Пьезопривод с коррекцией неоднозначной статической характеристики

.Инацои,икон ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ 1(71) Московский институт электронной техники(56) Авторское снцдетльство СССР 9 647646, кл. С 05 В 11/О 1, 1973.Авторское свидетельство СССР 9 1120279, кл. С 05 В 11/01, 1980. (54) ПЬЕЗОПРИВОД С КОРРЕК 1 ИЕ 11 НЕОДНОЗНАЧ 11 ОЙ СТАТИЧЕСКО 1 ХАРАКТЕ РИСТИКИ (57) Изобретение может использоваться в прецизионных системах микропереме - щений, например, н экспериментальной медицине, н технологическом оборудо-. вании и позволяет скомпецсиронатьяние на работу пьезопривода цеодначной статичской характеристики пьеэоднигателя, что обеспечивает цонышецие точности упраглеция пьеэопринодом. С этой целью для каждой точкиизменения направления движения пьезопрцвода определяются свои координаты точки перегиба лицеаризирующей характеристики, что ведет к устраненионеоднозначности суммарной характеристики пьезопривода. Первый и второйсумматоры 12 и 13, первый и второйнелинейные элементы 15 ц 16, выходнойсумматор 17 Формируют линеаризирующуюхарактеристику, которая является обратцой по отношению к статической характеристике пьезоднигателя и проходит через найденную точку перегиба.Последовательное соединение устройстна и пьезоднигателя с взаимно обратными статическими характеристиками дает результирующую линейцую однозначнуюхарактеристику, что ведет к понынению точности управления пьеэоприводом н разомкнутом режимеО 5 50 55 Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в пьеэоприводах для повышения точности управления перемещением.Бель изобретения - повышение точности управления цьезоприводом.С этой целью в момент изменения знака направления движения пьезопривода определяются координаты точ -ки перегиба линеаризирующей характеристики устройства, коорцинаты которой связаны линейной зависимос)ью скоординатами вен)лицы параболы статической характеристики пьеэодвигате -ля. Для каждой точки изменения павправления движения пьеэопривода определнются свои координаты точки перегиба линеаризирующей характеристики, что ведет к устранению неодцоэцачности суммарной характеристики пьезопривода. Через найденные координаты точки перегиба проводится лицеаризирующая хаРактеРистика, котоРая является обратной по отношению к статической характеристике иьезодвцгателя. После - довательцое соединение устройства коррекции и пьеэодвигателя с взаимнообратными статическими характеристи-ками дает результирующую линейную характеристику. При управлении пьеэо -приводом с однозначной линейной статической характеристикой однозначно определено перемещение вала ьеэо - двигателя при подаче на вход пьеэопривода определенного управляющего напряжения, что ведет к увеличениюточности управления пьезоприводом приотсутствии датчика положения, механически связанного с объектом управления.Иа Фиг. представлена структурная схема пьезопривода с коррекцией неоднозначной статической характеристики; на фиг.2 - статические характеристики пьезодвигателя (а) и пьезопривода (б) .Пьеэопривод (фиг.1) содержит первый, второй и третий коммутаторы 1 3, дифФеренцирующцй элемент 4, первый и второй нуль в орга) 5 и 6, эле - мент ИП 11 7, компаратор 8, источник 9 опорного сигнала, первый и второй масштабные блоки 1 О и 11, первый, второй и третий сумматоры 12 - 14, первый и второй нелинейные элементы 15 и 16 с статической характерс.гикой Б =ГБея) гпБ , ),напряжение ца .выходе нелинейного элемента, Б- ца его входе), выходнойсумматор 7, элемент 18 выборки-хранения, цнвертцрующий интегратор 1 9,ицвертор 20, усилитель 21, гьезодвигатель 22 и объект 23 управления.Пьезоцрцвод работает следующим об -ра эол 1,В сучае иолож) т "льцой скоростиизмесця управля 1 цц; о сигнала ИБ /д 1:.1 0 выходной сцгца:) дцФФереццирующе)о ел.ента ц вызывает оявлецие навыходе компаратора 8 сигнала логической "1", который подается ца управляющие входы первого, второго и третьего коммутаторов- 3. При этомуправляющий сигнал, поступающий цавход устройства, пройдя через первыйкоммутатор 1, постуает на первыйвход первого сумматора 12, сигнал ис -точцика 9 опорного сигнала, цроидячерез второй коммутатор 2, поступаетца вход второго масштабного блока 11и ца первый ицвертирующий вход второго сумматора 13, а сигнал инвертпрующего интегратора 19, пройдя черезтретий коммутатор 3, поступает на инвертирующий вход первого сумматора 2и на второй вх)ц )ггрого суматора13, С выхода .умматора 12 управляющийсига.), сморщенныйвеличину обратного вьгходн). го сигнала инвертирующегоинтегратора 1 9, поступает ца входи рвого нелинейного элемента 15. Навыходе первого нелинейного элемента15 выделяется сигнал Б , связанный с)5 фуправляющим сигналом зависимостью где Б, - выходной сигнал инвертирующего интегратора.Данный сигнал поступает на второй вход выходного сумматора 7. При постоянном знаке скорости изменения управляющего сигнала Б. сигналы на инвертирующем, первом и третьем входах выходного сумматора 17 постоянны. Это объясняется тем, что на первый вход выходного сумматора 17 через второй масштабный блок 11 поступает выходной сигнал источника 9 опорного сигнала. Сигнал на ицвертирующем входе выходного сумматора 17 равен нулю. Выходной сигнал второго нелинейного элемента 16 также не изменяется, так как остается постоянным выходной сигнал второго сумматора 3, это связано с тем, что на первый и второй ин 1524022При изменении направления движения пьезопривода в точке статической характеристики пьезодвигателя с координатами (Ц х) (фиг.2 а) скорость изменения управляющего сигнала Ц удЦуравна нулю ( --- = 0) . В этот мод ).мент на выходе первого нуль-органа 5 выделяется сигнал логической "1", кото рый, пройдя че ре з элемен т ИЛИ 7, поступает на управляющий вход элемента 18 выборки-хранения и переводит ее в режим хранения, т.е, режим Фиксации на его выходе напряжения Ц) (фиг.26), которое было на входе элемента выборки-хранения до прихода сигнала логической "1". Элемент 18 выборки-хранения находится в режиме хранения до тех пор пока на его управляющий вход подается сигнал логической1 ". Сигнал выходного сумматора продолжает изменяться и становится неравным выходному сигналу элемента 18 выборки-хранения. При этом на выходе третьего сумматора 14 выделяется раэностный сигнал, поступающий на вход инвертирующего интегратора 19 и на вход второго нуль-органа 6, на выходе которого выделя) )ется сигнал логического . 0 , а н а выходе ин н е рто ра 2 0 сигнал логич е ск о й 1 . Под действием данного с иг - нала элемент 1 8 выборки-хранения н а- ходится в режиме выборка . Под дейстн нем ра зно стно го выходного сигнала третьего сумматора 1 4 выходной сиги ал ин в е ртир ующе го интегратора 1 9 начинает изменяться, вызывая со ответствующее изменение выходных сигналов первого и в то рого сумматоров 12 и 13 а, следовательно, и выходных сигналов первого и второго нелинейных элементов 15 и 16. Данное из-,менение выходных сигналов первого и второго нелинейных элементов 15 и 16 вызывает смещение точки перегиба ц (Фиг. 26) линеариэирующей статической характеристики по кривой предельного цикла линеаризирующей статической характеристики. Данное смещение будет проходить до тех пор, пока изменяется выходной сигнал инвертирующего интегратора 19, В свою очередь изменение сигнала инвертирующего интегратора происходит до тех пор, пока не вы 2полняется равенство Ц = х) 1 с с ф т.е. пока не равен нулю выходной сигнал третьего сумматора 14, Постоянная времени иннертирующего интегратора Т, выбирается много меньше величины 1/ и , ( ым , - максимальная частота упранляющего сигнала). В мо мент, когда выходной сигнал выходногосумматора 17 становится равным сигналу, зафиксированному в элементе 18 выборки-хранения, точка перегиба с (фиг, 26) линеаризирующей характеристики займет положение с (фиг, 26) . В этот момент выходной сигнал второго нуль-органа 5 примет значение логической "1). Соответственно выходной сигнал инвертора 20, имеющий значение логического 0), поступая через элемент ИЛИ 7 на управляющий вход элемента 18 выборки-хранения, вызывет его переход к режиму выборки.Если знак скорости изменения управляющего сигнала остается постоянным, то пьезопривод продолжает работать также, как в ранее рассмотренных слу чаях.Выполнение перечисленных операцийнад сигналами в момент изменения знака скорости управляющего сигнала позволяет объединить процессы формирования выходных сигнал,)г), описываемых уравнениями (5), (1)и получить суммарную статическую характеристику рассмотренной в совокупности элементов (за исключением усилителя и пьезоднигателя), описываемую выражением 35)9 9 аг,40 . Й 1 у аЦ.- Ц я 18 п --- ) + 1 с Ц яд.дп- - (5)мю агде Ц я - сигнал на выходе фиксатора 18.45В установившемся режиме при положительном знаке скорости изменения упд 11 уравляющего сигнала (" -) О) ныполдСняются следующие условия: управляющее напряжение больше чем напряже.ние Ц, на выхоДе инвертирующего интегратора 19 (Ц у ц которое меньше напряжения на выходе источника 9 55постоянного сигнала (Ц, (Ц я) . П 1 Уи отрицательном знаке скорости изме -дЦнения упранляющего сигнала (-(О)Этуправляющее напряжение Цменьше, чемнапряжение ца выходе гцвертнруюшего интегратора9 (. с ),9)которое больше напряжения -Ь 7 (0 9 у -с)7).Данные условия позволяют упростить слагаемые, входящие в выражение (5), исключив иэ них математические операции определения модулей)-к - )(6)(-з 18 п )3; днум 9 в 18 п . (7) 8 пДТ ыражецие (7) оц и арактеристику со тич вдет укугностэлемент длагаемог троиства за исключ нием усилителя и пьеэодвигателя. Ус- ЗОловием технЙческ )й редлизации предлагаемого изобретецця является выбор величины ника 9 оп одного сигца точ го сигнала в ответ ии с уравнением с)9 х аусЭдсштдбных бтствии с ур ффици О и та д к в соот Тогда вырджецие (5) с учетом преобраэований (6) примет видОФормула изобц я Пьезопрцьод с коррс к):ей цс ;г;и - зцдчцой статическо хдр,;тор.в", )ц,ц содерждший первый и втор. . -лдторь, выходы которых соедцг .цы с вход,лпг соответственно первого втор г лнейцих элементов, вьх аной сумм - тор, нцвертирующцй и первый )ходы которо) о соединены с цыхсдми с )отнет - ствецно первого и второго мд)1 дбшгх блоков, шгвертируюгицт г,)тор, по-. следовательно соединенные усилитель и тлцч дющ лью по Выше цця езо вигатес с я тем, что, исти п двлен У Р ия пьеэопривидов не о введены первый, второй, гретиймутаторы, первый ц вторс й нульцр;тор, источитретий сумм тор, лемец днеция ц дцфферец) вход которого соервого коммутатора явля устройства, а вым ком-орик гвертор, колго сигндча т выборки-хр ий элемент, с входом ,пеется входомфференцирующ дц,порно пирую диеН э го элемента ч од д шецию точности угрдв:;спи; ц)звподом, Тдк как точка зле)ч з)аканаправления двжегях) была выбрана произвольно, рас ,; рецньй процессс корректировки реализуется прилюбом ее расположении цд стдтггескойхарактеристике пьеэодвигделя, Поэтому при любом изменении сигнала управления У. предлдгемыи ць опрводобеспечвает лицерцз,г)ь стдч г ской характеристики исц ль у с) о вцем пьезодвцгателя.а ования п по 8) внение 8 показ ает, что п ого устрой двигателя 5 лаг использ ства пе анин пр мешецие инейной пь связаноналом уп доказывае ризации н авления Бу, Э е эффекта ли статической х ателя. Так ка достижен линейной пьезодви теристики грешность равления пьезопр зомкнув р без аб)оты т, е том режиположен атчикай петли ирин ия соизмерима с начной статичес езодвигдтеля, и елгеай стати дцо о акте рис то инеарискон характеи ведет к повызависимостью с сигристки гь чод) гдт компаратор соединен с управляющимивходами первого, второго и третьегокоммутаторов и через первый нуль-орган соединен с первым входом элемента ИЛИ второй вход которого соединен с выходом инвертора, а выход элемента ИЛИ соединен с управляющим входом элемента выборки-хранения выходкоторого соединен с входом усилителяи с первым входом третьего сумматора,выход которого соединец с входом пвертирующего интегратора и с входомвторого нуль-органа, д ицвертцрующийвход третьего сумматора соединен свходом элемента выборки-храцения и свыходом выходного сулглдтора второйи третий входы которого соединены свыходами соответственно первого ивторого нелинейных .).елв) тов, входтретьего коммутатор, елец с вв1524022 10 В Составитель Г,Невдоваедактор Л.Зайцева Техред М.Дидык Корректор 9 Тираж 788 Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытия113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 704 ВНИИПИ Го ри ГКНТ СССР г 1 1у . Гроизводственно-издательский комбинат Патент , г,ужгород, л. Гагарина,10 ходом инвертирующего интегратора,первый выход третьего коммутаторасоединен с третьим входом первогосумматора и с вторым инвертирующимвходом второго сумматора, а второйвыход третьего коммутатора соединенс инвертирующим входом первого сумматора и с вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединенс первым выходом первого коммутатора,а первый инвертирующий вход второго сумматора соединен с входом второгомасгтабного блока и вторым выходомвторого коммутатора, вход которогосоединен с выходом источника опорногосиги;ла, а первый вьгход второго коммутатора соединен ) вхолом первогомасштабного блока и с вторым входомпервого сумматора, первый вход которого соединен с втг 1)ь)м выходом первого ком.утатора, а: ),.хд второго нуль -органа соединен с ,одо, инвертора.