Импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя (варианты)

(Ю Он 6 05 В 11/ 1 я Е н, В.Ю.ТруТарасов ГУЛЯТОР ПЕ" по авт, св, и й с я ия динамиСОЮЗ СОВЕТСКИХаилкпиацаРЕСПУБЛИК БАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЭОБРЕТЕНИЙ И О 1 НРЫТИЙ О 4 ЕЛАОПИСАНИЕ ИЗ АВТОБУСНОМУ(54)(57) 1, ИМПУЛЬСНЫЙ РЕРЕИЕЩЕНИЯ ПЬЕЗОДВИГАТЕУЯйф.847270, о т л и ч а ю щтем, что, с целью повышен он снабтвительным твом срав ствительного ам третьего хемц, аого устройод которового устройс управляюческой точности регулятора жен дополнительно токочувс элементом и вторым устройс нения, причем вход токочу элемента подключен к выход и пятого ключей мостовой с выход - первому входу вто ства сравнения, второй вх го соединен с выходом пер ства сравнения, а выход - щим входом генеоатооа.1023278,2. Импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя по авт. св, Ю 847270, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто, с целью повышения динамической точности регулятора, дополнительно введен усилитель заряда, а электрический выход изолированной пьезопластины состав" ного пьезодвигателя соединен с входом усилителя заряда, выход которого со"ч 10 15 20 ного элемента 3, реле 4-6, генератор7 импульсов, первый ключ 8, мостовую,схему 9, пьезодвигатель 10, источник11 напряжения, делитель 12 и второй13, третий 14, четвертый 15, пятый16 ключи, дополнительные токочувстви"40 тельный элемент 17, например резистори второе устройство 18 сравнения; Изобретение относится к релейнымустройствам систем автоматическогоуправления и может быть использованодля трехпозиционного регулированияпьезоэлектрических двигателей.По основному авт. св. М 847270 известен импульсный регулятор перемеще-,ния пьеэодвигателя., содержащий генератор и последовательно соединенныеустройство сравнения и трехпозиционный релейный усилитель, делитель ипоследовательно соединенные источникнапряжеНия, первый ключ и четыре клю-ча, соединенные в мостовую схему од"на из диагоналей которой соединена свыходом регулятора и с входами дели-теля, а другая - с выходом первогоклюца, управляющий вход которого со"единен с первым выходом трехпозицион"ного релейного усилителя, второй выход которого соединен с управляющимивходами второго и третьего ключей мостовой схемы, а третий выход - с управляющими входами четвертого и пятогоключей мостовой схемы, выход делителясоединен со вторым входом устройствасравнения а выход генератора " свторым входом трехпоэиционного ре"лейного усилителя.Однако известный имйульсный регу"лятор обладает недостаточной динамической точностью, что сужает возмож"ности применения регулятора,Целью изобретения является повышение динамической точности регулятора,Цель достигается тем, что импульсный регулятор перемещения пьеэодвигателя дополнительйо снабжен токочувствительным элементом и вторым устройством сравнения, причем вход токочувствительного элемента подключен к,выходам третьего и пятого ключей мос" единен с третьим входом устройствасравнения.3. Импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя по авт.св,Н 847270,е т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения динамической точностирегулятора, выход устройства сравне- .ния соединен с управляющим входам источника напряжения,товой схемы, а выход - к первому вхо" ду второго устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходомпервого устройства сравнения, а выход - с управляющим входом генератора. Согласно вторОму варианту в импульсный регулятор перемещения пьезо двигателя дополнительно введен усилитель заряда, а электрический выходизолированной пьеэопластины составного пьезодвигателя соединен с входомусилителя заряда, выход которого со" единен с третьим входом устройства сравнения.В третьем варианте в импульсном регуляторе перемещения пьезодвига.- теля выход устройства сравнения соединен с управляющим входом источника напряжения.На фиг,1 представлена структурная схема, импульсного регулятора переме-. щения пьезодвигателя, первый вариант; на фиг.2 - то же, второй вариант импульсного регулятора перемещенияпьезодвигателя; на фиг.3 - кинематическая схема составного пьезодвигателя; на фиг.4 - структурная схема импульсного регулятора перемещения пьеэодвигателя,третий вариант, Импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя по первому варианту (фиг.1) содержит первое устройство сравнения 1, трехпозиционный релейныйусилитель 2, который состоит из релей1023278 По второму варианту импульсныйрегулятор перемещения пьезодвигателя(фиг.2 и 3) дополнительно содержитвыходную пьезопластину 19 составного пьезодвигателя, электрическиизолированную от составного пьезодви-,гателя, усилитель заряда 20.Согласно третьему варианту импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя (фиг.4) выход устройствасравнениясоединен с управляющимвходом источника 11 напряжения.Регулятор (фиг,1) работает следующим образом.Задающий сигнал через первое устройство 1 сравнения поступает на входтрехпозиционного релейного усилителя2, в зависимости от полярности задаю.щего сигнала при превышении зоны нечувствительности релейного элемента 3включаются реле 5 или 6, а также реле 4. Прй этом на вторые входы реле4-6 поступают тактирующие импульсы сгенератора 7, Реле 4 обеспечивает всоответствии с тактирующими импульсами с генератора 7 включение ключа8, который питаетвысоким напряжениемот источника напряжения 11 одну издиагоналей мостовой схемы 9, в другуюдиагональ включен пьезодвигатель 10.Реле 5 и 6, которые соединены с управ-..ключи 13 и 1.4 или 15 и 16 в противоположных плечах моста (например, тиристоры, оптроны, транзисторы), черезкоторые происходит заряд емкостипьезодвигателя 10, следовательно, расширение. или сжатие пьезодвигателя .происходит в зависимости от полярности задающего сигнала,Перемещение пьезодвигателя , И,описывается зависимостьюд НЧ,где д - пьезомодуль, и/В;й - число пластинок пьезодвигателя;Ч - напряженйе, подаваемое нальезодвигатель, В.Пьезодвигатель 10 является одновременно датчиком перемещения, так как перемещение пропорционально на". пряжению на нем, и напряжение с пьезодвигателя 10 в качестве сигнала обратной связи подается через делитель 12 на первое устройство сравнения 1,Сигналом с выхода второго устройства сравнения 18 осуществляется уп-5,1.равлениа широтной модуляцией тактирующих импульсов с генератора 7. При . большой величине сигнала с выхода второго устройства сравнения (что может быть при большом уровне сигнала 55рассогласования и малой скорости перемещения пьезодвигателя) ширина импульсов генератора при неизменном пе.риоде растет, что приводит к увеличению тока заряда пьезодвигателя, а Когда сигнал рассогласования междузадающим сигналом и сигналом обратнойсвязи на выходе первой схемы сравнения 1 станет меньше зоны нечувстви 5 тельности релейного элемента 3, релеотключаются и ключи мостовой схемы 9закрываются, заряд емкости пвеэодвигателя 10 прекращается, а напряжениена нем запоминается. При стекании за 1 Оряда с пьезодвигателя 10 пои постоянном задающем сигнале сигнал рассогла",сования на выходе первой схемы сравнения 1 становится больше зоны не 5чувствительности релейного элемента 3:При этом в зависимости от полярностисигнала рассогласования включаютсяреле 5 или 6,.а также реле 4. 8 соответствии с тактирующими импульсами сгенератора 7 через ключ 8 подается высокое напряжение на одну диагональ:мостовой схемы 9, открываются ключи впротивоположных, плечах 13 и 14 или 15и 16 в зависимости от полярности сигнала рассогласования, и происходитподзаряд емкости пьезодвигателя 20,пока. сигнал рассогласования между задающим сигналом и сигналом обратнойсвязи вновь станет меньше зоны нечувствительности релейного элемента 3,затем реле отключается, ключи мостовой схемы 9 закрываются и напряжениена емкости пьезодвигателя запоминается.Для повышения динамической точности регулятора перемещения пьезодвигателя в первом варианте регуляторадополнительно введена корректирующаяцепь, состоящая из второго устройствасравнения 18 и токочувствительностиэлемента 17, Сигнал с токочувстви 4 О тельного элемента 17, пропорциональ. ный скорости перемещения пьезодвигателя, поступает на второе устройствосравнения 18, где сравнивается с сигналом рассогласования между задающим45 сигналом и сигналом обратной связи понапряжению,. При малой величине сигнала с выхода второго, устройства сравнения (что может быть при малом уровне сигнала 5 рассогласования и при состоянии пьезодвигателя, в котором напряжение на пьезодвигателе запоминается) ширина .импульсов генератора остается малой скорость отработки малых рассогласо - 10 ваний невелика, и в переходных характеристиках пьеэодвигателя отсутствует перерегулирование.Таким образом, введение дополни- тельной обратной связи по скорости пе- ремещения пьезодвигателя увеличивает быстродействие регулятора, уменьшает перерегулирование в системе, что в целом повышает динамическую точность регулятора. 20Для повышения динамической точности регулятора перемещения пьеэодвигателя (фиг,2 и 3) во втором варианте регулятора дополнительно введены корректирующая выходная пьезопластина 19 и 2 Б усилитель заряда 20, Корректирующая ,выходная пьезопластина 19 фмеханически соединена с пьезодвигателем и электрически изолирована от него (фиг.2). Напряжение на корректирующей выходной З 0 пьеэопластине 19, пропорциональное ускорение пьеэодвигателя, усиливается усилителем заряда 20 и поступает вместе с сигналом с делителя 12 на второй Вход первого устройства сравненияНапряжение на корректирующей пьезо" пластине пропорционально ускорению пьезодвигателя.В регуляторе без корректирующейпьеэопластины в переходных процессах 40возможно возникновение перерегулирования и колебательносги, которые со" провождаются знакопеременным чередованием больших ускорений конца пьеэо. двигателя, что приводит к ухудшению динамической точности регулятора. Подача напряжения с.корректирующей пьеэопластины 19 к усилителю заряда 20, подключенного к второму входу устройства сравнения, позволяет органи- эовать отрицательную обратную связь по ускорению, которая препятствует возникновению больших перерегулирова 278.ний и колебательности за счет демпфирующих свойств организованной обрат",ной связи, Оледовательно, повышаетсядинамическая точность регулятора.Для повышения динамической точности регулятора согласно третьемуварианту (фиг.4) выход устройствасравнения 1 соединен с управляющимвходом источника напряжения 11. Вэтом случ е при большом сигнале рассогласования с выхода устройства сравнения 1 на пьезодвигатель от источника напряжения 11 подается большоенапряжение и отработка большого рассогласования идет с большой скоростьюза счет большого тока заряда йьезодвигателя, При малом сигнале рассог"ласования с выхода устройства сравнения 1 на пьезодвигатель от источника напряжения 11 подаетсямалое. напряжение и отработка малого рассогласования идет с малой скоростью засчет малого тока заряда пьеэодвига-.теля, т.е, подход к заданному положению пьезодвигателя осуществляетсяс малой скоростью, чем устраняютсяколебательность и перерегулированиев динамических характеристиках регулятора и увеличивается плавность про"цесса регулирования и управления пьезодвигателемПредельные характеристики регулятора следующие:Диапазон рабочихчастот, Гц 0-1000Точность позицио"нирования пьеэодвигателя, мкмДиапазон перемещения пьезодви"гателя, мкм (-50)"(+50)Диапазон входныхнапряжений, ВДиапазон выходныхнапряжений, В (-400)-(+400)Экономический эффект проявляетсяпри использовании импульсного регу"лятора перемещения пьеэодвигателя вавтоматических системах фотографирования астрономических объектов в качестве прецизионного пьезоприводафотокассеты, отслеживающего флуктуации атмосферы, 1023278А.Д а а акаэ 4 о л ос а а еее ееа филиал ППП "Па я едактор Т.Весело авваааааа а еаа 9/31ВНИИПИпо113035,ееавве Составитель 8.ГрибоваТехред И. Гергель. КорректееееееееХавваввеевТираж 874 . . Подписиударственного комитета СССРи нэобретейий и открытийва, 3-.3, Рауаскаая наб., д.веееевавве еевавававатент"; г. Ужгород, ул. Проек тааа