Устройство для управления пьезодвигателем Советский патент 1988 года по МПК G05B11/01 

со со

vj

ас

со

Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано при создании систем управления пьезоэлектрическими исполнительными элементами для пре1;изион- ных перемещений в оптико-механических приборах, в технологическом оборудовании для обработки металлов резанием, в механических сканирующих устройствах.

Целью изобретения является повышение быстродействия пьезодвигателя

На чертеже представлена функциональная схема устройства для управ- лення пьезодвигателем.

Устройство содержит первый усилитель 1, пьезодвигатель 2, исполнительный орган 3, форсирующее звено 4, второй усилитель 5 и (N-1) сог- ласую цих сумматоров 6.

Пьезодвигатель 2 установлен на жестком основании и вьтолнен в виде наборного пьезостолба из пьезоэлектрических пластин, составленного из N секций, и представляет собой объек управления с распределенными параметрами .

г

Устройство работает следующим образом.

Управляющий сигнал поступает на входы первого усилителя 1 и форсирующего звена 4 с передаточной функцией вид которой определяется параметрами пьезостолба 2, исполнительного орга- на 3 и зависит от количества секций, на которые разбит пьезостолб. Так, при разбиении столба 2 на N одинаковых секций передаточная функция форсирующего звена А имеет вид

W,(P)

де Т „

1 1 Т V Р

1

fl N С

Я

- 2 Г ,-v гч

Л О

3&

1 fl+2tN

V / N С

1 -, ,, . .

)

1

45

механическая постоянная времени секции. С;

постоянная времени демпфирова-50

ния секции, сj

механическая постоянная времени исполнитель нот органа 3,с; длина активной ча ;ти п .е чостол- . м;

CKopocTi, pac .ripo- стра}1еиия звука в пьезоматериа- ле, м/с;

механическая добротность пьезо- материала;

Q

5

0

5

5

0

nii m.

отношение массы исполнительного органа 3 к массе пьезостолба 2.

Управляющее напряжение с выхода первого усилителя 1 поступает на ближайшую к исполнительному органу 3 секцию пьезостолба непосредственно, а на остальные секции - через согласующие сумматоры 6 . Сигнал с выхода форсирующего звена 4 усиливается вторым усилителем 5, с выхода которого управляющее напряжение поступает на первые входы (N-1) согласующих сумматоров 6. Согласующие сумматора 6 суммируют управляющие напряжения с выходов первого и второго усилителей.

Таким образом, на каждой из секций пьезостолба формируются различные напряжения, определяемые входным сигналом устройства, параметрами форсирующего звена 4 и коэффициентами суммирования по первым входам К согласующих сумматоров 6.

При разбиении пьезостолба на N одинаковьп секций и выборе К,- в со- отйетствии с выражением

К . 2 -i + К .

1 -fi

где i - индекс секции (1 il iN-1), возрастающий от i 1 для секции, ближайшей к месту крепления пьезостолба 2 на неподвижном основании, до i N для секции, ближайшей к исполнительному органу 3, причем К HJ О,

быстродействие пьезодвигателя может быть повьш1ено в N раз по гравнению со случаем управления всеми секциями пьемостолба по одинаковому закону. При управлении всеми секциями пье пэ- столба по одинаконому закону, погле изм« нения управляипце1 (1 на11ряжги тя на иьезостолбе, н ИРМ одипнре к нпп по нсей длине его -чктнпиой изменяется механичкч к.чя иларчжсписич ь , а мо.ханичегко1 .чиилгиги и.нппьчс г.-я

с ГК рРМеШРИИЛ lhU f |i V ,1111 I и. 1:1 1- ЫЧ,

соединенного с исполнительным органом. Далее приходит в движение следующий, более глубинный слой столба и т.д., т.е. развивается волновой процесс, распространянщийся со скоростью звука от исполнительного органа к основанию пьезодвигателя и обратно. Дпя такого объекта нельзя обеспечить окончание процессов управления и позиционирования за время, меньшее периода колебаний первой собственной частоты.

За счет формирования индивидуальных законов управления секциями обеспечивается согла сованное и одновременное перемещение исполнительного органа 3 X (t) и пропорциональная этому перемещению деформация d;(t) каждой секции пьезостолба в соответствии с выражением

4,(t) -

Абсолютное смещение границы каждой i-й секции X (t) пропорционально ее расстоянию от места закрепления пьезодвигателя на неподвижном основании:

ний по Сравнению с однородным пьезо- Д1вигателем.

Таким образом, в устройстве реали- зуются управляющие напряжения, обеспечивающие уменьшение времени позиционирования в N раз по сравнению с устройством, реализуюш;им одновременное управление всеми секциями пьезо- столба по одинаковому закону.

Формула изобретения

Устройство .для, управления пьезо- двигателем, содержащее последовательно соединенные пьезодвигатель, вьтол- ненный в виде наборного пьезостолба из пьезоэлектрических пластин, расчлененного на N секций, и исполни- тельный орган, первый усилитель, выход которого соединен с входом N-й секции пьезостолба, соединенной с исполнительным органоА, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия пьезодвигателя, дополнительно введены форсирующее звено, второй усилитель и (N-1) согласующих сумматоров, причем вход форсирующего звена соединен с входом

первого усилителя и является входом

Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано при создании систем управления пьезоэлектрическими исполнительными элементами для прецизионных перемещений. Целью изобретения является повышение быстродействия пьезодвигателя. Пьезодригатель выполняется в виде наборного столба из пьезоэлектрических пластин, составленного из N секций. Для каждой из секций пьезостолба формируются различные напряжения, определяемые входным сигналом устройства, параметрами форсирующего звена и весовыми коэффициентами согласующих сумматоров. При этом развитие волновых процессов локализуется в пределах каждой секции, имеющей в N раз меньшие геометрические размеры и в N раз большую частоту собственных колеба1 1й по сравнению с однородным пьезодвигате- лем. 1 ил. (Л

X /t) X/t) .i.

При этом развитие волновых процессов локализуется в пределах каждой секции, имеющей в N раз меньшие геометрические размеры и в N раз большую частоту собственных колебаустройства, а выход - с входом второго усилителя, выход которого соединен с цервыми входами согласующих сумматоров, вторые входы которых сое- динены с выходом первого усилителя, а выходы - соответственно с входами (N-1) секций пьезостолба.