Способ управления составным магнитострикционным преобразователем и составной магнитострикционный преобразователь

 

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано как силовой исполнительный элемент высокоточных дискретных систем приводов микроперемещений и микроподач для прецизионных линейных и угловых микроперемещений (программных и непрограммных) в высокоточном станкостроении, в лазерных и оптических приборах в технологическом оборудовании для микроэлектроники и в системах автоматического наведения. Цель изобретения - повышение экономичности управления. Для отработки дискретных перемещений используют остаточные деформации магнитострикционной трубки, которые создаются и снимаются импульсами управляющих воздействий в тороидальных и цилиндрических обмотках намагничивающих секций. Выполнение намагничивающих секций с продольными и поперечными пазами технологично как в изготовлении, так и в использовании, так как позволяет осуществлять любые дискретные угловые перемещения изменяя соотношения величин импульсов либо длительности управляющих воздействий в тороидальной и цилиндрической обмотках. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано как силовой исполнительный элемент высокоточных дискретных систем приводов микроперемещений и микроподач для прецизионных линейных и угловых микроперемещений (программных и непрограммных) в высокоточном станкостроении, в лазерных и оптических приборах, в технологическом оборудовании для микроэлектроники и в системах автоматического наведения. Цель изобретения - повышение экономичности управления в широком диапазоне перемещений динамической точности позиционирования и технологичности. На фиг.1 показан составной магнитострикционный преобразователь в разрезе; на фиг.2 - развертка одной секции намагничивающей системы; на фиг.3 - петля магнитострикции с совмещенными осями зависимости Δl_пр = f(H_у) продольного намагничивания и поперечного снятия остаточных деформаций и зависимости Δϕ = f(H_ц: Н_т) кручения и снятия остаточных деформаций кручения; на фиг. 4 - зависимость Δl_ц = f(H_ц) продольного намагничивания и продольного снятия остаточных деформаций; на фиг.5-7 представлены диаграммы отработки угловых дискретных перемещений в прямом направлении и возвращении в исходное состояние. Преобразователь состоит из магнитострикционной трубки 1, намагничивающей системы, состоящей из одинаковых секций 2, разделенных диамагнитными прокладками 3 и скрепленных винтом 4, при этом каждая секция имеет продольные и поперечные пазы, в которых уложены тороидальная 5 и цилиндрическая 6 обмотки. Преобразователь работает следующим образом. Пусть линейные изменения размеров магнитострикционной трубки от возбуждения каждой цилиндрической обмотки секции равно 2 мкм (т.е. отрезок ОВ фиг.3 и 4 соответствует 2 мкм). Пусть требуется отработать линейное перемещение, равное 6 мкм. Тогда подают импульсы управляющего воздействия величиной U_А в цилиндрические обмотки трех секций, а после отработки перемещения, превышающего заданное, снимают импульсы до нуля. При этом рабочие точки (фиг.3 и 4) петли магнитострикции над каждой секцией магнитострикционной трубки переходят в устойчивое (условно единичное) состояние, соответствующее точке В, при этом в магнитострикционном материале присутствует суммарная остаточная деформация, равная 6 мкм. Таким управлением устраняют магнитную вязкость магнитострикционного материала. Для возвращения в исходное (условно нулевое) состояние прикладывают импульсы к тороидальным обмоткам тех же секций Н_D такой величины, чтобы при снятии этих импульсов до нуля полностью снять остаточные продольные деформации, либо прикладывают импульсы обратной полярности к продольным обмоткам тех же секций величиной Н_с (фиг.4), чтобы снять продольные остаточные деформации, а затем снимают импульс до нуля, и рабочие точки магнитострикционного материала над каждой секцией переходит в исходное (условно нулевое) состояние (точка D фиг.4). Пусть требуется отработать заданное угловое и линейное перемещение. Тогда ближайшими к нагрузке секциями создают винтовое поле, а последующими за ними секциями - линейное поле в магнитострикционной трубке. При этом количество секций для отработки углового заданного перемещения Δϕ_зад кратно угловому перемещению от одной возбужденной секции Δϕ₁ и равно N_к = Δϕ_зад/Δϕ, а количество секций для отработки заданного линейного перемещения равно N₁ = Δl_зад/ Δ l₁. При этом надо иметь в виду, что в винтовом перемещении заложено линейное перемещение. Возвращение в исходное состояние происходит следующим образом. Сначала на первом этапе снимают угловые остаточные деформации путем смены направления кручения на противоположное за счет подачи противоположной полярности импульса в цилиндрическую обмотку величины НD, С в тороидальную обмотку подают импульс прежней полярности, а затем снимают их до нуля (фиг.3). На второй этапе снимают продольные остаточные деформации подачей и снятием импульсов тороидальных обмоток всех секций описанным выше способом. Пусть требуется отрабатывать только дискретные перемещения, тогда пусть исходное состояние (условно нулевое) магнитострикционной трубки соответствует точке D на фиг.5 зависимости Δϕ_кр = f(Н_рез), где Н_рез. - результирующее поле от продольного и поперечного намагничивания. При этом магнитострикционная трубка либо намагничивающая система обладают остаточной намагниченностью и остаточной деформацией, соответствующей отрезку OD (фиг.5). Пусть необходимо переместить нагрузку на угол, соответствующий включению обмоток ближней к нагрузке секции (назовем ее исполнительной секцией), и пусть группирование исполнительных секций происходит по количеству, начиная с ближней к нагрузке секции. Для отработки заданного дискретного перемещения одновременно подают и снимают импульс результирующего тока длительности t_o-t₁ положительной полярности в обмотки исполнительной секции и отрицательной полярности в обмотки намагничивающей секции следующей за исполнительной (назовем ее дополнительной секцией (фиг.6). При этом рабочая точка магнитострикционной трубки над исполнительной секцией сместится на кривой DAB, а рабочая точка магнитострикционной трубки над дополнительной секцией изменит свое положение по кривой возврата DCD. Магнитострикционная трубка над исполнительной секцией будет закручиваться по зависимости Δϕ_кр = f(t) (пунктир, позиция 8 на фиг.7). Магнитострикционная трубка над дополнительной секцией будет закручиваться в обратную сторону по зависимости Δϕ_кр = f(t) (пунктир, позиция 9 на фиг.7). При снятии импульсов с обмоток дополнительной и исполнительной секций происходит свободный колебательный процесс участков магнитострикционной трубки над секциями, но колебания нагрузки не происходит, так как фазы свободных колебаний сдвинуты на 180^о. Чтобы уменьшить время регулирования нагрузки (до нуля) необходимо, чтобы время возврата в устойчивые состояния (из точки А в точку В и из точки С в точку D) были одинаковы и чтобы количество исполнительных секций было равно количеству дополнительных. При этом результирующее перемещение нагрузки в прямом направлении будет происходить по зависимости Δϕ_кр = f(t) (позиция 10 на фиг.7), и рабочая точка магнитострикционной трубки займет свое устойчивое (условно единичное) состояние (точка В). Для возвращения в исходное положение подают импульс тока в обмотки исполнительной секции, при этом рабочая точка будет смещаться по кривой BCD (фиг.5). (56) Авторское свидетельство СССР N 947934, кл. Н 01 L 41/08, 1978. Авторское свидетельство СССР N 1238653, кл. Н 01 L 41/12, 1985.

Формула изобретения

1.Способ управления составным магнитострикционным преобразователем, заключающийся в том, что при отработке требуемого перемещения формируют импульсное продольное поле на выбранной исполнительной группе секций магнитострикционного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности управления, длительность импульса продольного поля выбирают равной интервалу времени первого достижения требуемого перемещения механической системы магнитострикционный элемент - нагрузка. 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что для возвращения в исходное положение формируют противоположно направленное импульсное продольное поле той же длительности на той же исполнительной группе секций. 3.Способ по п.1, отличающийся тем, что для возвращения в исходное положение создают импульсное поперечное поле, направленное на увеличение поперечной остаточной деформации. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической точности позиционирования, одновременно с формированием импульсного продольного поля на исполнительной группе секций создают импульсное противоположно направленное поле той же длительности на дополнительной группе секций, направленное на уменьшение продольной остаточной деформации. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической точности позиционирования при отработке требуемого перемещения, одновременно с формированием импульсного продольного поля на исполнительной группе секции формируют импульсное поперечное поле той же длительности, направленное на увеличение поперечной остаточной деформации, на исполнительной группе секций. 6.Составной магнитострикционный преобразователь, содержащий магнитострикционный элемент в виде трубки и намагничивающие секции, отделенные одна от другой диамагнитными прокладками, причем секции имеют пазы, в которых уложены две обмотки возбуждения, подключенные к источникам питания, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности управления, динамической точности позиционирования и технологичности изготовления, каждая намагничивающая секция имеет продольные и поперечные пазы по боковой поверхности, причем в продольные пазы уложена тороидальная обмотка, а в поперечных - цилиндрическая обмотка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7