Импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя (варианты)

 

СОЮЗ С(ЮЕТСНИХ

ОВИФЛМПИ

РЕСПУБЛИК (Ю (И) 9(SD G 05 В 11/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЦТИЙ к amòìñíàìì сю датильстзм (61) 847270 (21) 3384337/18-24 (22) 15.01.82 (46) 15.06.83. Бюл. И 22 (72) Е.А.Иванов, С.И.Афонин, В.Ю.Трубников, Б.Г.Парфенов и Г.П.Тарасов (53) 62-50(088.8) (54)(57} 1. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПЬЕЗОДВИГАТЕМ по авт, св, N .847270, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической точности регулятора, он снабжен дополнительно токочувствительным элементом и вторым устройством сравнения, причем вход токочувствительного элемента подключен к выходам третьего и пятого ключей мостовой схемы, а выход - первому входу второго устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого устройства сравнения, а выход — с управляющим входом генератора.

1023278, 2. Импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя по авт. св, Ю 847270, отличающийся тем, что, 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"

25 ного элемента 3, реле 4-6, генератор

7 импульсов, первый ключ 8, мостовую . схему 9, пьезодвигатель 10, источник

11 напряжения, делитель 12 и второй

13, третий 14, четвертый 15, пятый

l6 ключи, дополнительные токочувстви40 тельный элемент 17, например резистор и второе устройство 18 сравнения;

Изобретение относится к релейным устройствам систем автоматического управления и может быть использовано для трехпозиционного регулирования пьезоэлектрических двигателей.

По основному авт. св. М 847270 известен импульсный регулятор перемеще-, ния пьеэодвигателя., содержащий генератор и последовательно соединенные устройство сравнения и трехпозиционный релейный усилитель, делитель и последовательно соединенные источник напряжеНия, первый ключ и четыре клю- ча, соединенные в мостовую схему од" на из диагоналей которой соединена с выходом регулятора и с входами дели- теля, а другая - с выходом первого

° ключа, управляющий вход которого со" единен с первым выходом трехпозицион". ного релейного усилителя, второй выход которого соединен с управляющими входами второго и третьего ключей мостовой схемы, а третий выход - c управляющими входами четвертого и пятого ключей мостовой схемы, выход делителя соединен со вторым входом устройства сравнения„ а выход генератора - c вторым входом трехпоэиционного релейного усилителя.

Однако известный имйульсный регулятор обладает недостаточной динамической точностью, что сужает возможности 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 устройства сравнения.

3. Импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя по авт. св.Н 847270, е т л и ч а ю щ и " с я тем, что, с целью повышения динамической точности регулятора, выход устройства сравне- . ния соединен с управляющим входам источника напряжения. товой схемы, а выход - к первому входу второго устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого устройства сравнения, а выход - с управляющим входом генератора.

Согласно вторОму варианту в импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя дополнительно введен усилитель заряда, а электрический выход изолированной пьеэопластины составного пьезодвигателя соединен с входом усилителя заряда, выход которого со" единен с третьим входом устройства сравнения.

8 третьем варианте в импульсном регуляторе перемещения пьезодвига.теля выход устройства сравнения соединен с управляющим входом источника напряжения.

На фиг.l представлена структурная схема. импульсного регулятора перемещения пьезодвигателя, первый вариант; на фиг.2 - то же, второй вариант импульсного регулятора перемещения пьезодвигателя; 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 релейный усилитель 2, который состоит из релей1023278

По второму варианту импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя

{фиг.2 и 3) дополнительно содержит выходную пьезопластину 19 составного пьезодвигателя, электрически изолированную от составного пьезодви-, гателя, усилитель заряда 20.

Согласно третьему варианту импульсный регулятор перемещения пьезодвигателя (фиг.4) выход устройства сравнения 1 соединен с управляющим входом источника 11 напряжения.

Регулятор (фиг.1) работает следующим образом.

Задающий сигнал через первое устройство 1 сравнения поступает на вход трехпозиционного релейного усилителя

2, в зависимости от полярности задаю.щего сигнала при превышении зоны нечувствительности релейного элемента 3 включаются реле 5 или 6, а также реле 4. Прй этом на вторые входы реле

4-6 поступают тактирующие импульсы с генератора 7. Реле 4 обеспечивает в соответствии с тактирующими импульсами с генератора 7 включение ключа

8, который питает..высоким напряжением от источника напряжения 11 одну из диагоналей мостовой схемы 9, в другую диагональ включен пьезодвигатель 10.

Реле 5 и 6, которые соединены с управ-. .ляющими входами ключевых элементов, ..включенных в противоположные плечй моста, открывают в соответствии с тактирующими импульсами с генератора 7 .ключи 13 и 1.4 или 15 и 16 в противоположных плечах моста (например, тиристоры, оптроны, транзисторы}, через которые происходит заряд емкости пьезодвигателя 10, следовательно, расширение. или сжатие пьезодвигателяпроисходит в зависимости от полярности задающего сигнала.

Перемещение пьезодвигателя $, И, описывается зависимостью

g - d КЧ, где d - пьезомодуль, и/В;

N - число пластинок пьезодвигателя;

Ч - напряженйе, подаваемое на льезодвигатель, В.

Пьезодвигатель 10 является одновременно датчиком перемещения, так как перемещение пропорционально напряжению 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-.. .равлениа широтной модуляцией тактирующих импульсов с генератора 7. При

-. большой величине сигнала с выхода второго устройства сравнения (что мо. жет быть при большом уровне сигнала

55 рассогласования и малой скорости перемещения пьезодвигателя) ширина импульсов генератора при неизменном пе:риоде растет, что приводит к увеличению тока заряда пьезодвигателя, а

Когда сигнал рассогласования между задающим сигналом и сигналом обратной связи на выходе первой схемы сравнения 1 ст анет мен ьше зоны не чувст ви тельности релейного элемента 3, реле отключаются и ключи мостовой схемы 9 закрываются, заряд емкости пвеэодвигателя 10 прекращается, а напряжение на нем запоминается. При стекании заО ряда с пьезодвигателя 10 при постоянном задающем сигнале сигнал рассогла-, сования на выходе первой схемы сравнения 1 становится больше зоны нечувствительности релейного элемента 3:

При этом в зависимости от полярности сигнала рассогласования включаются реле 5 или 6,.а также реле 4. В соответствии с тактирующими импульсами с генератора 7 через ключ 8 подается высокое напряжение на одну диагональ

:мостовой схемы 9, открываются ключи в противоположных, плечах 13 и 14 или 15 и 16 в зависимости от полярности сигнала рассогласования, и происходит подзаряд емкости пьезодвигателя 20, .пока. сигнал рассогласования между задающим сигналом и сигналом обратной связи вновь станет меньше зоны нечувствительности релейного элемента 3, затем реле отключается, ключи мостовой схемы 9 закрываются и напряжение на емкости пьезодвигателя запоминается.

Для повышения динамической точности регулятора перемещения пьезодвигателя в первом варианте регулятора дополнительно введена корректирующая цепь, состоящая из второго устройства сравнения 18 и токочувствительности элемента 17. Сигнал с токочувстви4О тельного элемента 17, пропорциональ. ный скорости перемещения пьезодвигателя, поступает на второе устройство сравнения 18, где сравнивается с сигналом рассогласования между задающим

45 сигналом и сигналом обратной связи по напряжению.

1023

0,1-0,02 следовательно, и скорости его движения .. .. 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- 5 ремещения пьезодвигателя увеличивает быстродействие регулятора, уменьшает

- перерегулирование в системе, что в целом повышает динамическую точность регулятора. 20

Для повышения динамической точности регулятора перемещения пьеэодвигателя (фиг,2 и 3) во втором варианте регулятора дополнительно введены корректирующая выходная пьезопластина 19 и 25 усилитель заряда 20. Корректирующая .выходная пьезопластина 19 механически соединена с пьезодвигателем и электрически изолирована or него {фиг.2).

Напряжение на корректирующей выходной З0 пьеэопластине 19, пропорциональное ускорение пьеэодвигателя, усиливается усилителем заряда 20 и поступает вместе с сигналом с делителя 12 на второй вход пеРвого устройства сравнения 1. 35

Напряжение на корректирующей пьезопластине пропорционально ускорению пьезодвигателя.

В регуляторе без корректирующей пьеэопластины в переходных процессах возможно возникновение перерегулирования и колебательнос ги, которые сопровождаются знакопеременным чередованием больших ускорений конца пьеэодвигателя, что приводит к ухудшению динамической точности регулятора.

Подача напряжения с.корректирующей пьеэопластины 19 к усилителю заряда

20, подключенного к второму входу устройства сравнения, позволяет органиэовать отрицательную обратную связь по ускорению, которая препятствует возникновению больших перерегулирова278. 6 ний и колебательности за счет демпфирующих свойств организованной обрат", ной связи, оледовательно, повышается: динамическая точность регулятора.

Для повышения динамической точности регулятора согласно третьему варианту (фиг.4) выход устройства сравнения 1 соединен с управляющим входом источника напряжения 11. В этом случ е при большом сигнале рассогласования с выхода устройства сравнения 1 на пьезодвигатель от источника напряжения 11 подается большое напряжение и отработка большого рассогласования идет с большой скоростью за счет большого тока заряда йьезодвигателя. При малом сигнале рассог" ласования с выхода устройства сравнения 1 на пьезодвигатель от источника напряжения 11 подается малое . напряжение и отработка малого рассогласования идет с малой скоростью за счет малого тока заряда пьеэодвига-. теля, т.е, подход к заданному положению пьезодвигателя осуществляется с малой скоростью, чем устраняются колебательность и перерегулирование в динамических характеристиках регулятора и увеличивается плавность про" цесса регулирования и управления пьезодвигателем.

Предельные характеристики регулято ра следующие:

Диапазон рабочих частот, Гц 0-1000

Точность позицио" нирования пьеэо двигателя, мкм

Диапазон перемещения пьезодвигателя, мкм (-50)"(+50)

Диапазон входных напряжений, В

Диапазон выходных напряжений, В (-400)-(+400)

Экономический эффект проявляется . при использовании импульсного регу" лятора перемещения пьеэодвигателя в автоматических системах фотографирования астрономических объектов е качестве прецизионного пьезопривода фотокассеты, отслеживающего флуктуации атмосферы.

- 1023278

1023278

1023278

Составитель В.Грибова

Редактор Т.Веселова ТехредИ. Гергель. Корректор " .Двятко ю Х ю ю 4О

Заказ 4209/31 Тираж 874 .- . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делан нэобретений и открытий

113035, Иосква, М- .35, Рауаскаая наб., д. 4/5

Ю Ю юаемеееюее е е

Ю ° Ю

Филиал ППП "Патент"; r. Ужгород, ул. Проектная, 4