一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置及方法，涉及应用在精密位移平台领域，包括各层压电致动器独立驱动；驱动信号按照等电压间隔规则分离成时序相连的子信号；施加到每一层独立压电致动器上的信号为分别放大后的子信号；电压等间隔规则通过信号分离电路实现；驱动信号可以为任意需要的信号。相对于多叠层压电致动器并联的压电堆栈，通过本发明专利技术所示的驱动方法可以有效的消除其由于并联驱动导致的迟滞累加，在同一个时刻有且仅有一层压电致动器迟滞的存在，有效的降低了多叠层压电致动器位移过程中的迟滞，提高运动定位精度，同时具有操作简单、成本较低等特点。

An Independent Time-Sharing Driving Device and Method for Multi-Layer Piezoelectric Actuators

【技术实现步骤摘要】
一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置及方法
本专利技术涉及应用在精密微位移平台领域，具体涉及一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置及方法，其为通过实现多叠层压电致动器独立分时驱动，进而实现降低位移迟滞的方法。
技术介绍
在精密位移平台领域，通常需要纳米级精度。压电陶瓷材料具有体积小、分辨率高、频率响应快、噪声低以及承载力大的特点。但是，压电陶瓷自身具有迟滞特性以及蠕变特性等，这些特性在压电陶瓷进行精密位移时会限制其精度，其中压电陶瓷迟滞对精度的影响最大。因此，如何改善或降低压电陶瓷的迟滞特性成为目前所需要解决的一个极其重要的问题。目前，常用的迟滞补偿方法有电荷驱动代替电压驱动法、基于模型的前馈开环控制法和包括PID复合控制、自适用复合控制、NN复合控制以及模糊复合控制的前馈与闭环相结合的复合控制法等。但这些方法都存在着控制复杂，成本较高的缺陷。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置及方法，以期在有效的降低多压电堆栈驱动过程存在迟滞问题的同时还可以降低成本。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置，该装置工作方式为：各层压电致动器独立驱动；驱动信号按照等电压间隔规则分离成时序相连的子信号；施加到每一层独立压电致动器上的信号为分别放大后的子信号；电压等间隔规则通过信号分离电路实现；驱动信号可以为任意需要的信号。所述的时序相连的子信号为驱动信号通过信号分离电路后产生的时序严格对齐的驱动信号。所述的施加到每一层独立压电致动器上的信号为每一层压电堆栈都对应唯一的一路放大后的子信号。所述的电压等间隔规则为将电压根据压电致动器层数等分。所述的独立分时驱动装置包括信号分离电路，信号分离电路包含分割点电压电路、电压比较电路、采样保持电路及减法电路四部分。驱动信号进入信号分离电路后首先输送到n路电压比较和采样保持电路上；分割点电压电路将驱动信号幅值按照压电层数n等分输出n路分割电压；每一路电压比较电路通过与对应分割点电压的比较输出方波控制信号；采样保持电路通过方波控制信号的控制对输入的驱动信号进行采样保持；输出信号通过减法电路与对应分割点电压做减法进行信号最小电压归零并输出。一种多叠层压电致动器独立分时驱动方法，该方法驱动方式为：各层压电致动器独立驱动；驱动信号按照等电压间隔规则分离成时序相连的子信号；施加到每一层独立压电致动器上的信号为分别放大后的子信号；电压等间隔规则通过信号分离电路实现；驱动信号可以为任意需要的信号。其具体工作过程为：步骤1、驱动信号经过信号分离电路后产生n路等幅值的分离子信号；步骤2、n路分离子信号通过电压放大器进行相应放大后分别接到n层压电致动器上；步骤3、当驱动多叠层压电致动器时，对于升压过程，首先给第1层压电致动器加正电压，随着电压的升高第1层压电致动器伸长输出位移，整个多叠层压电致动器的位移增加量为第1层压电致动器的位移增加量，此时其余层压电致动器上的电压为0；当第1层压电致动器上的电压到达时序1的最大值时，保持其电压在整个加压过程中恒定不变；此时第2层压电致动器开始加正电压，随着电压的升高，第2层压电致动器伸长并输出位移，此时第1层压电致动器上的电压保持不变，其余层压电致动器的电压保持为0不变，整个多叠层压电致动器的输出位移为第1层压电致动器在最大电压时的输出位移和第2层压电致动器的位移增加量之和，当第2层压电致动器上电压达到时序2的最大值时，保持第2层压电致动器上的电压在整个加压过程中保持不变；此时第3层压电致动器开始加正电压，随着电压的升高第3层压电致动器开始输出位移，整个多叠层压电致动器的输出位移为第1层和第2层压电致动器在最大电压时的输出位移与第3层压电致动器位移增加量之和，当第3层压电致动器上的电压到达时序3上的最大值时，保持第1层压电致动器、第2层压电致动器和第3层压电致动器的电压不变，其余层电压为0，然后按照同种方式依次为后续压电致动器加压；其中，所述的时序最大电压值为经电压放大器放大后的等幅子信号的最大电压值；对于信号时序要求保证相对时间轴严格对齐，即当第n-1层压电致动器到达最大电压值时第n层压电致动器应立刻开始加压；步骤4、对于降压过程，首先给第n层压电致动器降压，当第n层压电致动器上电压电压降为0时，立刻开始给第n-1层压电致动器降压，当第n-1层电压降为0时，开始给第n-2层降压，然后按照同种方式依次为后续压电致动器降压直到所有压电致动层电压都为0。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、如图5所示，通过本专利技术所示的驱动方法可以有效的消除其由于并联驱动导致的迟滞累加，在同一个时刻有且仅有一层压电致动器迟滞的存在，有效的降低了多叠层压电致动器位移过程中的迟滞。2、本专利技术所示的驱动方法提高运动定位精度，同时具有操作简单、成本较低等特点。附图说明图1为本专利技术整体控制方案示意；图2为n叠层压电致动器压电堆栈粘结方式；图3为n叠层压电致动器信号控制时序图；图4为信号分离电路的结构示意图；图5为结果示意图；图6为三叠层压电致动器独立分时驱动与并联驱动测量结果，其中，图6(a)为采用并联驱动的压电致动器滞后曲线，图6(b)为采用独立分时驱动的压电致动器滞后曲线。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。本实例采用由信号发生器产生的三角波信号作为驱动信号。采用n层压电致动器首尾粘接成图2所示的结构。整体控制方案按照图1所示方案进行连接。如图1、2、4所示，对于多叠层压电致动器独立分时驱动装置，其工作方式为：驱动信号进入信号分离电路后首先输送到n路电压比较和采样保持电路上。分割点电压电路将驱动信号幅值按照压电层数n等分输出n路分割电压。每一路电压比较电路通过与对应分割点电压的比较输出方波控制信号。采样保持电路通过方波控制信号的控制对输入的驱动信号进行采样保持。输出信号通过减法电路与对应分割点电压做减法进行信号最小电压归零并输出。如图3所示，对于多叠层压电致动器独立分时驱动时序控制方法，其工作过程为：步骤1、驱动信号经过信号分离电路后产生n路等幅值的分离子信号，对应图3左侧的n路子信号时序图。步骤2、n路分离子信号通过图1所示的电压放大器进行相应放大后分别接到n层压电致动器上。步骤3、当驱动多叠层压电致动器时，对于升压过程，首先给第1层压电致动器加正电压，随着电压的升高第1层压电致动器伸长输出位移，整个多叠层压电致动器的位移增加量为第1层压电致动器的位移增加量，此时其余层压电致动器上的电压为0；当第1层压电致动器上的电压到达时序1的最大值时，保持其电压在整个加压过程中恒定不变；此时第2层压电致动器开始加正电压，随着电压的升高，第2层压电致动器伸长并输出位移，此时第1层压电致动器上的电压保持不变，其余层压电致动器的电压保持为0不变，整个多叠层压电致动器的输出位移为第1层压电致动器在最大电压时的输出位移和第2层压电致动器的位移增加量之和，当第2层压电致动器上电压达到时序2的最大值时，保持第2层压电致动器上的电压在整个加压过程中保持不变；此时第3层压电致动器开始加正电压，随着电压的升高第3层压电致动器开始输出位移，整个多叠层压电致动器的输出位移为第1层和第2层压电致动器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置，其特征是：该装置工作方式为：各层压电致动器独立驱动；驱动信号按照电压等间隔规则分离成时序相连的子信号；施加到每一层独立压电致动器上的信号为分别放大后的子信号；电压等间隔规则通过信号分离电路实现；驱动信号可以为任意需要的信号，所述的电压等间隔规则为将驱动信号电压根据压电致动器层数等分。

【技术特征摘要】
1.一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置，其特征是：该装置工作方式为：各层压电致动器独立驱动；驱动信号按照电压等间隔规则分离成时序相连的子信号；施加到每一层独立压电致动器上的信号为分别放大后的子信号；电压等间隔规则通过信号分离电路实现；驱动信号可以为任意需要的信号，所述的电压等间隔规则为将驱动信号电压根据压电致动器层数等分。2.根据权利要求1所述的一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置，其特征是：所述的时序相连的子信号为驱动信号通过信号分离电路后产生的时序严格对齐的驱动信号。3.根据权利要求1所述的一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置，其特征是：所述的施加到每一层独立压电致动器上的信号为每一层压电堆栈都对应唯一的一路放大后的子信号。4.根据权利要求1所述的一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置，其特征是：所述的独立分时驱动装置包括信号分离电路，信号分离电路包含分割点电压电路、电压比较电路、采样保持电路及减法电路四部分。5.根据权利要求4所述的一种多叠层压电致动器独立分时驱动装置，其特征是：驱动信号进入信号分离电路后首先输送到n路电压比较和采样保持电路上；分割点电压电路将驱动信号幅值按照压电层数n等分输出n路分割电压；每一路电压比较电路通过与对应分割点电压的比较输出方波控制信号；采样保持电路通过方波控制信号的控制对输入的驱动信号进行采样保持；输出信号通过减法电路与对应分割点电压做减法进行信号最小电压归零并输出。6.一种多叠层压电致动器独立分时驱动方法，其特征是：该方法驱动方式为：各层压电致动器独立驱动；驱动信号按照电压等间隔规则分离成时序相连的子信号；施加到每一层独立压电致动器上的信号为分别放大后的子信号；电压等间隔规则通过信号分离电路实现；驱动信号可以为任意需要的信号，所述的电压等间隔规则为将驱动信号电压根据压电致动器层数等分。7.根据权利要求6所述的一种多叠层压电致动器独立分时驱动方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连生，黄继超，陈小波，黄强先，程荣俊，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34