CN104377989B - 超声电机分辨率温度补偿前馈控制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制装置，所述装置包括一定位精度检测设备，所述超声电机置于定位精度检测设备上进行定位，所述超声电机的定子上安装有一第一温度传感器；所述超声电机的底座上设置有加温装置和降温装置；所述定位精度检测设备的电机驱动器中安装有第二温度传感器和控制超声电机旋转角度的单片机。本发明还提供了一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制方法，实现在开环控制的前提下，通过前馈控制超声电机，提高其分辨率，达到降低超声电机控制成本。
Description
技术领域
本发明涉及超声电机技术领域，尤其涉及一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制装置及其控制方法。
背景技术
超声电机响应快、位移分辨率高的特点被充分利用从理论上来说，位移分辨率为微米级甚至可以达纳米级，但是由于超声电机元件特性、加工工艺等因素影响，超声电机的位移分辨率不稳定，影响了其在高分辨率场合的推广应用。其中温度是影响超声电机性能的因素之一。由于超声电机定/转子是通过摩擦传递力和运动，因此在常温环境下，超声电机从开始运行一直到超声电机本体达到热平衡前，超声电机本体的温度是在不断变化的，这种温度的变化对于需要达到微米甚至是纳米级定位的超声电机而言，其影响是不可忽略，本专利申请为在开环控制的前提下，通过前馈控制超声电机，提高其分辨率，达到降低超声电机控制成本，并提高分辨率。
现有技术中提供了一种“超声电机定位精度检测装置”，见公开日为2014-03-12，公开号为：203479270U的中国专利，一种超声电机定位精度检测装置，包括一超声电机、一电机驱动器、一控制单元、一激光源和一感光标尺；所述超声电机、电机驱动器和控制单元依次连接，且该超声电机的转子上安装有一反光镜；所述激光源设于超声电机的右下方，且该激光源发出的光线可照射到所述反光镜；所述感光标尺位于超声电机的右上方，且所述反光镜可反射所述激光源发出的光线至该感光标尺上。本专利申请中的一种实现方式就是基于该超声电机定位精度检测装置进行的。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制装置，为超声电机分辨率温度补偿前馈控制的实现方式提供了一个硬件平台，在该硬件平台下实现在开环控制的前提下，通过前馈控制超声电机，提高其分辨率，达到降低超声电机控制成本。
本发明的问题之一是这样实现的：一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制装置，所述装置包括一定位精度检测设备，所述超声电机置于定位精度检测设备上进行定位，所述超声电机的定子上安装有一第一温度传感器；所述超声电机的底座上设置有加温装置和降温装置；所述定位精度检测设备的电机驱动器中安装有第二温度传感器和控制超声电机旋转角度的单片机。
进一步地，所述定位精度检测设备包括一电机驱动器、一控制单元、一激光源和一感光标尺；将超声电机与电机驱动器和控制单元依次进行连接，且超声电机的转子上安装有一反光镜，所述激光源设于超声电机的右下方，且该激光源发出的光线可照射到所述反光镜；所述感光标尺位于超声电机的右上方，且所述反光镜可反射所述激光源发出的光线至该感光标尺上。
进一步地，所述控制单元为单片机或计算机。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制方法，实现在开环控制的前提下，通过前馈控制超声电机，提高其分辨率，达到降低超声电机控制成本。
本发明的问题之二是这样实现的：一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制方法，所述控制方法具体包括如下步骤：
步骤1、将超声电机安装于一定位精度检测设备上进行定位，并在超声电机的底座加上加温装置和降温装置；
步骤2、在超声电机定子上安装第一温度传感器，并利用降温装置将超声电机环境温度下降到超声电机正常工作环境温度的下限值并保持0.5～1.5个小时；
步骤3、运行超声电机，此时由于超声电机运行导致超声电机本体温度上升，同时记录超声电机的运行时间、超声电机定子温度和分辨率；超声电机定子温度通过第一温度传感器获得；
步骤4、当超声电机分辨率超过电机开环控制的误差范围时，记录超声电机的运行时间和温度，并将运行时间和分辨率补偿误差一一对应形成表1；
步骤5、判断超声电机本体温度是否继续上升即温度是否达到平衡，是，则进入步骤6，否，则返回步骤3，并继续记录直到达到平衡；
步骤6、加温装置进行加温，继续运行超声电机，同时记录超声电机的分辨率及环境温度，温度一直达到超声电机允许使用环境温度的上限值时，将超声电机的温度和相对应的分辨率补偿误差一一对应，形成表2；
步骤7、使用超声电机时，在定位精度检测设备的电机驱动器中加装第二温度传感器和控制超声电机旋转角度的单片机，并将表1和表2存储于单片机中，从表1和表2中得到超声电机在不同温度下的补偿量；
步骤8、超声电机开始运行后，按照表1中运行的时间对超声电机的分辨率进行补偿；超过表1的时间后，根据电机驱动器中第二温度传感器的温度，查表2根据相应的温度进行补偿，即可充分提高开环控制状态下的超声电机的分辨率精度。
进一步地，所述定位精度检测设备包括一电机驱动器、一控制单元、一激光源和一感光标尺；将超声电机与电机驱动器和控制单元依次进行连接，且超声电机的转子上安装有一反光镜，所述激光源设于超声电机的右下方，且该激光源发出的光线可照射到所述反光镜；所述感光标尺位于超声电机的右上方，且所述反光镜可反射所述激光源发出的光线至该感光标尺上。
进一步地，所述控制单元为单片机或计算机。
本发明具有如下优点：用于控制超声电机在开环控制状态下，用前馈控制的方法提高超声电机分辨率；仅仅增加很小的成本(增加第一温度传感器、第二温度传感器和单片机)，达到提高超声电机分辨率的效果。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为本发明的定位精度检测设备的主视图。
图3为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本发明的一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制装置，所述装置包括一定位精度检测设备1(该定位精度检测设备不仅仅局限于背景技术中提到的：公开号为：203479270U的“超声电机定位精度检测装置”专利的实现方式)，所述超声电机2置于定位精度检测设备1上进行定位，所述超声电机2的定子上安装有一第一温度传感器(未图示)；所述超声电机2的底座3上设置有加温装置(未图示)和降温装置(未图示)；所述定位精度检测设备1的电机驱动器中安装有第二温度传感器(未图示)和控制超声电机旋转角度的单片机(未图示)。
其中，所述定位精度检测设备1包括一电机驱动器12、一控制单元13、一激光源14和一感光标尺15；将超声电机2与电机驱动器12和控制单元13依次进行连接，且超声电机2的转子上安装有一反光镜16，所述激光源14设于超声电机2的右下方，且该激光源14发出的光线可照射到所述反光镜16；所述感光标尺15位于超声电机2的右上方，且所述反光镜16可反射所述激光源14发出的光线至该感光标尺15上。其中，所述控制单元13为单片机或计算机。
请参阅图1至图3所示，本发明的一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制方法，所述控制方法具体包括如下步骤：
步骤1、将超声电机2安装于一定位精度检测设备1上进行定位，并在超声电机的底座3加上加温装置和降温装置；
步骤2、在超声电机定子上安装第一温度传感器，并利用降温装置将超声电机环境温度下降到超声电机正常工作环境温度的下限值并保持0.5～1.5个小时；
步骤3、运行超声电机2，此时由于超声电机运行导致超声电机本体温度上升，同时记录超声电机的运行时间、超声电机定子温度和分辨率；超声电机定子温度通过第一温度传感器获得；
步骤4、当超声电机分辨率超过电机开环控制的误差范围时，记录超声电机的运行时间和温度，并将运行时间和分辨率补偿误差一一对应形成表1；
步骤5、判断超声电机本体温度是否继续上升即温度是否达到平衡，是，则进入步骤6，否，则返回步骤3，并继续记录直到达到平衡；
步骤6、加温装置进行加温，继续运行超声电机，同时记录超声电机的分辨率及环境温度，温度一直达到超声电机允许使用环境温度的上限值时，将超声电机的温度(由外部加热形成的升温)和相对应的分辨率补偿误差一一对应，形成表2；这里需要说明的是：超声电机的温度分辨率的补偿表由表1和表2两部分组成：温度环境对超声电机分辨率影响及本身超声电机运行发热对超声电机分辨率的影响。其表的组成为：表1体现的是：超声电机本身温度加上目前环境温度之和与超声电机分辨率；表2体现的是：超声电机环境温度与超声电机分辨率；
步骤7、使用超声电机2时，在定位精度检测设备1的电机驱动器中加装第二温度传感器和控制超声电机旋转角度的单片机，并将表1和表2存储于单片机中，从表1和表2中得到超声电机在不同温度下的补偿量；
步骤8、超声电机开始运行后，按照表1中运行的时间对超声电机的分辨率进行补偿；超过表1的时间后，根据电机驱动器中第二温度传感器的温度，查表2根据相应的温度进行补偿，即可充分提高开环控制状态下的超声电机的分辨率精度。
所述定位精度检测设备1包括一电机驱动器12、一控制单元13、一激光源14和一感光标尺15；将超声电机2与电机驱动器12和控制单元13依次进行连接，且超声电机2的转子上安装有一反光镜16，所述激光源14设于超声电机2的右下方，且该激光源14发出的光线可照射到所述反光镜16；所述感光标尺15位于超声电机2的右上方，且所述反光镜16可反射所述激光源14发出的光线至该感光标尺15上。其中，所述控制单元13为单片机或计算机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制装置，其特征在于：所述装置包括一定位精度检测设备，所述超声电机置于定位精度检测设备上进行定位，所述超声电机的定子上安装有一第一温度传感器；所述超声电机的底座上设置有加温装置和降温装置；所述定位精度检测设备的电机驱动器中安装有第二温度传感器和控制超声电机旋转角度的单片机。
2.根据权利要求1所述的超声电机分辨率温度补偿前馈控制装置，其特征在于：所述定位精度检测设备包括一电机驱动器、一控制单元、一激光源和一感光标尺；将超声电机与电机驱动器和控制单元依次进行连接，且超声电机的转子上安装有一反光镜，所述激光源设于超声电机的右下方，且该激光源发出的光线可照射到所述反光镜；所述感光标尺位于超声电机的右上方，且所述反光镜可反射所述激光源发出的光线至该感光标尺上。
3.根据权利要求2所述的超声电机分辨率温度补偿前馈控制装置，其特征在于：所述控制单元为单片机或计算机。
4.一种超声电机分辨率温度补偿前馈控制方法，其特征在于：所述控制方法具体包括如下步骤：
步骤1、将超声电机安装于一定位精度检测设备上进行定位，并在超声电机的底座加上加温装置和降温装置；
步骤2、在超声电机定子上安装第一温度传感器，并利用降温装置将超声电机环境温度下降到超声电机正常工作环境温度的下限值并保持0.5～1.5个小时；
步骤3、运行超声电机，此时由于超声电机运行导致超声电机本体温度上升，同时记录超声电机的运行时间、超声电机定子温度和分辨率；超声电机定子温度通过第一温度传感器获得；
步骤4、当超声电机分辨率超过电机开环控制的误差范围时，记录超声电机的运行时间和温度，并将运行时间和分辨率补偿误差一一对应形成表1；
步骤5、判断超声电机本体温度是否继续上升即温度是否达到平衡，是，则进入步骤6，否，则返回步骤3，并继续记录直到达到平衡；
步骤6、加温装置进行加温，继续运行超声电机，同时记录超声电机的分辨率及环境温度，温度一直达到超声电机允许使用环境温度的上限值时，将超声电机的温度和相对应的分辨率补偿误差一一对应，形成表2；
步骤7、使用超声电机时，在定位精度检测设备的电机驱动器中加装第二温度传感器和控制超声电机旋转角度的单片机，并将表1和表2存储于单片机中，从表1和表2中得到超声电机在不同温度下的补偿量；
步骤8、超声电机开始运行后，按照表1中运行的时间对超声电机的分辨率进行补偿；超过表1的时间后，根据电机驱动器中第二温度传感器的温度，查表2根据相应的温度进行补偿，即可充分提高开环控制状态下的超声电机的分辨率精度。
5.根据权利要求4所述的超声电机分辨率温度补偿前馈控制方法，其特征在于：所述定位精度检测设备包括一电机驱动器、一控制单元、一激光源和一感光标尺；将超声电机与电机驱动器和控制单元依次进行连接，且超声电机的转子上安装有一反光镜，所述激光源设于超声电机的右下方，且该激光源发出的光线可照射到所述反光镜；所述感光标尺位于超声电机的右上方，且所述反光镜可反射所述激光源发出的光线至该感光标尺上。
6.根据权利要求5所述的超声电机分辨率温度补偿前馈控制方法，其特征在于：所述控制单元为单片机或计算机。
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