压电粘滑电机及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种压电粘滑电机及其控制方法。为了使压电粘滑电机的速度能够变化且具有减少的噪声生成，本发明专利技术提供了根据权利要求1的控制压电粘滑电机的方法，所述方法包括以下步骤：步骤A：向所述电机施加具有稳定频率的周期性锯齿波形驱动电压信号，其中驱动电压(V)向峰值电压(Vp)增加和从所述峰值电压(Vp)减小，用于所述电机以稳定速度运行；步骤B：在保持所述驱动电压信号的所述频率稳定的同时，通过随着各个后续锯齿波形驱动电压信号周期(C)逐渐地增加或减小所述驱动电压(V)向所述峰值电压(Vp)增加的梯度(dV/dt),来改变所述电机的速度。的速度。的速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电粘滑电机及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种压电粘滑电机及其控制方法。

技术介绍

[0002]例如，从US 2015/0076965、WO 2018/134637 A1或者EP 3 120 449 B1已知压电粘滑电机。
[0003]在压电粘滑电机驱动的情况下，压电致动器元件被充以周期性电压，特别是高频锯齿电压。受电压影响的致动器元件的高频膨胀和收缩经由布置在所述致动器元件上的摩擦元件传递到摩擦体，使得粘贴阶段(其中摩擦元件与摩擦体之间存在静摩擦)致动器元件的偏转期间摩擦体移动，而在滑动阶段，摩擦元件与摩擦体之间存在滑动摩擦，使得摩擦体不因摩擦元件的移动而驱动，或者仅在较小程度上驱动。
[0004]在粘贴阶段，致动器元件的加速度或移动速度在这种情况下被配置为，使得由于摩擦元件与摩擦体之间的摩擦接触中作用的力，不会产生滑动摩擦或仅产生可忽略的滑动摩擦，因此摩擦体在任何情况下都被摩擦元件驱动。相反，在滑动阶段，致动器元件的加速度或移动速度如此高，以至于摩擦元件与摩擦体之间的摩擦接触中的力不足以使摩擦元件驱动摩擦体，并且由于摩擦体的惯性，摩擦元件与摩擦体之间会发生相对移动(也就是滑动)。
[0005]如本文所附图1在电压在时间上的分布图中示出了根据现有技术的典型周期性粘滑驱动信号的两个周期，其中阶段1表示移动或粘贴阶段，阶段2表示移动之后的暂停，阶段3表示滑动阶段，并且阶段4表示滑动之后的暂停。Vb是基础电压，Vp是峰值电压，dV/dt是在周期C的阶段1中驱动电压从基础电压Vb向峰值电压Vp增加的梯度。
[0006]阶段3(“滑动阶段”)需要尽可能短(通常<2μs)，并且阶段2和阶段4(“移动之后的暂停”和“滑动之后的暂停”)通常介于3到10μs之间。暂停时间太短或太长都会对电机的效率产生负面影响，导致速度略微降低。
[0007]电机的有效速度主要由信号的频率和峰值电压决定。由于阶段2(“移动之后的暂停”)、阶段3(“滑动阶段”)和阶段4(“滑动之后的暂停”)相对稳定，因此信号的频率主要通过移动阶段的持续时间决定。
[0008]在典型粘滑控制器中，峰值电压Vp保持稳定并且电机速度由信号的频率控制。这样，在加速、减速和低速期间，压电电机必须以低且可听的频率运行。这导致粘滑电机且由此导致运动装置产生可听噪声。在闭环回路中，因为伺服回路持续改变频率以补偿变化的跟随误差，所以这种噪声会特别干扰用户。
[0009]一些控制器试图通过仅在高频(通常为20kHz)下运行以避免噪声的产生。这种方法的主要限制是不允许加速、减速或低速。但是，当在闭环回路中运行时，频率仍然必须改变，并且这种频率调制仍然会产生干扰声音。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是使压电粘滑电机的速度变化具有减少的噪声生成。
[0011]本专利技术的目的由权利要求1的方法解决。从属权利要求中是所要保护的优选实施例。
[0012]根据权利要求1所述的控制压电粘滑电机的方法包括以下步骤：
[0013]步骤A：向所述电机施加具有稳定频率的周期性锯齿波形驱动电压信号，其中驱动电压向峰值电压增加和从所述峰值电压减小，用于以稳定速度运行所述电机；
[0014]步骤B：在保持所述驱动电压信号的所述频率稳定的同时，通过随着各个后续锯齿波形驱动电压信号周期逐渐地增加或减小所述驱动电压向所述峰值电压增加的梯度，来改变所述电机的速度。
[0015]利用这种电机控制，由于驱动电压信号的频率保持稳定，并且只有驱动信号电压向峰值电压斜坡上升的梯度发生变化，因此可以实现压电粘滑电机的速度变化，而不会产生明显的噪声。
[0016]如果步骤A中的各个锯齿波形驱动电压信号周期包括以下阶段则证明是有利的：
[0017]‑
第一阶段表示粘贴(移动)阶段，其中所述驱动电压从基础电压增加到所述峰值电压，
[0018]‑
第二阶段表示所述第一阶段之后的暂停，其中所述驱动电压维持在所述峰值电压，
[0019]‑
第三阶段表示滑动阶段，其中所述驱动电压从所述峰值电压减小到所述基础电压，其中优选所述第三阶段持续2μs以下，以及
[0020]‑
第四阶段表示所述第三阶段之后的暂停，其中所述驱动电压维持在所述基础电压，其中优选所述第四阶段持续3到10μs之间。
[0021]这种驱动电压信号周期与运行压电粘滑电机相关。
[0022]如果步骤B包括对于各个后续驱动电压信号周期逐渐地增加或减小峰值电压，优选地直到峰值电压超过电机分别启动或停止运行的阈值电压水平，则可以改善压电粘滑电机的运行性能。通过随着各个后续锯齿波形驱动电压信号周期逐渐地减小驱动电压向峰值电压增加的梯度，电机可以平滑地减速和停止。通过随着各个后续锯齿波形驱动电压信号周期逐渐地增加驱动电压向峰值电压增加的梯度，电机可以平滑地启动和加速。
[0023]如果所要保护的方法包括在步骤A和/或步骤B中的各个驱动电压信号周期内，保持所述基础电压与所述峰值电压之间所述驱动电压的增加梯度和/或减小梯度稳定，则也可以增强压电粘滑电机的运行性能。
[0024]如果为了降低电机的速度，与步骤A相比，步骤B包括更改所述锯齿波形驱动电压信号的以下子步骤中的至少一个，则能够进一步改善压电粘滑电机的运行性能：
[0025]子步骤B1：在维持所述峰值电压稳定的同时，随着各个后续锯齿波形驱动电压信号周期，逐渐地减小所述驱动电压向所述峰值电压增加的所述梯度，以便延长所述第一阶段，同时使所述第二阶段缩短相同量以补偿所述第一阶段的所述延长。
[0026]子步骤B2：随着各个后续锯齿波形驱动电压信号周期，逐渐地减小所述峰值电压以及所述驱动电压向所述峰值电压增加的所述梯度，以便延长所述第一阶段，同时消除所述第二阶段且能够缩短所述第三阶段以补偿所述第一阶段的所述延长。
[0027]在步骤B1中，通过延长阶段1而不降低峰值电压来降低驱动电压向峰值电压增加的梯度，其中通过使阶段2缩短相同量来补偿阶段1的延长。在步骤B2中，阶段1被延长到比步骤A的阶段1和阶段2的组合更长，使得阶段2被完全跳过，并且阶段3直接跟随在阶段1后面。
[0028]如果所要求保护的方法包括对于步骤A和/或步骤B中的各个后续驱动电压信号周期，维持驱动电压从峰值电压减小到基础电压的梯度稳定，则可以进一步增强压电粘滑电机的运行性能。
[0029]如果所要求保护的方法包括对于步骤A和/或步骤B中的各个后续驱动电压信号周期维持第四阶段的时间段稳定，则可以进一步改善压电粘滑电机的运行性能。
[0030]如果向所述电机施加20kHz以上的稳定频率的所述周期性锯齿波形驱动电压信号，则可以避免压电粘滑电机产生噪声。
[0031]如果所要求保护的方法包括对于步骤A和/或步骤B中的各个后续驱动电压信号周期维持基础电压稳定，则还可以进一步改善压电粘滑电机的运行性能。
[0032]如果所要求的方法包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制压电粘滑电机的方法，所述方法包括以下步骤：a.步骤A：向所述电机施加具有稳定频率的周期性锯齿波形驱动电压信号，其中驱动电压(V)向峰值电压(Vp)增加和从所述峰值电压(Vp)减小，用于以稳定速度运行所述电机；其特征在于：b.步骤B：在保持所述驱动电压信号的频率稳定的同时，通过随着各个后续锯齿波形驱动电压信号周期(C)逐渐地增加或减小所述驱动电压(V)向所述峰值电压(Vp)增加的梯度(dV/dt)，来改变所述电机的速度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中的各个锯齿波形驱动电压信号周期(C)包括以下阶段：a.第一阶段(1)表示粘贴(移动)阶段，其中所述驱动电压(V)从基础电压(Vb)增加到所述峰值电压(Vb)，b.第二阶段(2)表示所述第一阶段(1)之后的暂停，其中所述驱动电压(V)维持在所述峰值电压(Vp)，c.第三阶段(3)表示滑动阶段，其中所述驱动电压(V)从所述峰值电压(Vp)减小到所述基础电压(Vb)，其中优选所述第三阶段(3)持续2μs以下，以及d.第四阶段(4)表示所述第三阶段(3)之后的暂停，其中所述驱动电压(V)维持在所述基础电压(Vb)，其中优选所述第四阶段(4)持续3到10μs之间。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤B包括对于各个后续驱动电压信号周期逐渐地增加或减小所述峰值电压(Vp)，优选直到所述峰值电压(Vp)过了所述电机(1)分别启动或停止运行的阈值电压水平(Vt)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤A和/或步骤B中的各个驱动电压信号周期(C)内，保持所述基础电压(Vb)与所述峰值电压(Vp)之间的所述驱动电压(V)的增加梯度(dV/dt)和/或减小梯度(dV/dt)稳定。5.根据前述权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，为了降低所述电机的速度，与步骤A相比，步骤B包括更改所述锯齿波形驱动电压信号的以下子步骤中的至少一个：a.子步骤B1...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉姆，
申请(专利权)人：物理仪器PI两合有限公司，
类型：发明
国别省市：