以消除第一载台由于所述两个第一方向的行程电机不同步以及由于两个第二方向的行程电机不同步所受的转矩。本发明相对采用二维电机的方案而言，第一方向的行程电机和第二方向的行程补偿电机之间的串扰会比较小，因此，各部件工作更加可靠。同时本发明也免除了选择柔性件所需的反复计算和试验过程。

Description

具有附加转矩补偿功能的双边驱动***及方法

技术领域

本发明涉及一种双边驱动***及方法。

背景技术

在双边驱动的***中，不可避免的一个问题就是Rz向转矩的问题。Rz向转矩是指由于用于双边驱动的两个驱动电机不同步及出力大小的不同，被驱动物体的质心偏移，以及由于被驱动物体的上层物体或者下层物体的Rz向转矩的影响，而使得双边驱动***出现一个Rz向转矩。绝大多数情况下，这个转矩是不期望存在的。因此在应用中，就需要对该Rz向转矩进行消除。现有的技术中，通常有两种方法来消除该Rz向转矩。其一，是在双边驱动电机的动子和被驱动物体之间加入柔性件形式，通过柔性件的变形，吸收掉该转矩。其二是，通过改变驱动电机，即用二维电机代替一维电机。二维电机的主要出力方向完成驱动作用，与它正交的非主要出力方向完成对Rz向转矩的补偿。配合相应的控制策略，两种方法都可以很好的完成对Rz向转矩的补偿。但这两种方法也有各自的不足之处。

柔性件结构中，一个突出的难点就在于对Rz柔性件刚度的一个选择。由于该方法是通过利用柔性件的变形来吸收Rz向的转矩，但是柔性件的变形量有个限制，不能太大，即要求柔性件的刚度不能太小，同时柔性件的刚度也不能太大，太大的话就起不到吸收Rz向转矩的功能。这样，柔性件的大小、结构的选择就需要进行多次的计算、验证。如果没有丰富的实际经验，要想达到理想的效果，研发的周期必然会比较长。

二维电机结构中，虽然通过一个电机就可以解决Rz向附加转矩的问题，但这种方法的缺点：一方面，二维电机的体积可能比一维电机的大；另一方面，两个二维电机的成本可能比两个一维电机高；再一方面，如果二维电机制造不是很优秀的话，两个运动方向的相互串扰会比较严重，而两个一维电机方案这种风险就相对比较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***及方法，可以消除双边驱动过程中产生的附加转矩。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，包括：底座、第一载台、设置于底座和第一载台之间并用于双边驱动第一载台的两个第一方向的行程电机、分别用于测量对应的第一方向的行程电机位移的两个第一方向的行程测量单元和第一行程测量变换单元，其特征在于，所述双边驱动***还包括：用于控制所述两个第一方向的行程电机的第一载台位移闭环控制单元、用于补偿第一载台转矩的第二方向的行程补偿电机和用于控制所述第二方向的行程补偿电机的第一载台转矩补偿闭环控制单元，其中，第二方向的行程补偿电机设置于底座和第一载台之间，第二方向与第一方向相互垂直设置；所述两个第一方向的行程测量单元将测得的所述两个第一方向的行程电机的位移测量值输出到所述第一行程测量变换单元，所述第一行程测量变换单元将接收到的数据处理得到第一载台位移测量值和第一载台转矩测量值后，将所述第一载台位移测量值反馈到第一载台位移闭环控制单元并产生对两个第一方向的行程电机的控制力信号，从而形成对第一载台的位移的闭环控制，另将所述第一载台转矩测量值反馈到第一载台转矩补偿闭环控制单元并产生对第二方向的行程补偿电机的控制力信号，从而形成对第一载台所受的转矩补偿的闭环控制。

进一步，所述第二方向的行程补偿电机包括第二方向的行程补偿电机的定子和第二方向的行程补偿电机的动子，所述第二方向的行程补偿电机的定子与所述底座刚性联接，所述第二方向的行程补偿电机的动子与所述第一载台刚性联接。

本发明还公开了一种采用上述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***的双边驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，两个第一行程测量单元分别测得对应的第一方向的行程电机的位移获得两个第一方向的行程电机的位移测量值；

第二步，所述第一行程测量变换单元接收并处理所述两个第一方向的行程电机的位移测量值获得第一载台位移测量值和第一载台转矩测量值；

第三步，通过比较一第一载台位移设定值和所述第一载台位移测量值后获得第一载台位移偏差信号，并将所述第一载台位移偏差信号转换成两个第一方向的行程电机的控制力信号，再将两个第一方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第一方向的行程电机；与此同时，通过比较一第一载台转矩设定值和所述第一载台转矩测量值后获得第一载台转矩偏差信号，并将第一载台转矩偏差信号转换成第二方向的行程补偿电机的控制力信号，再将第二方向的行程补偿电机的控制力信号放大后输出到第二方向的行程补偿电机；

第四步，进行第一步形成循环，从而实现在对第一载台的位移进行闭环控制的同时，对第一载台所受到的转矩进行实时补偿。

进一步，所述双边驱动***还包括第二载台和用于单边驱动所述第二载台的第二方向的行程电机，所述第二方向的行程电机的定子与所述第一载台刚性联接，所述第二方向的行程电机的动子与所述第二载台刚性联接，所述第二方向的行程电机的定子与所述第二方向的行程电机的动子通过第三气浮结构联接。

进一步，述双边驱动***还包括：第二载台、设置于第一载台和第二载台之间并用于双边驱动所述第二载台的两个第二方向的行程电机、两个第二行程测量单元、第二行程测量变换单元、用于控制两个第二方向的行程电机的第二载台位移闭环控制单元；所述双边驱动方法还包括如下步骤：

第1步，两个第二行程测量单元分别测得对应的第二方向的行程电机的位移获得两个第二方向的行程电机的位移测量值；

第2步，所述第二行程测量变换单元接收并处理所述两个第二方向的行程电机的位移测量值，获得第二载台位移测量值，或者获得第二载台位移测量值和第二载台转矩测量值；

第3步，通过比较一第二载台位移设定值和所述第二载台位移测量值后获得第二载台位移偏差信号，并将所述第二载台位移偏差信号转换成两个第二方向的行程电机的控制力信号，再将两个第二方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第二方向的行程电机；

第4步，进行第1步形成循环，实现对第二载台的位移的闭环控制。

本发明的有益效果如下：

本发明具有附加转矩补偿功能的双边驱动***及方法，是一种用于消除双边驱动过程中被驱动体所受的附加转矩的新***和新方法。本发明通过设置用于补偿第一载台所受转矩的第二方向的行程补偿电机和用于控制所述第二方向的行程补偿电机的第一载台转矩补偿闭环控制单元，可以消除第一载台由于所述两个第一方向的行程电机不同步以及由于两个第二方向的行程电机不同步所受的转矩。

本发明相对采用二维电机的方案而言，第一方向的行程电机和第二方向的行程补偿电机之间的串扰会比较小，因此，各部件工作更加可靠。同时本发明也免除了选择柔性件所需的反复计算和试验过程，提高了效率。另外，与二维电机的方案相比，可减小产品尺寸，从而降低成本。

附图说明

本发明的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***及方法由以下的实施例及附图给出。

图1是本发明的实施例1的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***的结构示意图；

图2是本发明的实施例1的变形示意图；

图3是本发明实施例1中对第一载台的控制原理图；

图4是本发明实施例1的结构受力示意图；

图5是本发明实施例2的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***结构的示意图；

图6是本发明实施例3的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***结构的示意图；

图7是本发明实施例3对第二载台的控制原理图；

图中，101-第一载台、102-第一方向的行程电机的动子、103-第一方向的行程电机的定子、104-第一气浮结构、105-第二方向的行程补偿电机的动子、106-第二方向的行程补偿电机的定子、107-底座、108-负载、201-第二载台、202-第二方向的行程电机的动子、203-第二方向的行程电机的定子、204-第三气浮结构、205-第四气浮结构、301-第一载台位移初始设定端、302-第一载台位移比较器、303-第一载台位移控制器、304-第一行程增益平衡矩阵、305-第一行程测量单元、306-第一行程测量变换单元、307-第一载台转矩初始设定端、308-第一载台转矩比较器、309-第一行程补偿控制器、310-第二方向的行程补偿电机驱动器、401-第二载台位移初始设定端、402-第二载台位移比较器、403-第二载台位移控制器、404-第二行程增益平衡矩阵、405-第二行程测量单元、406-第二行程测量变换单元、407-第二载台转矩初始设定端、408-第二载台转矩比较器、409-第二行程补偿控制器、410-第二行程补偿电机驱动器。

具体实施方式

以下将对本发明的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***及方法作进一步的详细描述。

实施例1

请参阅图1，图1所示为本发明实施例1的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***的结构示意图。这种具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，包括：底座107、第一载台101、设置在底座107和第一载台101之间由第一载台位移闭环控制单元控制的用于双边驱动第一载台101沿Y向运动的两个第一方向的行程电机(所述第一方向的行程电机包括第一方向的行程电机的定子103、第一方向的行程电机的动子102和第一气浮结构104)、分别用于测量对应的第一方向的行程电机的位移的两个第一行程测量单元305(请结合参阅图3)和一个第一行程测量变换单元306(请结合参阅图3)。所述两个第一方向的行程电机的定子103分别与底座107刚性联接，所述第一方向的行程电机的动子102分别与所述第一载台101刚性联接，所述两个第一方向的行程电机的动子102分别与对应的定子103通过各自的第一气浮结构104(如气浮轴承)联接。所述第二方向的行程补偿电机相对第一方向的行程电机更靠近第一载台或与第一载台相互联接的负载，如此，所述第二方向的行程补偿电机由于受到空间限制可允许移动的位移相对较小。

所述双边驱动***还包括：用于补偿第一载台101由于所述两个第一方向的行程电机不同步所受的转矩(R_Z向)的第二方向的行程补偿电机和用于控制所述第二方向的行程补偿电机的第一载台转矩补偿闭环控制单元。所述第二方向的行程补偿电机的定子106与所述底座107刚性联接，所述第二方向的行程补偿电机的动子105与所述第一载台101刚性联接，所述第二方向的行程补偿电机的动子105与对应的定子106通过第二气浮结构联接。本实施例中，所述第二方向的行程补偿电机设置在所述两个第一方向的行程电机之间。当然，所述第二方向的行程补偿电机也可以设置在所述两个第一方向的行程电机中任意一个的外侧，如图2所示，即，所述第二方向的行程补偿电机相对第一方向的行程电机更远离第一载台或与第一载台相互联接的负载，这样，所述第二方向的行程补偿电机由于空间关系可允许移动的位移可相对较大。

请结合参阅图1和图3，图3所示为实施例1的对第一载台101的控制原理图。所述两个第一行程测量单元305将测得的所述两个第一方向的行程电机的位移测量值输出到所述第一行程测量变换单元306，所述第一行程测量变换单元306将接收到的数据处理得到第一载台位移测量值和第一载台转矩测量值后，将所述第一载台位移测量值反馈到第一载台位移闭环控制单元并产生对两个第一方向的行程电机的控制力信号，从而形成对第一载台101的位移的闭环控制，另将所述第一载台转矩测量值反馈到第一载台转矩补偿闭环控制单元并产生对第二方向的行程补偿电机的控制力信号，从而形成对第一载台101所受的转矩补偿的闭环控制。通过分别对第一载台101的位移及所受的转矩进行闭环控制，一方面可以对已经产生的转矩进行补偿，另一方面也可以减小甚至消除因两个第一方向的行程电机位移不同步而进一步产生的转矩。

所述第一载台位移闭环控制单元具体包括：第一载台位移初始设定端301、作为所述第一载台位移闭环控制单元的输入端的第一载台位移比较器302、第一载台位移控制器303和第一行程增益平衡矩阵304。所述第一载台位移比较器302接收并比较来自第一载台位移初始设定端301的第一载台位移设定值和来自第一行程测量变换单元306的第一载台位移测量值后获得第一载台位移偏差信号。所述第一载台位移控制器303接收来自所述第一载台位移比较器302的所述第一载台位移偏差信号并将该信号转换成所述两个第一方向的行程电机的控制力信号后将该信号输出到所述第一行程增益平衡矩阵304。所述第一行程增益平衡矩阵304将接收的控制力信号放大后将该信号分别传输到对应的第一方向的行程电机。

所述第一载台转矩补偿闭环控制单元具体包括：第一载台转矩初始设定端307、作为所述第一载台转矩补偿闭环控制单元的输入端的第一载台转矩比较器308、第一行程补偿控制器309和第二方向的行程补偿电机驱动器310，所述第一载台转矩比较器308接收并比较来自第一载台转矩初始设定端307的第一载台转矩设定值和来自第一载台转矩测量值后获得第一载台转矩偏差信号。第一行程补偿控制器309将接收的所述第一载台转矩偏差信号转换成第二方向的行程补偿电机的控制力信号后将该信号输出到第二方向的行程补偿电机驱动器310。所述第二方向的行程补偿电机驱动器310将接收到的第二方向的行程补偿电机的控制力信号放大后将该信号输出到第二方向的行程补偿电机。

在本实施例中，所述第一载台101和被驱动的负载108之间为刚性联接。当然，第一载台101和负载108之间的联接关系也可以不是刚性联接，只要保证负载108随着第一方向的行程电机的运动而运动就可以。请参阅图4，图4示出了第一载台101及其驱动的负载108在受两个第一方向的行程电机作用沿Y向运动过程的受力分析图。一旦，两个第一方向的行程电机对第一载台101的作用不同步或作用力Fy1和Fy2大小不同，第一载台101就会受到转矩Trz。此时需要通过第二方向的行程补偿电机对第一载台101施加一个用于消除转矩Trz的作用力Fx。

本实施例中，这种采用如上所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***的双边驱动方法，是对第一载台101的双边驱动方法，其包括如下步骤，请结合参阅图1和图3：

第一步，两个第一行程测量单元305分别测得对应的第一方向的行程电机的位移获得两个第一方向的行程电机的位移测量值；

第二步，所述第一行程测量变换单元306接收并处理所述两个第一方向的行程电机的位移测量值，获得第一载台位移测量值和第一载台转矩测量值；

第三步，同时执行以下两个子步骤

第一子步骤：所述第一载台位移比较器302接收并比较来自所述第一载台位移初始设定端301的第一载台位移设定值和所述第一载台位移测量值后获得第一载台位移偏差信号，第一载台位移控制器303将接收的所述第一载台位移偏差信号转换成两个第一方向的行程电机的控制力信号，所述第一行程增益平衡矩304阵将接收到的两个第一方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第一方向的行程电机；

第二子步骤：所述第一载台转矩比较器308接收并比较来自所述第一载台转矩初始设定端307的第一载台转矩设定值和所述第一载台转矩测量值后获得第一载台转矩偏差信号，第一行程补偿控制器309将接收的第一载台转矩偏差信号转换成第二方向的行程补偿电机的控制力信号，所述第二方向的行程补偿电机驱动器310将接收到的第二方向的行程补偿电机的控制力信号放大后输出到第二方向的行程补偿电机；

第四步，进行第一步以形成循环控制，从而实现在对第一载台101的位移进行闭环控制的同时对第一载台101所受到的转矩(R_Z向)进行实时补偿。

实施例2

请参阅图5，图5所示为本发明实施例2的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***结构的示意图。本实施例与实施例1的区别在于：所述双边驱动***还包括第二载台201和用于单边驱动所述第二载台201沿X向运动的第二方向的行程电机，所述第二方向的行程电机的定子203与所述第一载台101刚性联接，所述第二方向的行程电机的动子202与所述第二载台201刚性联接，所述第二方向的行程电机的定子203与所述第二方向的行程电机的动子202通过第三气浮结构204联接。由于第二载台201是单边驱动的，其本身不存在产生转矩的问题，因此，也就不需要对第二载台201的位移及所受的转矩进行闭环控制，只需要按照实施例1中的方式对第一载台101的位移及转矩进行闭环控制即可，具体可参阅图3。

本实施例和实施例1中一样，第一载台101由于两个第一方向的行程电机运动的不同步会产生一个Rz向的转矩，这个转矩使得第一载台101在Rz向旋转，同样通过第二方向的行程补偿电机的作用，实现对该转动的补偿。

在第二方向的行程电机的动子202驱动第二载台201在沿X向运动的同时，第二方向的行程电机的定子203由于第二方向的行程电机的反作用力，会推动Y向大行程运动体即第一载台101进行反向的运动。如果第二载台201在X向运动的加速度要求很大的话，势必要求的第二方向的行程电机作用力很大，这样，反作用力也很大，如果第二方向的行程电机的定子203以及第一载台101的质量不够大的话，会导致由于反作用力的作用，第二方向的行程电机的定子203以及第一载台101在X向产生一个较大的反向位移，如要防止第二方向的行程电机的定子203以及第一载台101在X向产生一个较大的反向位移，则需在一定程度上提高第二方向的行程电机的定子203以及第一载台101的质量和尺寸。

如果对第二载台201的X向大行程运动要求有较大的加速度，可以考虑增大反作用力所驱动的部件的整体质量(即第二方向的行程电机的定子203以及第一载台101的质量)，这样的话，反作用力所驱动的部件的位移也不会由于第二载台201的X向大行程运动的大加速度而变得太大，这样，对第二方向的行程电机的定子203以及第一载台101的尺寸要求就可以降低。

实施例3

请参阅图6和图7，图6所示为本发明实施例3的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***结构的示意图。图7所示为实施例3中第二载台201的控制原理图，实施例3中对第一载台101的控制原理图与实施例1相同，如图3所示。本实施例与实施例1的区别在于：

所述双边驱动***还包括：第二载台201、设置于第一载台101和第二载台201之间并用于双边驱动所述第二载台201沿X向运动的两个第二方向的行程电机(所述第二方向的行程电机包括第二方向的行程电机的定子203、第二方向的行程电机的动子202和第三气浮结构)、两个第二行程测量单元405和第二行程测量变换单元406。所述两个第二方向的行程电机的定子203分别与所述第一载台101刚性联接(即固定连接)，所述两个第二方向的行程电机的定子203分别与对应的第二方向的行程电机的动子202通过第三气浮结构204联接，所述两个第二方向的行程电机的动子202分别与所述第二载台201刚性联接，所述第一载台101和所述两个第二方向的行程电机的动子202之间在第一行程方向设有第四气浮结构205，当第一载台101沿第一行程方向(即第一方向的行程电机的驱动方向)运动时，通过该第四气浮结构205经所述第二方向的行程电机的动子202带动第二载台201一起沿第一行程方向运动。

由于本实施例中的第二载台201是双边驱动的，因而有必要对第二载台201的位移及所受的转矩进行闭环控制，然而由于所述第二方向的行程电机的定子203分别与所述第一方向的行程电机的动子和第一载台101刚性联接，所述第一载台101与所述第二方向的行程电机的动子202在第一行程方向设有高刚性的第四气浮结构205，而且，所述第二方向的行程电机的动子202与所述第二载台201刚性联接。所述第二载台201双边驱动电机(即两个第二方向的行程电机)由于不同步产生的附加转矩可以通过电机反力传递到所述第一载台101，由第一载台101的第二方向的行程补偿电机吸收。也就是说，由于两个第一方向的行程电机不同步产生的附加转矩和由于两个第二方向的行程电机不同步产生的附加转矩会分别同时传递到第一载台101和第二载台201，也就是说，第一载台和第二载台始终受到相同的转矩。因此，所述第二载台201的第二行程补偿电机可以不需要，第一载台101和第二载台201的双边驱动电机产生的附加转矩可以全部由第一载台101的第二方向的行程补偿电机来吸收。同时，第二行程的转矩补偿控制器单元也不需要，可以由第一行程的转矩补偿控制器单元来完成该功能。

所述双边驱动***还包括用于控制两个第二方向的行程电机的第二载台位移闭环控制单元。所述第二载台位移闭环控制单元包括：第二载台位移初始设定端401、第二载台位移比较器402、第二载台位移控制器403和第二行程增益平衡矩阵404。所述两个第二行程测量单元405将测取的所述两个第二方向的行程电机的位移测量值输出到所述第二行程测量变换单元406。所述第二行程测量变换单元406对接收到的数据处理后得到第二载台位移测量值。所述第二行程测量变换单元406将接收到的数据处理得到第一载台位移测量值后，将所述第一载台位移测量值反馈到第一载台位移闭环控制单元并产生对两个第二方向的行程电机的控制力信号，从而形成对第二载台201的位移的闭环控制。具体步骤如下，所述第二载台位移比较器402接收并比较来自第二载台位移初始设定端401的第二载台位移设定值和第二载台位移测量值后获得第二载台位移偏差信号。所述第二载台位移控制器403将接收的所述第二载台位移偏差信号转换成两个第二方向的行程电机的控制力信号。所述第二行程增益平衡矩阵404将接收的所述两个第二方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第二方向的行程电机。

这种采用如上所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***的双边驱动方法，其包括如下步骤，请结合参阅图1和图3：

第一步，两个第一行程测量单元305分别测得对应的第一方向的行程电机的位移获得两个第一方向的行程电机的位移测量值；

第二步，所述第一行程测量变换单元306接收并处理所述两个第一方向的行程电机的位移测量值，获得第一载台位移测量值和第一载台转矩测量值；

第三步，同时执行以下两个子步骤

第一子步骤：所述第一载台位移比较器302接收并比较来自所述第一载台位移初始设定端301的第一载台位移设定值和所述第一载台位移测量值后获得第一载台位移偏差信号，第一载台位移控制器303将接收的所述第一载台位移偏差信号转换成两个第一方向的行程电机的控制力信号，所述第一行程增益平衡矩304阵将接收到的两个第一方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第一方向的行程电机；

第二子步骤：所述第一载台转矩比较器308接收并比较来自所述第一载台转矩初始设定端307的第一载台转矩设定值和所述第一载台转矩测量值后获得第一载台转矩偏差信号，第一行程补偿控制器309将接收的第一载台转矩偏差信号转换成第二方向的行程补偿电机的控制力信号，所述第二方向的行程补偿电机驱动器310将接收到的第二方向的行程补偿电机的控制力信号放大后输出到第二方向的行程补偿电机；

第四步，进行第一步以形成循环控制，从而实现在对第一载台101的位移进行闭环控制的同时对第一载台101所受到的转矩(R_Z向)进行实时补偿。

另外，所述第二行程测量变换单元在获得第二载台位移测量值的同时还可以获得第二载台转矩测量值，由于所述第一载台和第二载台所受的转矩始终相同，因此，可以将第二载台转矩测量值反馈到第一载台转矩补偿闭环控制单元并产生对第二方向的行程补偿电机的控制力信号，从而形成对第一载台所受的转矩补偿的闭环控制。具体如下，在上述第二子步骤中：第一载台转矩补偿闭环控制单元的第一载台转矩比较器308接收并比较来自所述第一载台转矩初始设定端307的第一载台转矩设定值和所述第二载台转矩测量值后获得第一载台转矩偏差信号，第一行程补偿控制器309将接收的第一载台转矩偏差信号转换成第二方向的行程补偿电机的控制力信号，所述第二方向的行程补偿电机驱动器310将接收到的第二方向的行程补偿电机的控制力信号放大后输出到第二方向的行程补偿电机，从而形成对第一载台101(也即第二载台201)的转矩补偿闭环控制。

本实施例的具有附加转矩补偿功能的双边驱动方法中，在原有对第一载台101的具有附加转矩补偿功能的双边驱动方法不变的基础上，增加了对所述第二载台201的双边驱动方法。所述第二载台201的双边驱动方法包括如下步骤，请结合参阅图6和图7：

第1步，两个第二行程测量单元405分别测得对应的第二方向的行程电机的位移获得两个第二方向的行程电机的位移测量值；

第2步，所述第二行程测量变换单元406接收并处理所述两个第二方向的行程电机的位移测量值获得第二载台位移测量值和第二载台转矩测量值；

第3步，所述第二载台位移比较器402接收并比较来自所述第二载台位移初始设定端401的第二载台位移设定值和所述第二载台位移测量值后获得第二载台位移偏差信号，第二载台位移控制器403将接收的所述第二载台位移偏差信号转换成两个第二方向的行程电机的控制力信号，所述第二行程增益平衡矩阵404将接收到的两个第二方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第二方向的行程电机；

第4步，进行第1步以形成循环控制，从而实现在对第一载台101的位移进行闭环控制。

本发明具有附加转矩补偿功能的双边驱动***及方法，其通过设置用于补偿第一载台所受转矩的第二方向的行程补偿电机和用于控制所述第二方向的行程补偿电机的第一载台转矩补偿闭环控制单元，可以消除第一载台由于所述两个第一方向的行程电机不同步以及由于两个第二方向的行程电机不同步所受的转矩。本发明相对采用二维电机的方案而言，第一方向的行程电机和第二方向的行程补偿电机之间的串扰会比较小，因此，各部件工作更加可靠。同时本发明也免除了选择柔性件所需的反复计算和试验过程。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，包括：底座、第一载台、设置于底座和第一载台之间并用于双边驱动第一载台的两个第一方向的行程电机、分别用于测量对应的第一方向的行程电机位移的两个第一方向的行程测量单元和第一行程测量变换单元，其特征在于，所述双边驱动***还包括：用于控制所述两个第一方向的行程电机的第一载台位移闭环控制单元、用于补偿第一载台转矩的第二方向的行程补偿电机和用于控制所述第二方向的行程补偿电机的第一载台转矩补偿闭环控制单元，所述第一载台位移闭环控制单元包括：第一载台位移初始设定端、作为所述第一载台位移闭环控制单元的输入端的第一载台位移比较器、第一载台位移控制器和第一行程增益平衡矩阵，第一载台位移比较器接收并比较来自第一载台位移初始设定端的第一载台位移设定值和第一载台位移测量值后获得第一载台位移偏差信号，所述第一载台位移控制器将接收的所述第一载台位移偏差信号转换成所述两个第一方向的行程电机的控制力信号后输出到所述第一行程增益平衡矩阵，所述第一行程增益平衡矩阵将接收的控制力信号放大后分别传输到对应的第一方向的行程电机；所述第一载台转矩补偿闭环控制单元包括：第一载台转矩初始设定端、作为所述第一载台转矩补偿闭环控制单元的输入端的第一载台转矩比较器、第一行程补偿控制器和第二方向的行程补偿电机驱动器，所述第一载台转矩比较器接收并比较来自第一载台转矩初始设定端的第一载台转矩设定值和第一载台转矩测量值后获得第一载台转矩偏差信号，第一行程补偿控制器将接收的所述第一载台转矩偏差信号转换成第二方向的行程补偿电机的控制力信号，所述第二方向的行程补偿电机驱动器将接收到的所述第二方向的行程补偿电机的控制力信号放大后输出到第二方向的行程补偿电机；其中，第二方向的行程补偿电机设置于底座和第一载台之间，第二方向与第一方向相互垂直设置；所述两个第一方向的行程测量单元将测得的所述两个第一方向的行程电机的位移测量值输出到所述第一行程测量变换单元，所述第一行程测量变换单元将接收到的数据处理得到第一载台位移测量值和第一载台转矩测量值后，将所述第一载台位移测量值反馈到第一载台位移闭环控制单元并产生对两个第一方向的行程电机的控制力信号，从而形成对第一载台的位移的闭环控制，另将所述第一载台转矩测量值反馈到第一载台转矩补偿闭环控制单元并产生对第二方向的行程补偿电机的控制力信号，从而形成对第一载台所受的转矩补偿的闭环控制。

2.如权利要求1所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，其特征在于，所述第二方向的行程补偿电机包括第二方向的行程补偿电机的定子和第二方向的行程补偿电机的动子，所述第二方向的行程补偿电机的定子与所述底座刚性联接，所述第二方向的行程补偿电机的动子与所述第一载台刚性联接。

3.如权利要求2所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，其特征在于，所述第二方向的行程补偿电机的动子与对应的定子通过第二气浮结构联接。

4.如权利要求1所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，其特征在于，所述第二方向的行程补偿电机相对第一方向的行程电机更靠近第一载台或与第一载台相互联接的负载。

5.如权利要求1所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，其特征在于，所述第二方向的行程补偿电机相对第一方向的行程电机更远离第一载台或与第一载台相互联接的负载。

6.如权利要求1所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，其特征在于，所述双边驱动***还包括：第二载台、设置于第一载台和第二载台之间并用于双边驱动所述第二载台的两个第二方向的行程电机、两个第二方向的行程测量单元、第二行程测量变换单元、用于控制两个第二方向的行程电机的第二载台位移闭环控制单元；两个第二行程测量单元将测得的所述两个第二方向的行程电机的位移测量值输出到所述第二行程测量变换单元，所述第二行程测量变换单元将接收到的数据处理得到第二载台位移测量值后，将所述第二载台位移测量值反馈到第二载台位移闭环控制单元并产生对两个第二方向的行程电机的控制力信号，从而形成对第二载台的位移的闭环控制。

7.如权利要求6所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，其特征在于，所述第二载台位移闭环控制单元包括：第二载台位移初始设定端、第二载台位移比较器、第二载台位移控制器和第二行程增益平衡矩阵，所述两个第二行程测量单元将测取的所述两个第二方向的行程电机的位移测量值输出到所述第二行程测量变换单元，所述第二行程测量变换单元对接收到的数据处理后得到第二载台位移测量值；所述第二载台位移比较器接收并比较来自第二载台位移初始设定端的第二载台位移设定值和第二载台位移测量值后获得第二载台位移偏差信号，所述第二载台位移控制器将接收的所述第二载台位移偏差信号转换成两个第二方向的行程电机的控制力信号，所述第二行程增益平衡矩阵将接收的所述两个第二方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第二方向的行程电机。

8.如权利要求1所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，其特征在于，所述第二方向的行程补偿电机设置在所述两个第一方向的行程电机之间或所述两个第一方向的行程电机中任意一个的外侧。

9.如权利要求1所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，其特征在于，所述双边驱动***还包括：第二载台和用于单边驱动所述第二载台的第二方向的行程电机，所述第二方向的行程电机的定子与所述第一载台刚性联接，所述第二方向的行程电机的动子与所述第二载台刚性联接，所述第二方向的行程电机的定子与所述第二方向的行程电机的动子联接。

10.如权利要求9所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***，其特征在于，所述第二方向的行程电机的定子与所述第二方向的行程电机的动子通过第三气浮结构联接。

11.一种采用如权利要求1所述的具有附加转矩补偿功能的双边驱动***的双边驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，两个第一行程测量单元分别测得对应的第一方向的行程电机的位移获得两个第一方向的行程电机的位移测量值；

第二步，所述第一行程测量变换单元接收并处理所述两个第一方向的行程电机的位移测量值获得第一载台位移测量值和第一载台转矩测量值；

第三步，通过比较一第一载台位移设定值和所述第一载台位移测量值后获得第一载台位移偏差信号，并将所述第一载台位移偏差信号转换成两个第一方向的行程电机的控制力信号，再将两个第一方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第一方向的行程电机；与此同时，通过比较一第一载台转矩设定值和所述第一载台转矩测量值后获得第一载台转矩偏差信号，并将第一载台转矩偏差信号转换成第二方向的行程补偿电机的控制力信号，再将第二方向的行程补偿电机的控制力信号放大后输出到第二方向的行程补偿电机；

第四步，进行第一步形成循环，从而实现在对第一载台的位移进行闭环控制的同时，对第一载台所受到的转矩进行实时补偿。

12.如权利要求11所述的双边驱动方法，其特征在于，所述双边驱动***还包括第二载台和用于单边驱动所述第二载台的第二方向的行程电机，所述第二方向的行程电机的定子与所述第一载台刚性联接，所述第二方向的行程电机的动子与所述第二载台刚性联接，所述第二方向的行程电机的定子与所述第二方向的行程电机的动子通过第三气浮结构联接。

13.如权利要求11所述的双边驱动方法，其特征在于，所述双边驱动***还包括：第二载台、设置于第一载台和第二载台之间并用于双边驱动所述第二载台的两个第二方向的行程电机、两个第二行程测量单元、第二行程测量变换单元、用于控制两个第二方向的行程电机的第二载台位移闭环控制单元；所述双边驱动方法还包括如下步骤：

第1步，两个第二行程测量单元分别测得对应的第二方向的行程电机的位移获得两个第二方向的行程电机的位移测量值；

第2步，所述第二行程测量变换单元接收并处理所述两个第二方向的行程电机的位移测量值，获得第二载台位移测量值，或者获得第二载台位移测量值和第二载台转矩测量值；

第3步，通过比较一第二载台位移设定值和所述第二载台位移测量值后获得第二载台位移偏差信号，并将所述第二载台位移偏差信号转换成两个第二方向的行程电机的控制力信号，再将两个第二方向的行程电机的控制力信号放大后分别传输到对应的第二方向的行程电机；

第4步，进行第1步形成循环，实现对第二载台的位移的闭环控制。

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