Способ управления линейным шаговым двигателем Советский патент 1978 года по МПК H02P8/00 H01L41/08 

1

Изобретение относится к электроприводам, в частности к управлению линейным шаговым двигателем с пьезоэлектрическими элементами, и может быть использовано в микроманипуляторах, электронных и оптических микроскопах, в лазерных приборах и в технологическом оборудовании интегральных микросхем.

Известен способ управления линейным шаговым двигателем, например, с пьезоэлектрическими элементами, который обеспечивает движение с чередующейся паузой, необходимой для срабатывания фиксаторов 1.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления линейным шаговым двигателем путем последовательной коммутации двух фиксаторов и подачи управляющих воздействий на два пьезоэлектрических элемента 2.

Недостатком известных способов управления является пульсирующее движение рабочего органа, обусловленное последовательной коммутацией фиксаторов и пьезоэлемеитов. При таком способе управления движение рабочего органа осуществляется только в моменты сжатия одного пьезоэлемента и растяжения другого ньезоэлектрического элемента. Возникающая пауза в движении приводной планки из-за срабатывания фиксаторов ухудшает динамику движения объекта, который испытывает то ускоряющее, то замедляющее воздействие со стороны двигателя при отработке каждого шага перемешення. Целью изобретения является повышение плавности в лннейпом шаговом двигателе с пьезоэлектрическнмн элементами.

Поставленная нель достигается тем, что в линейном шаговом двигателе с двумя ноочередно коммутируемыми фиксаторами Л1еняют знак и скорость изменения управляющих воздействий на двух пьезоэлектрнческнх элементах в моменты включения и отпускания фиксаторов, а скорости изменения управляющих

воздействий в периоды срабатывания фиксаторов устанавливают для обоих пьезоэлектрических элементов равнЕзГМп по величине и противоположными по знаку. Такое управление двигателем обеснечнвает повьпненне нлавности движения за счет исключения науз на срабатывание фиксаторов при перемсщеннн двигателя.

На фиг. 1 схематически изображен лннейный шаговый двигатель с ньезоэлекгрнческими элементами; на фнг. 2 - временное диаграммы сигналов на отдельных элементах двигателя и скорость неремещення рабочего органа; на фнг. 3 показан один из вариантов устройства, реалнзующего данный способ управленпя.

Двигатель содержит два фиксатора 1 и 2, два пьезоэлектрических элемента 3 и 4, один из которых соединен торцом с фиксатором 1, другой - с фиксатором 2, между другими торцами пьезоэлектрических элементов 3 и 4 жестко закреплена приводная планка 5, передающая движение на управляемый объект (на чертеже не показан). Двигатель перемещается по направляющей 6.

Устройство, реализующее способ управления, содержит (фиг. 3) генератор имщ пьсов

7,выход которого связан со входом триггера

8.Выходы триггера 8 через формирователи 9, 10 длительности включения фиксаторов подключены к усилителям мощности 11 и 12, коммутирующим обмотки фиксаторов 1 и 2. Выходы формирователей 9 и 10 подключены также ко входам формирователей 13, 14 длительности включения пьезоэлементов, связанных через генераторы пилообразных напряжений 15, 16 с усилителями мощности 17 и 18, вырабатывающими управляющие воздействия на пьезоэлементах 4 и 5.

Сущность способа управления в следующем.

В момент времени 4 (фиг. 2) подается команда на включение фиксатора 1, фиксатор

2находится во включенном состоянии (зафиксирован), напряжение на пьезоэлементе 3 уменьщается, и он сжимается. Напряжение на пьезоэлементе 4 возрастает, и происходит его растяжение. Таким образом, в момент /о движение приводной планки 5, связанной с рабочим органом, происходит со- скоростью V от пьезоэлемента 4, так как фиксатор 2 зафиксирован на направляющей 6, а фиксатор 1 не успел еще сработать. В момент времени /1 (на фиг. 2 сигналы обозначены цифрами, соответствующими номерам элементов двигателя) сработает фиксатор 1 и снимется команда с фиксатора 2. Движение приводной планки 5 осуществляется от двух элементов

3и 4, так как оба фиксатора зафиксированы и элемент 3 сжимается, а элемент 4 растягивается. Скорости сжатия и растял ;ения зависят от скорости изменения электрического напряжения на элементах, в данном случае они равны между собой. В момент fz фиксатор 2 расфиксируется (т. е. закончится переходный процесс при отключении), напряжение на элементе 4 уменьщится (подготовительный период). Движение приводной планки 5 осуществляется от одного элемента 3, на отрезке времени и от двух элементов до момента времени /5, при котором заканчивается переходный процесс при расфиксировании фиксатора 1. Таким образом, движение приводной планки на интервале времени от to до

4является непрерывным в условиях, когда происходит передача движения приводной планке 5 от элемента 4 к элементу 3. Аналогично происходит передача движения приводной планке от элемента 3 к элементу 4 в интервале времени от ts до 4 и т. д. Равные скорости сжатия и растяжения элементов необходимы для равномерного движения приводной планки и для исключения проскальзывания фиксаторов по направляющей в моменты передачи движения от одного элемента другому.

Необходимым условием для плавного перемещения при даином способе управления является наличие одинаковых характеристик у элементов 3 и 4, а также у фиксаторов 1 и 2.

Время переходных процессов в фиксаторах определяется расчетным или экспериментальным путем.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

От генератора импульсов 7 происходит переключение триггера 8, поочередно коммутирующего . формирователи длительности включения фиксаторов, на выходе которых сигналы появляются одновременно с перебросом

триггера, а исчезают с некоторой задержкой после возвращения триггера в исходное состояние, тем самым обеспечивается перекрытие во времени управляющих сигналов, поступающих от них на входы усилителей .мощности И и 12, коммутирующим фиксаторы 2 и 1. На выходах формирователей длительности включения пьезоэлементов появляются команды одновременно с появлением сигналов на элементах 9 и 10 и исчезают с задержкой

после снятия сигналов с их входов. При появлении сигнала на входе генератора пилообразных напряжений 15 на его выходе напряжение возрастает и при снятии сигнала уменьшается, а при появлении сигнала на

входе генератора 16 напряжение на его выходе уменьщается и при снятии сигнала возрастает. Усилители мощности 17 и 18 усиливают сигналы, поступающие от генераторов управляющих воздействия и подают их на

пьезоэлектрические элементы 4 и 3. Согласно диаграмме, приведенной на фиг. 2, генератор 7 выдает импульсы в моменты времени /0. is, и, и, и т. д. Таким образом, описываемый способ управления позволяет получить плавное движение двигателя, расширяет возможности его применения в различных областях науки и техники.

Формула изобретения

Способ управления линейным шаговым двигателем путем последовательной коммутации двух фиксаторов и подачи управляющих воздействий на два пьезоэлектрических элемента,

отличающийся тем, что, с целью повышения плавности движения, меняют знак и CKopocTf) изменения управляющих воздействий в моменты включе П я и отпускания фиксаторов, причем скорости изменения управляющих

воздействий в периоды срабатывания фиксаторов устанавливают для обоих пьезоэлектрических элементов равными по величине и противоположными по знаку.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 5 1 Авторское свидетельство СССР № 432649, кл. Н 02Р 7/62, 1972. 6 2. Авторское свидетельство СССР № 470030, кл. Н 01V 7/00, 1973.

Ч t % 5 7 Ч

to г, i

ig t,g t,J Фиг.2.