Способ управления пьезодвигателем

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1397872 А1 (51)4 G 05 В 11/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4088644/24-24 (22) 11.07.86 (46) 23.05.88. Бюл. ¹ 19 (71) Московский энергетический институт (72) А.А.Никольский, Н.А.Краев и Е.Я.Лопатин (53) 62-50(088.8) (56) Бутковский А.Г., Фельдбаум А.А.

Методы теории автоматического управления. — М.: Наука, 197t, с. 676-684.

Устройства и элементы систем автоматического регулирования. Кн.,1:

Измерительные устройства, преобразую,щие элементы и устройства./Нод ред.

В.В.Солодовникова. — М.: Машиностроение, 1973, с. 410-413, рис.

XI-20 ° (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЬЕЗОДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано при создании систем управления пьезоэлектрическими исполнительными элементами для прецизионных перемещений. Целью изобретения является повышение динамической точности позиционирования. Высокая динамическая точность позиционирований с учетом распределенности параметров пьезодвигателя достигается за счет формирования управляющего воздействия на пьеэодвигатель в дискретные моменты времени с интервалом, равным половине периода собственных колебаний пьезодвигателя, путем суммирования управляющего воздействия и величины рассогласования пьезопривода, соответствующих предыдущему моменту времени, и величины рассогласования, соответствующей текущему моменту времени. 2 ил.

1397872

Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано при создании систем управления пьезоэлектрическими исполни5 тельными элементами для прецизионных перемещений в оптико-механических приборах, в технологическом оборудовании для производства э.".ектронньм приборов и в механических сканирующих 10 устройствах.

Целью изобретения является повышение динамической точности позиционирования.

На фиг. 1 представлены временные 15 диаграммы, поясняющие действие способа: а — временная диаграмма задающего сигнала; 6 — временная диаграмма изменения управляющего воздействия,,поступающего на пьезодвигатель; Ь вЂ” 20 временная диаграмма изменения выходной координаты пьезопривода; на фиг. 2 — устройство, реализующее предлагаемый способ.

При изменении задающего воздей- 25 ствия изменяется величина рассогласования пьеэопривода, определяемая как разность сигналов задания по положению и действительного положения, определяемого датчиком положения. 30

Пусть коэффициент усиления системы управления выбран таким образом, что управляющее воздействие, подаваемое в соответствующий определенной ошибке Ll дискретный момент времени, соответствовало бы в установившемся режиме относительному удлинению пьезодвигателя, равному а /2 (фиг. 1) .

Так как пьезодвигатель представляет собой колебательный объект ре- 40 гулиравания с распределенными параметрами и незначительным внутренним демпфированием, то скачок управляющего воздействия, приложенный в момент времени Т=О соответствующий

У

45 ошибке д, возбудит в нем колебания с собственной частотой, зависящей от параметров пьезопривода, и двойной амплитудой, равной D, относительно нового установившегося положения, соответствующего 8/2. Через время t=u, =- 50 т.е. равное половине периода собственной частоты пьезодвигателя, изменение размеров пьеэодвигателя достигнет 1. В этот момент величина рассогласования пьезопривода равна

55 нулю, и управляющее воздействие на пьезодвигатель изменяется на величину, соответствующую ошибке 1, олределенной в предыдущий дискретный мсмент времени, т.е. на ту же величину, что и в предыдущий момент вреMf ни. Это ступенчатое изменение уп— равляющего сигнала также возбуждает в пьезоприводе колебания на собственнойй частоте с амплитудой a/2 около нс вого установившегося положения соответствующего 1, однако фаза последm õ колебаний отстает от фазы колеб; ний, возбужденных предыдущим изменением управляющего сигнала на й, т.е. противоположна.

Согласно принципу суперпозиции колебаний с противоположной фазой пьеэопривод после момента времени будет находиться в новом установившемся положении; соответствующем иэ." менению его длины на величину .

Изменяя коэффициент усиления системы управления, можно обеспечить другие настройки системы и получать переходные процессы позиционирования от апериодических до колебательных, причем в последнем случае частота кслебаний в переходных процессах при управлении согласно предлагаемому способу равна собственной частоте колебаний пьезопривода.

Устройство (фиг. 2) для управления пьезодвигателем содержит блок 1 задания, первый сумматор 2, блок 3 эа" держки, второй сумматор 4, аналогоцифровой преобразователь 5, первый регистр 6, третий сумматор 7, цифроаналоговый преобразователь 8, усилитель 9, пьеэодвигатель 10, исполнительный орган 11, датчик 12 положения, второй регистр 13, генератор 14 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает скачксобраэный задающий сигнал. Сигнал задания с блока 1 задания алгебраически суммируется первым аналоговым сумматором 2 с сигналом датчика 12 псложения исполнительного органа 11.

С гнал ошибки системы с выхода первого аналогового сумматора задерживается блоком 3 задержки аналогового сигнала на время, равное половине периода частоты собственных колебаний пьезопривода, а затем суммируется вторым аналоговым сумматором 4 с величиной текущего измеренного сигнала ошибки. Полученная сумма сигналсв с помощью аналого-цифрового пре13978 образователя 5 преобразуется в цифровой код и поступает на вход первого цифрового регистра 6, Генератор 14 импульсов формирует импульсы, следующие с удвоенной частотой собственных

5 колебаний пьезопривода. В момент прихода импульса от генератора 14 на управляющие входы цифровых регистров

6 и 13 осуществляется передача кода с входов цифровых регистров 6 и 13 на их выходы и последующее удержание этих кодов до момента прихода следующего по времени импульса. Цифровые коды, поступающие на входы цифро- 1r вого сумматора 7, суммируются им и их сумма поступает на вход цифроаналогового преобразователя 8, формирующего управляющий сигнал пьеэопривода, преобразуемый с помощью усилителя 9 в управляющее напряжение пьезодвигателя 10. Пьезодвигатель 10 изменяет свои геометрические размеры и перемещает исполнительный орган 11. Скачкообразное изменение управляющего напря-26 жения на выходе усилителя 9 вызывает колебательный процесс перемещения исполнительного органа 11, который прекращается с приходом второго скачко.образного изменения управляющего напряжения спустя время, равное половине периода частоты собственных колебаний пьеэопривода.

Таким образом, формирование управляющего воздействия в дискретные моменты времени с интервалом, равным половине периода собственных колеба1

72

4 ний пьезодвигателя, путем суммирования управляющего воздействия и величины рассогласования, соответствующих предыдущему моменту времени, и величины рассогласования, соответствующей текущему моменту времени, поэвопяет обеспечить высокую динамическую точность позиционирования с учетом распределенности параметров пьеэодвигателя и обеспечить окончание переходных процессов позиционирования за время, равное периоду собственной частоты его колебаний.

Формула иэ обретения

Способ управления пьезодвигателем, заключающийся в том, что измеряют действительное положение выходной координаты пьеэопривода, определяют рассогласование между заданным и действительным положением выходной координаты, формируют управпяющее воздействие на пьезодвигатель в зависимости от рассогласования, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения динамической точности позиционирования, управляющее воздействие на пьезодвигатель формируют в дискретные моменты времени с интервалом, равным половине периода собственных колебаний пьезодвигателя, как сумму управляющего воздействия и величины рассогласования, соответствующих предыдущему моменту времени, и величины рассогласования, соответствующей текудему моменту времени.

1397872

Составитель С.Исаков

Редактор С.Пекарь Техред Л.Сердюкова KoppeKTop H.Муска

Заказ 2267/45 Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская чаб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4