Устройство для управления пьезодвигателем

(50 4 С 05 В 11/01 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Московский энергетический институт(56) Бутковский А.Г., Фельдбаум А.А. Методы теории автоматического управления, - М,: Наука, 197 1, с. 676-684.Авторское свидетельство СССР Иф 783751, кл. С 05 В 11/О 1, 1980.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЬЕЗОДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может бытьиспользовано при создании систем уп 801397873 А 1 равления пьезоэлектрическими исполнительными элементами для прецизионных перемещений, Целью изобретенияявляется повьпиение быстродействияпьезодвигателя. Пьезодвигатель выполняется в виде наборного столбаиэ пьезоэлектрических пластин, составленного из К секций. Для каждой иэсекций пьезостолба формируются различные напряжения, определяемые входным сигналом устройства, параметрамифорсирующего звена и весовыми коэффициентами согласующих сумматоров,При этом развитие волновых процессовлокализуется в пределах каждой секции, имеющей в Н раз меньшие геометрические размеры и в К раз большуючастоту собственных колебаний посравнению с однородным пьезодвигателем. 1 ил.использовано при создании систем управления пьезоэлектрическими испол 5 нительными элементами для прецизионных перемещений в оптико-механических приборах, в технологическом оборудовании для обработки металлов резанием, в механических сканирующих устройствах.Целью изобретения является повышение быстродействия пьеэодвигателя,На чертеже представлена,функциональная схема устройства для управления пьеэодвигателем.Устройство содержит первый усилитель 1, пьеэодвигатель 2, исполнительный орган 3, форсирующее звено 4, второй усилитель 5 и (11-1) согласующих сумматоров 6.Пьеэодвигатель 2 установлен на 2(Р 1411 Тр 2+ Т р+а 1гдР Т Г 2 Ы(:,механическая постоянная времени секции, с,1Т д постоянная времени демпфиронаО НИЯ СРК 1 ИИ Смеханическая пог.тоянная нре 1 11+2 1 Я1Т 1НмРни ис полнит ель 55 ного органа З,с; п.ина активнойжестком основании и выполнен в виденаборного пьезостолба иэ пьезоэлектрических пластин, составленного из 2511 секций, и представляет собой объектуправления с распределенными параметрами,Устройство работает следующимобразом,Управляющий сигнал поступает навходы первого усилителя 1 и форсирующего звена 4 с передаточной функцией,вид которой определяется параметрамипьезостолба 2, исполнительного органа 3 и зависит от количества секций,на которые разбит пьезостолб. Так,при разбиении столба 2 на 11 одинаковых секций передаточная функция форсирующего звена 4 имеет вид 40 н иьезоматериа- ЛР М/С- механическая добротность иьезоматериала;- отношение массыисполнительногооргана 3 к массепьезостолба 2,Управляющее напряжение с выходапервого усилителя 1 поступает наближайшую к исполнительному органу 3секцию пьезостолба непосредственно,а на остальные секции - через согласующие сумматоры 6, Сигнал с выходафорсирующего звена 4 усиливаетсявторым усилителем 5, с выхода которого управляющее напряжение поступаетна первые входы (Н) согласующихсумматоров Ь. Согласующие сумматора6 суммируют управляющие напряженияс выходов первого и второго усилителей.Таким обра:ом, на каждой из секцийпьезостолба формируются различныенапряжения, определяемые входным сигналом устройства, параметрами форсирующего звена 4 и коэффициентамисуммирования по первым входам Ксогласующих сумматоров 6,1 ри разбиении пьезостолба на 11одинаковых секций и выборе К; и соответствии с выражениемЕ = 22+К1 1 ф 1где 2 - индекс секции (1 (с 11-1),возрастающий от 2 = 1 длясекции, ближайшей к местукрепления пьезостолба 2 нанеподвижном основании, до2. = 11 для секции, ближайшейк исполнительному органу 3,причем К = О,быс родействие пьезщнигателя можетбыть поньппено в 11 раз по граннениюсо .лучаем управления всеми секциямипье.остолба по одинаковому закону.При управлении всеми г екциями иьезостолба по одинаконому закону, иогиРизменения упранлнкпцего наиряж цияна иьезостолбе, н игм оииор ч ниопо всей длине Р и иктиниой Л тц изменяется механичк:я 111 и 1 я 1: ния" 1 а МХЯНИЧРг КГ 11 111 КР 1111 г 1; 11114 1 1Я Г И РРМЕПРИЯ И 111 11, Я, 1397873соединенного с исполнительным органом. Лалее приходит в движение следующий, более глубинный слой столба и т.д т.е. развивается волновой процесс, распространяющийся со скоростью звука от исполнительного органа к основанию пьезодвигателя и обратно. Для такого объекта нельзя обеспечить окончание процессов уп 10 равления и позиционирования за время, меньшее периода колебаний первой собственной частоты.За счет формирования индивидуальных законов управления секциями обес печивается согласованное и одновременное перемещение исполнительного органа 3 Хи пропорциональная этому перемещению деформация д, каждой секции пьезостолба в соответ 20 ствии с выражением хиоРПри этом развитие волновых процессов локализуется в пределах каждой секции, имеющей в М раэ меньшие геометрические размеры и в И раз большую частоту собственных колеба 35 Абсолютное смещение границы каж 25 дой д-й секции Хпропорционально ее расстоянию от места закрепленияпьезодвигателя на неподвижном основании:30 ний по сравнению с однородным пьеэо,двигателем.Таким образом, в устройстве реализуются управляющие напряжени, обеспечивающие уменьшение времени позиционирования в М раз по сравнению с устройством, реализующим одновременное управление всеми секциями пьезостолба по одинаковому закону.Формула изобретенияУстройство для, управления пьеэодвигателем, содержащее последовательно соединенные пьезодвигатель, выполненный в виде наборного пьезостолбаиз пьезоэлектрических пластин, расчлененного на М секций, и исполнительный орган, первый усилитель, выход которого соединен с входом Н-йсекции пьезостолба, соединенной сисполнительным органой, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повьгшения быстродействия пьезодвигателя,дополнительно введены форсирующеезвено, второй усилитель и (Н) согласующих сумматоров, причем входфорсирующего звена соединен с входомпервого усилителя и является входомустройства, а выход - с входом второго усилителя, выход которого соединен с первыми входами согласующихсумматоров, вторые входы которых соединены с выходом первого усилителя,а выходы - соответственно с входами.Сердюкова Корректор В.Гири ав дактор С.Пекар ехр 8 Заказ 22 Ь 7 45 одписн ир ВНИИЙИ о комитета ССС по д и открытий 13035, М ская наб., д.