Способ управления линейным шаговым двигателем

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 0 Щ 6 3472 Сове Севетеннх Социалистических Реооублин(45) Дата опубликования описания 08.06.78Государственный комитет Совета Министров СССР ло делам изобретений(72) Авторы изобретения В. А. Крючков и В. К. Цаценкин Московский ордена Ленина энергетический институт(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫМ ШАГОВЫМ ДВИ ГАТЕЛ ЕМИзобретение 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 ц подачи управляющих воздействий ца два пьезоэлектрических элемента 2.Недостатком известных способов управлсцця является пульсирующее движение рабочего органа, обусловленное последовательной коммутацией фиксаторов и пьезоэлсме 1 ггов. При таком способе управления движение рабочего органа осуществляется только в моменты сжатия одного пьезоэлемента и растяжения другого пьезоэлектрического элемента. Возникающая пауза в движении приводной планки из-за срабатывания фиксаторов ухудшает динамиа движения объекта, который испытывает то ускоряющее, то замедляющее воздействие со стороны двигателя при отработке каждого шага перемещения.5 Целью изобретения является повышениеплавности движения в линейном шаговом двигателе с пьезоэлектрическими элементами.Поставленная пель достигается тем, что илинейном шаговом дьцгателе с двумя поочс рсдно коммутируемыми фиксаторами меняютзнак и скорость изменения управляющих воздействий на двух пьезоэлектрических элементах в моменты включения ц отпускания фиксаторов, а скорости изменения управляющих 15 воздействий в периоды срабатывания фиксаторов устанавливают для обоих пьезоэлектрических элементов равными по величине ц противоположцымц по знаку. Такое управление двигателем обеспечивает повышение плавцо сти движения за счет исключения пауз цасрабатывание фиксаторов прц перемещении двигателя.На фиг. 1 схематически цзооражсн лццсйцый шаговый двигатель с пьсзоэлсктрцчсскц мц элементами; ца фиг. 2 - времснцыс диаграммы сигналов ца отдельных элементах двигателя ц скорость перемещения рабочего органа; ца фиг. 3 показан один из вариантов устройства, реализующего дацньш способ уп равлсцця.50 55 60 3Двигатель 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 импульсов 7, выход которого связан со входом триггера 8, Выходы триггсра 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 9 (фиг. 2) подается команда на включение фиксатора 1, фиксатор 2 находится во включенном состоянии (зафиксирован), напряжение на пьезоэлементе 3 уменьшается, и он сжимается. Напряжение на пьезоэлементе 4 возрастает, и происходит его растяжение. Таким образом, в момент 1, движение приводной планки 5, связанной с рабочим органом, происходит со скоростью 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 3 и 4, так как оба фиксатора зафиксированы и элемент 3 сжимается; а элемент 4 растягивается, Скорости сжатия и растяжения зависят от скорости изменения электрического напряжения на элементах, в данном случае они равны между собой. В момент 19 фиксатор 2 расфиксируется (т. е. закончится переходный процесс при отключении), напряжение на элементе 4 уменьшится (подготовительный период), Движение приводной планки 5 осуществляется от одпого элемента 3, на отрезке времени 191(1 и от двух элементов до момента времени 19, при котором заканчивается переходный процесс при расфиксировании фиксатора 1. Таким образом, движение приводной планки на интервале времени от 1, до 1 является 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 19 до 19 и т. д. Равные скорости сжатия и растяжения элементов необ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ходимы 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 данном 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 11 и 12, коммутирующим фиксаторы .". 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 уменьшается 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 Оз зг 6 г юг и т. дТаким образом, описываемый способ управления позволяет получить плавное движение двигателя, расширяет возможности его применения в различных областях науки и техники. Формул а изобретенияСпособ управления линейным шаговым двигателем путем последовательной коммутации двух фиксаторов и подачи управляющих зоздействий на два пьезоэлектрических элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения плавности движения, меняют знак и скорость изменения управляющих воздействий в моменты включения 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 экспертизеРедактор В. Левитов Корректор А. Степанова Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1017/11 Изд,487 Тираж 892 Подписное НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5