CN109075248B - 用于控制机电元件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机电元件的控制方法，用于定位至少暂时与所述机电元件接触的待驱动元件，其中，在步进模式中电压脉冲作用在所述机电元件上并且所述各电压脉冲具有至少两个时段，其中，在所述其中一个时段中发生电压的平均较慢时间变化，并且在所述另一个时段中发生电压的平均较快时间变化，并且至少在限定为驱动时段的所述电压的平均较慢时间变化的所述时段的一部分中，通过在驱动方向上膨胀或收缩的所述机电元件与所述待驱动元件之间的静摩擦使所述待驱动元件由所述机电元件带动移动，并且至少在限定为相对移动时段的所述电压的平均较快时间变化的所述时段的一部分中，通过在与驱动方向相反地收缩或膨胀的所述机电元件与所述待驱动元件之间的滑动摩擦而发生所述机电元件和所述待驱动元件之间的相对移动，使得所述待驱动元件使用所述各电压脉冲实施在驱动方向上的离散步进，并且所述方法还包括设置控制器和与所述控制器电连接的驱动器。根据本发明，所述控制器将时间连续电流传输到所述驱动器，并且所述驱动器将相应充电电流传输到与所述驱动器电连接的所述机电元件，其中，所述控制器依赖于所述待驱动元件的实际位置和目标位置之间的差连续地适配所述时间连续电流，并且所述驱动器不依赖于所述控制器而依赖于作用在所述机电元件上的电压进行所述驱动器与所述控制器的电分离。本发明还涉及一种用于执行根据本发明的方法的相应装置。

Description

用于控制机电元件的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制机电元件、尤其是压电致动器的方法和一种用于执行这种方法的相应装置。

背景技术

已知一种用于控制用于驱动器的压电致动器的方法，其中，该压电致动器通过驱动器被施加锯齿形或具有平坦边沿和陡峭边沿的斜坡形的电压，其中，致动器在较慢电压变化的阶段中，即在平坦边沿的区域中(也称为粘滞阶段(Stick-Phase)完成相应较慢的膨胀或收缩，并且与致动器摩擦接触的待驱动元件可以由于静摩擦而跟随这种较慢的移动并因此产生驱动移动或驱动步进，而在快速电压变化阶段中，即在陡峭边沿的区域中(也称为滑移阶段(Slip-Phase))，致动器完成明显更快的膨胀或收缩，该膨胀或收缩如此之快，使得待驱动元件由于其惯性而不能再跟随致动器的移动，从而由于滑动摩擦而在压电致动器和待驱动元件之间发生相对移动并且大致不产生驱动移动。

为了实现待驱动元件的相应的单独步进，要么首先发生具有致动器的膨胀的粘滞阶段，其中，该膨胀大致在待驱动元件的驱动方向上进行，紧接着是具有致动器的收缩的滑移阶段，其中，该收缩大致与驱动方向相反地进行，要么首先发生具有与驱动方向大致相反地进行的致动器的膨胀的滑移阶段，随后是具有大致在驱动方向上进行的致动器的收缩的粘滞阶段。因此，通过选择粘滞阶段和滑移阶段的相应序列，可以改变驱动方向。

借助重复，可以根据驱动器的机械设计产生具有通常约100nm-600nm的相应步长的单独步进序列，由此能够进行准连续移动。相应的驱动器也称为粘滑驱动器或惯性驱动器。

上述的控制模式或由此产生的驱动模式也称为步进模式，其中，该步进模式又可以细分为连续和不连续步进模式或单独步进模式。

只要由与驱动器电连接的控制器借助位置传感器监视的实际位置和额定位置之间的差相对较大并且高于限定值并且在目标位置周围的相应第一值窗口之外，就如此进行压电致动器的控制，使得产生具有每单位时间最大数量的单独步进的待驱动元件的高的、尤其是可能最高的移动速度，由此进行相对粗略且不精确的定位(粗略定位)。为此，由控制器触发的并且由驱动器相应产生的相同斜坡形电压信号以非常高的频率并且在电压的连续斜坡之间没有时间中断地输出到压电致动器(连续步进模式)。

一旦控制器借助位置传感器识别出待驱动元件的实际位置和额定位置之间的差较小并且在上述第一值窗口内，控制器就引起向不连续步进模式或单独步进模式的切换，在该不连续步进模式或单独步进模式中，在连续斜坡形电压信号之间分别存在限定的时间间隔，这些连续斜坡形电压信号具有相同的形状并且其形状也与连续步进模式期间的斜坡形电压信号相同。连续斜坡形电压信号之间的该时间间隔旨在允许通过压电致动器的驱动移动在一个步进内激励成振动的机械部件衰减，从而可以在执行意外的后续步进之前以高的且可靠的精度检查，待驱动元件的实际位置和额定位置之间的差是否在第二值窗口内，从而产生与粗略定位相比明显精确的定位。该第二值窗口由致动器的最大可能变形或行程限定，其通常小于1μm。

因此，如果待驱动元件的实际位置和额定位置之间的差等于或小于压电致动器的最大行程，则通过控制器进行模式的重新切换，使得驱动器转换成所谓的模拟模式，其中，在所述的模拟模式中，压电致动器以非常高的分辨率施加与所应用的电压类似的变形，从而可以实现待驱动元件的高精度定位。在这里，控制器给定模拟电压以控制待驱动元件的位置。

一方面，根据现有技术的上述方法的缺点在于，必须向控制器提供多个标准，控制器基于这些标准将相应信号传输到驱动器并且尤其是引起相应模式的转换。除了待驱动元件的实际位置和额定位置之间的差之外，这些标准还包括：单独步进的步长，驱动器的机械部件的衰减时间以及用于触发斜坡形或锯齿形电压脉冲的陡峭边沿的时刻。这使相应控制器的实现复杂化。在这里，模式之间的切换对应于不连续点，这导致控制信号中的相应且不利的不连续点。最后，从现有技术已知的方法不仅需要用于检查是否有必要切换到另一模式，而且需要一定时间使驱动器的机械部分在不连续步进模式中相应衰减，从而产生总体上相对慢的控制方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种克服了已知方法的缺点的用于控制机电元件的方法。尤其地，本发明的目的是提供一种用于控制机电元件的方法，其中可以容易地实现控制器并且其中可以避免不同模式之间的多次转换，从而产生快速而高精度的控制方法。

该目的是通过根据权利要求1所述的方法来实现的，其中，随后的从属权利要求至少呈现了符合目的的改进方案。

因此，提出了一种用于机电元件、尤其是用于压电致动器的控制方法，用于定位至少暂时与所述机电元件接触或摩擦接触的待驱动元件，其中，在步进模式中电压脉冲或电压信号作用在所述机电元件上。在这里，所述各电压脉冲具有至少两个时段，其中，在所述其中一个时段中发生电压的平均较慢的随时间变化，并且在所述另一个时段中发生电压的平均较快的随时间变化。例如，所述至少两个时段可以通过电压信号的时间曲线中的不连续点分开。换句话说，随时间变化电压信号的曲线轨迹可以具有不连续点。

上述的术语“平均”与术语“较慢的随时间变化”和“较快的随时间变化”相结合是指相应时段中电压脉冲信号曲线随时间推移的平均斜率或斜度。因此，电压脉冲信号曲线随时间推移在其至少两个时段之一中具有比在相应的另一时段中更大或更小的平均斜度或斜率。因为可以设想的是，电压信号曲线随时间推移在两个时段中不具有恒定的斜度或斜率，而是在那里以区域方式改变斜度或斜率。在这里，还可以设想的是，各个区域具有恒定的和/或随时间变化的斜度或斜率值。

至少在限定为驱动时段的所述电压的平均较慢的随时间变化的所述时段的一部分中，通过在所述待区域元件的大致驱动方向上膨胀或收缩的所述机电元件与所述待驱动元件之间的静摩擦使所述待驱动元件由所述机电元件带动移动，并且至少在限定为相对移动时段的所述电压的平均较快的随时间变化的所述时段的一部分中，通过在大致与驱动方向相反地收缩或膨胀的所述机电元件与所述待驱动元件之间的滑动摩擦而发生所述机电元件和所述待驱动元件之间的相对移动。

上述的术语“大致”与术语“在驱动方向上”和“与驱动方向相反地”相结合是指，膨胀或收缩方向与待驱动元件的驱动方向的偏差或与跟驱动方向相反的方向的偏差仅略微偏离且最大5°。

在驱动时段内以相应的方式发生机电元件的与在相对移动时间区域内相比较慢的变形。因此，在具有机电元件的相对慢的变形的驱动时段内由于后来存在的机电元件和待驱动元件之间的静摩擦而使该待驱动元件由机电元件在驱动方向上带到移动(粘滞阶段)。在具有在与驱动时段内的变形方向大致相反的方向上致动器的相对快的变形的相对移动时段内，由于待驱动元件的惯性而发生机电元件和待驱动元件之间的滑动摩擦，从而发生机电元件和待驱动元件之间的相对移动(滑移阶段)。因此，在滑移阶段中不发生或仅发生待驱动元件的可忽略不计的移动。

通过时间排序或连续实施粘滞阶段和滑移阶段，使得待驱动元件在第一驱动方向上实施离散驱动步进，而通过时间排序或连续实施滑移阶段和粘滞阶段，使得待驱动元件在与第一驱动方向相反的第二驱动方向上实施离散驱动步进。通过相应重复，可以实现多个离散驱动步进并因此实现大的行程，该行程原则上仅受待驱动元件的膨胀围或长度限制。

本发明方法还包括设置控制器和与所述控制器电连接的驱动器。

对本发明重要的是，所述控制器将时间连续电流传输到所述驱动器，并且所述驱动器将相应充电电流传输到与所述驱动器电连接的所述机电元件，其中，所述控制器依赖于所述待驱动元件的实际位置和目标位置之间的差连续或不断适配所述时间连续电流，并且所述驱动器不依赖于所述控制器而仅依赖于作用在所述机电元件上的电压进行所述驱动器与所述控制器的电分离。

在实际位置和额定位置之间的差较大时，从控制器传输到驱动器的电流信号的值较高，并且类似地，从驱动器传输到机电元件的充电电流也较高，从而在相对短的时间内机电元件被施加限定的电荷或限定的电压。在这里，驱动器监视施加到机电元件上的电荷或相应施加的电压。一旦机电元件处的电荷或电压达到或超过给定的限定值，驱动器就自行且不依赖于控制器在驱动器和控制器之间执行电分离。然而，仅在短时间内进行分离，该时间明显短于将电荷施加到机电元件上的上述时间。

通过上述的在驱动器和控制器之间的电分离，相应地产生作用在机电元件上的电流信号的短暂中断，从而先前施加到该机电元件上的电荷会流走。在驱动器和机电元件之间的电流短暂中断之后，再次进行驱动器和控制器之间的电连接，从而机电元件再次被施加限定的电荷或限定的电压。

由于向机电元件施加电荷的时间大于先前施加的电荷再次流走的时段，因而充电进行得比放电慢，充电过程对应于驱动时段，并且放电过程对应于相对移动时段。因此，驱动器和控制器之间的电分离对应于从驱动时段到相对移动时段的切换。

在此方面应强调的是，作用在机电元件上的电压的时间曲线由于从驱动器传输的充电电流而不遵循给定功能，而是自动或自行设定并且由作用的电流强度以及驱动器和控制器之间的电连接中断的时刻或持续时间限定。在这里，首先产生作用在机电元件上的电压脉冲的斜坡状或锯齿状曲线。这些电压脉冲的频率也是从电流强度以及驱动器和控制器之间的电连接中断的时刻或持续时间自动产生的。因此，不需要主动控制作用在机电元件上的电压随时间推移的频率和/或曲线。

由上可知，控制器仅承担的任务是，依赖于待驱动元件的实际位置和目标位置之间的差来调节时间恒定电流。因此，控制器只须考虑一个受控的变量，即电流。如上所述，控制器本身不必指定电压曲线随时间推移的特定形式或电压脉冲的频率。时间恒定电流的控制具有进一步的优点是，以相等的时段分别将相同量的电荷施加到机电元件上，并且由此可实现机电元件的具有更高线性的移动。

还有利的是，控制器保持完全不受从驱动时段到相对移动时段的切换过程的影响，因为这完全不依赖于控制器且自行通过驱动器进行。结果，实现了控制器的减负，因为控制器不必指定用于触发陡峭边沿的时刻。

通过重复排序先前描述的较慢充电过程和各自随后的较快放电过程，也就是说，通过重复排序驱动时段和相对移动时段，产生，特别是由于在实际位置和目标位置之间存在大的差时的提供给机电元件的高充电电流而产生待驱动元件的高的、尤其是最大驱动速度，因为如上所述，机电元件在相对短的时间内被施加限定量的电荷，并且驱动时段可以以相应的高频率(驱动频率)重复。在这里应提到的是，驱动时段各自不间断地紧接于相对移动时段。

随着待驱动元件的实际位置和目标位置之间的差连续变小，进行从控制器传输到驱动器的电流的连续地适配或减小，从而另外以连续的方式，即，在后续驱动时段和相对移动时段之间没有时间间隔的情况下，将电压脉冲施加到机电元件上，其中，然而由于受待驱动元件的实际位置和目标位置之间的连续变化差限制的电流值的连续地适配，具有作用在机电元件上的电压的平均较慢的随时间变化的相应时段具有不断变大的持续时间，而具有作用在机电元件上的电压的平均较快的随时间变化的时段保持大致不变。

由于在相对移动时段的持续时间大致恒定的情况下驱动时段的持续时间现在较长，因而驱动频率降低。以类似的方式连续地并且依赖于待驱动元件的实际位置和目标位置之间的差减小进行该驱动频率降低。

在最有利的情况下，已经仅通过先前描述的控制类型，即仅在步进模式中，以期望的精度到达待驱动元件的目标位置，从而可以完全取消切换到模拟模式，这再次简化了控制并使控制更快速，在模拟模式中，机电元件以非常高的分辨率施加与所应用的电压相似的变形。

然而，可以有利的是，紧接着所述步进模式的是模拟模式，在所述模拟模式中，所述机电元件被施加随时间变化的连续电压，使得所述机电元件线性跟随电压信号并且所述待驱动元件实施相应连续模拟移动。由此，可以在单独情况下在定位待驱动元件时实现甚至更高的精度。

另外，可以有利的是，所述控制器向所述驱动器传输数字信号，所述数字信号确定在具有电压的平均较慢的随时间变化的电压时段中电压数值是否增加或减小。由此，指定了用于待驱动元件的驱动方向。

另外，可以有利的是，从所述控制器传输到所述驱动器的时间连续电流使得所述待驱动元件在其实际位置和其目标位置之间的速度跟随限定轮廓。在这里，尤其是S形轮廓是重要的，其中所述待驱动元件在相应定位过程开始时的速度非常慢，然后连续增加到最大可能速度，并且在到达目标位置之前该速度在该最大可能速度范围内连续减小。

另外，本发明涉及一种用于电控制机电元件的装置，用于定位至少暂时与所述机电元件接触的待驱动元件，其中，所述装置设置成在步进模式中向所述机电元件施加直接连续电压脉冲，其中，所述各电压脉冲具有至少两个时段，并且在所述其中一个时段中发生电压的平均较慢的随时间变化，并且在所述另一个时段中发生电压的平均较快的随时间变化，并且至少在限定为驱动时段的所述电压的平均较慢的随时间变化的所述时段的一部分中，通过在驱动方向上膨胀或收缩的所述机电元件与所述待驱动元件之间的静摩擦使所述待驱动元件由所述机电元件带动移动，并且至少在限定为相对移动时段的所述电压的平均较快的随时间变化的所述时段的一部分中，通过在与驱动方向相反地收缩或膨胀的所述机电元件与所述待驱动元件之间的滑动摩擦而发生所述机电元件和所述待驱动元件之间的相对移动，使得所述待驱动元件使用所述各电压脉冲实施在驱动方向上的离散步进，并且所述装置包括控制器和与所述控制器电连接的驱动器，其中，所述控制器通过驱动器接口将时间连续电流传输到所述驱动器，并且所述驱动器将相应充电电流传输到与所述驱动器电连接的所述机电元件，并且所述控制器设置成，依赖于所述待驱动元件的实际位置和目标位置之间的差连续适配所述时间连续电流，并且所述驱动器设置成，不依赖于所述控制器而依赖于作用在所述机电元件上的电压进行所述驱动器与所述控制器的电分离。

在这里，可以有利的是，所述驱动器具有：电流驱动器、第一开关、第二开关和比较器，其中，所述电流驱动器的输出端与所述第一开关的一个输入端连接，并且所述第二开关的输出端与所述第一开关的另一个输入端连接，并且作用在所述第一开关的输出端上的输出信号提供给所述机电元件和所述比较器的输入端，其中，所述比较器的输出端与所述第一开关的控制输入端连接，以依赖于所述输出信号的电平控制所述第二开关的信号是否作用在所述第一开关的输出端上。

附图说明

在图中：

图1示出了涉及根据现有技术的压电惯性驱动器的示意性控制结构；

图2示出了根据图1的控制结构的根据现有技术的驱动器接口和具有相应信号流的驱动器的详细图；

图3示出了根据现有技术的用于接近待驱动元件的目标位置的作用在机电元件上的电压脉冲的示意图；

图4示出了根据本发明的装置的驱动器接口和驱动器的详细图；

图5示出了根据本发明的方法的用于接近待驱动元件的目标位置的作用在机电元件上的电压脉冲的示意图；

图6示出了用于针对压电惯性驱动器在第一方向(前向方向)上推进1μm时在已知的控制方法和根据本发明的控制方法之间的位置-时间依赖性的比较图示的测量值曲线图；

图7示出了用于针对压电惯性驱动器在第二方向(后向方向)上推进1μm时在已知的控制方法和根据本发明的控制方法之间的位置-时间依赖性的比较图示的测量值曲线图；

图8示出了根据已知的控制方法和根据本发明的控制方法的在步进控制之后的压电惯性驱动器的动态特性的比较图示的测量值曲线图；

图9示出了用于针对压电惯性驱动器在用于到达目标位置的不同速度时的根据本发明的控制方法中的位置-时间依赖性的图示的测量值曲线图；

图10示出了在使用根据本发明的控制方法时待驱动元件随时间推移的速度的图示的曲线图。

具体实施方式

图1以总体方式示出了用于压电惯性驱动器2的控制结构1，该控制结构1先前由本申请人使用并因此可列入现有技术。在这里，驱动器的目标位置被传输到控制器4的伺服单元3，该伺服单元3又与控制器4的驱动器接口5连接。此外，控制器4具有传感器接口6。驱动器接口5向驱动器7传输对应于目标位置的信号，并且与压电惯性驱动器2呈压电致动器形式的机电元件8电连接的驱动器7向机电元件8施加对应于电信号的电荷量，使得该机电元件8完成期望的随时间变化膨胀或收缩。分配给惯性驱动器2的位置传感器9检测其位置，并且相应信号在通过传感器处理单元10预处理之后传输到控制器4的传感器接口6并且在那里提供给伺服单元3，从而依赖于惯性驱动器2与目标位置或名义位置相比的瞬时位置(即实际位置)，伺服单元3要么继续通过驱动器接口5向驱动器7提供电信号，以向机电元件8每驱动步进施加相应电荷量，要么在以预定精度到达目标位置之后不再向驱动器7传输其他电信号。

图2详细示出了根据图1的控制结构的驱动器接口5和驱动器7之间的连接。驱动器接口5一方面将两个电信号11，即脉冲信号和方向信号传输到驱动器7的步进驱动器12，另一方面将电信号13，即模拟电压信号传输到驱动器7的电压驱动器14。步进驱动器12和电压驱动器14将由它们预处理的电信号传输到开关15的相应输入端。同时，在驱动器7的驱动器接口5和开关15之间存在连接，从而驱动器接口5可以依赖于惯性驱动器的相应位置数据通过相应电信号对惯性驱动器的驱动模式产生影响或者可以实现惯性驱动器的驱动模式的转换。然后，通过开关15的输出端向惯性驱动器2的在图2中未示出的机电元件提供相应电压信号，使得该机电元件完成期望的随时间变化膨胀或收缩。

图3示意性地示出了作用在压电致动器上的各个电压脉冲的时间曲线，该压电致动器根据上述方法和现有技术已知的方法来控制。在这里，各个电压脉冲具有相同的斜坡形状，该斜坡形状具有平坦上升沿和陡峭下降沿。只要待驱动元件远离额定位置或目标位置，电压脉冲就如此作用，使得这些电压脉冲在时间上没有中断地彼此跟随。在这里涉及连续步进模式(参见图3的电压-时间曲线图中的前两个电压脉冲)。如果控制器根据位置传感器的信号识别出待驱动元件已到达位于目标位置周围的限定的值窗口内的位置，则控制器导致因此，控制器促使切换到不连续模式，在该不连续模式中在连续电压脉冲之间存在时间间隔，这些连续电压脉冲具有与在连续步进模式中相同的形状。一旦待驱动元件到达其与目标位置的差位于压电致动器的变形范围内的位置，控制器就再次切换，也就是说切换到模拟模式，在该模拟模式中待驱动元件类似地跟随压电致动器的膨胀或变形。压电致动器通过相应电荷施加仅如此远地偏转，直到待驱动元件到达目标位置。

必须为控制器4的驱动器接口5提供大量信息，以实现对惯性驱动器的精确和可靠的调节。这些信息除了惯性驱动器的待驱动元件的实际位置和额定位置之间的差之外，还包括：单个步进的步进值，指定驱动步进的频率，可作用在压电元件8上的最大电压，惯性驱动器的线性操作范围，惯性驱动器的共振频率及其减震特性以及用于选择驱动模式的位置窗口的指定。必须为驱动器7提供指定驱动步进的频率和可作用在压电元件8上的最大电压作为信息。

图4详细示出了根据本发明的装置的根据图1的控制结构的驱动器接口5和驱动器7之间的连接，该连接适用于根据本发明的控制方法。驱动器接口5如此设置，使得其将电信号16传输到电流驱动器18，该电信号16是模拟电流信号。此外，驱动器接口5将电信号17传输到驱动器7的第二开关20，该电信号17是指方向信号。电流驱动器18的输出端和第二开关20的输出端与第一开关19的相应输入端连接，并且通过第一开关19的输出端将限定的充电电流或限定的电荷量提供给惯性驱动器2的压电致动器和比较器21的输入端，其中，比较器21的输出端与第一开关19的控制输入端连接。

比较器21通过其输入端接收第一开关19的输出端的当前电压电平，并且依赖于当前电压电平通过其输出端控制第一开关19，使得第二开关20的信号作用在或不作用在第一开关19的输出端上。依赖于相应期望的驱动方向，第二开关20的输出端引导压电致动器的最大可能正或最大可能负比电压电平。如果当前电压电平接近压电致动器的最大可能正或负电压电平，则通过比较器21将所选信号从第二开关20施加到第一开关19的输出端，从而产生在时间上非常快的可变电压斜坡。在上述意义上的术语“接近”意味着，当前电压电平具有与压电致动器的最大可能正或最大可能负电压电平的最大偏差为20％。

图5示意性地示出了作用在压电致动器上的各个电压脉冲的时间曲线，该压电致动器按照根据本发明的方法来控制。与根据现有技术已知的方法相反，各个电压脉冲没有时间中断地或以非常轻微且可忽略不计的时间差彼此跟随。此外，彼此跟随的电压脉冲在形状上不同，其中，对于各连续电压脉冲，平坦边沿的斜率连续减小，使得脉冲持续时间在各电压脉冲的恒定最大电压下连续变大。

在根据本发明的控制方法中，必须为控制器4的驱动器接口5提供仅致动器专用信息以实现惯性驱动器的精确和可靠控制，并且驱动器仅需要与施加到惯性驱动器的压电元件上的或可作用于该压电元件上的最大电压有关的信息。因此，该实施方式与现有技术中已知的控制方法相比实现起来明显简单。此外，与现有技术相比产生伺服单元和驱动器的连续线性电流输出，而没有由于模式转换或监视时段、即用于监视惯性驱动器的衰减时间的时段引起的不连续性。总之，产生惯性驱动器的明显线性特性。

图6示出了用于针对压电惯性驱动器在已知的控制方法和根据本发明的控制方法之间的位置-时间依赖性的比较图示的测量值曲线图。可以清楚地看出，通过根据本发明的方法可以明显更快地到达惯性驱动器的待驱动元件的目标位置。尤其是原因在于，各个驱动步进之间仅存在极小或可忽略不计的时间差，而在根据现有技术的控制方法中必须在单个驱动步进后等待相对长的时间，直到惯性驱动器的机械系统达到衰减状态为止，然后才能决定在后续步进中应使用哪个模式控制惯性驱动器。

图7同样示出了用于针对压电惯性驱动器在已知驱动方法和根据本发明的驱动方法之间的位置-时间依赖性的比较图示的测量值图，然而这里针对在前一个前向步进之后的后向方向上的驱动步进。再次可以看出，通过根据本发明的控制方法比通过根据现有技术的控制方法明显更快地到达惯性驱动器的待驱动元件的目标位置。

图8示出了另一个测量值曲线图，其一方面示出了根据从现有技术已知的控制方法的步进控制之后的惯性驱动器的特性。在这里可以清楚地看出，在脉冲状驱动移动之后，惯性驱动器系统被激发到需要相对长的衰减时间的不利振动，其中，只有在衰减后才能高精度地确定待驱动元件的当前位置。这意味着，在这样的单个步进之后，只有在等待衰减之后才能开始下一单个步进，由此产生相对缓慢且动态性较差的控制方法。

另一方面，图8的测量值曲线图示出了通过根据本发明的方法控制的惯性驱动器的待驱动元件的位置-时间曲线。在从驱动时段转换到相对移动时段的时刻，仅可以看到位置-时间曲线的轻微干扰，并且在这里不会产生驱动系统的从现有技术已知的且不利的衰减。因此，在单个步进之后，可以在接近目标位置的每个阶段时直接以后续单个步进启动，由此产生非常快速且高度动态的控制方法和相应惯性驱动器。

图9以另一测量值曲线图示出了根据本发明的控制方法的改善可能性，在该另一测量值曲线图中示出了压电惯性驱动器的待驱动元件随时间推移的位置。在对应控制的惯性驱动器中，待驱动元件可以以不同的速度高度动态地和准线性地移动到目标位置。

利用根据本发明的控制方法，还能够以相对简单的方式沿着非线性定位曲线以每单位时间彼此偏离的驱动步长接近待驱动元件的目标位置。根据图10，待驱动元件可以在定位开始时以较低的驱动速度移动，以便以后将驱动速度连续地增加到最大驱动速度，以便在到达目标位置之前连续地降低待驱动元件的驱动速度，以及以便产生具有S形的速度-时间曲线。因此，根据本发明的控制方法或相应装置也适用于迄今为止已经使用其他驱动概念的动态应用。

Claims (7)

1.一种用于机电元件(8)的控制方法，用于定位至少暂时与所述机电元件接触的待驱动元件，其中，在步进模式中电压脉冲作用在所述机电元件(8)上并且其中各电压脉冲具有至少两个时段，

其中，在其中一个所述时段中电压发生平均较慢的随时间变化，并且在所述另一个时段中电压发生平均较快的随时间变化，

并且至少在被限定为驱动时段的所述电压的平均较慢的随时间变化的所述时段的一部分中，通过在驱动方向上膨胀或收缩的所述机电元件(8)与所述待驱动元件之间的静摩擦使所述待驱动元件由所述机电元件(8)带动移动，

并且至少在被限定为相对移动时段的所述电压的平均较快的随时间变化的所述时段的一部分中，通过在与驱动方向相反方向上收缩或膨胀的所述机电元件(8)与所述待驱动元件之间的滑动摩擦而发生所述机电元件(8)和所述待驱动元件之间的相对移动，使得所述待驱动元件使用所述各电压脉冲实施在驱动方向上的离散步进，并且所述方法还包括设置控制器(4)和与所述控制器(4)电连接的驱动器(7)，

其特征在于，所述控制器(4)的驱动器接口(5)将电信号(16)传输到所述驱动器(7)的电流驱动器(18)，其中所述电流驱动器(18)的输出端与第一开关(19)连接并且所述驱动器接口(5)将电信号(17)传输到所述驱动器(7)的第二开关(20)，其中所述驱动器(7)将相应充电电流输出到与所述驱动器(7)电连接的所述机电元件(8)，

其中，所述第二开关(20)的输出端与所述第一开关(19)的相应输入端连接，其中所述第一开关(19)的所述输出端与比较器(21)的输出端连接，所述比较器(21)依赖于当前电压电平通过其输出端控制所述第一开关(19)，使得所述第二开关(20)的信号作用在或不作用在所述第一开关(19)的所述输出端上，

其中，所述控制器依赖于所述待驱动元件的实际位置和目标位置之间的差连续地适配所述电信号(16，17)，并且所述驱动器(7)不依赖于所述控制器(4)而依赖于作用在所述机电元件(8)上的电压进行所述驱动器(7)与所述控制器(4)的电分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器(4)的所述驱动器接口(5)向所述驱动器(7)的所述第二开关(20)传输电信号(17)，所述电信号(17)为方向信号并且确定在所述驱动时段中，施加在所述机电元件上的电压的数值是否随着持续时间的增加而增加或减少。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，紧接着所述步进模式的是模拟模式，在所述模拟模式中，所述机电元件(8)被施加随时间变化连续电压，使得所述机电元件(8)线性跟随电压信号并且所述待驱动元件进行相应连续模拟移动。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从所述控制器(4)传输到所述驱动器(7)的时间连续电流使得所述待驱动元件在其实际位置和其目标位置之间的速度具有限定的时间依赖性，所述限定的时间依赖性具有相应速度-时间曲线。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述速度-时间曲线具有S形。

6.一种用于电致动机电元件(8)的装置(1)，用于定位至少暂时与所述机电元件(8)接触的待驱动元件，其中，所述装置(1)设置成在步进模式中向所述机电元件(8)施加直接连续电压脉冲，其中，所述各电压脉冲具有至少两个时段，

其中，在其中一个所述时段中电压发生平均较慢的随时间变化，并且在所述另一个时段中电压发生平均较快的随时间变化，

其中至少在限定为驱动时段的所述电压的平均较慢的随时间变化的所述时段的一部分中，通过在驱动方向上膨胀或收缩的所述机电元件(8)与所述待驱动元件之间的静摩擦使所述待驱动元件由所述机电元件(8)带动移动，

其中至少在限定为相对移动时段的所述电压的平均较快的随时间变化的所述时段的一部分中，通过在与驱动方向相反方向上收缩或膨胀的所述机电元件(8)与所述待驱动元件之间的滑动摩擦而发生所述机电元件(8)和所述待驱动元件之间的相对移动，使得所述待驱动元件使用所述各电压脉冲实施在驱动方向上的离散步进，并且所述装置包括控制器(4)和与所述控制器(4)电连接的驱动器(7)，

其中，所述控制器(4)的驱动器 接口(5)将电信号传输到所述驱动器(7)的电流驱动器(18)，其中所述电流驱动器(18)的输出端与第一开关(19)连接并且所述驱动器接口(5)将电信号(17)传输到所述驱动器(7)的第二开关(20)，其中所述驱动器(7)将相应充电电流输出到与所述驱动器(7)电连接的所述机电元件(8)，

其中，所述第二开关(20)的输出端与所述第一开关(19)的相应输入端连接，其中所述第一开关(19)的所述输出端与比较器(21)的输出端连接，所述比较器(21)依赖于当前电压电平通过其输出端控制所述第一开关(19)，使得所述第二开关(20)的信号作用在或不作用在所述第一开关(19)的所述输出端上，

并且其中所述控制器(4)设置成，其依赖于所述待驱动元件的实际位置和目标位置之间的差连续地适配所述电信号(16、17)，并且所述驱动器(7)设置成，不依赖于所述控制器(4)而依赖于作用在所述机电元件(8)上的电压进行所述驱动器(7)与所述控制器(4)的电分离。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述驱动器(7)具有：电流驱动器(18)、第一开关(19)、第二开关(20)和比较器(21)，其中，所述电流驱动器(18)的输出端与所述第一开关(19)的一个输入端连接，并且所述第二开关(20)的输出端与所述第一开关(19)的另一个输入端连接，并且所述第一开关(19)的输出端上的输出信号提供给所述机电元件(8)和所述比较器(21)的输入端，其中，依赖于所述输出信号的电平，所述比较器(21)的输出端与所述第一开关(19)的控制输入端连接，以控制所述第二开关(20)的信号是否施加在所述第一开关的输出端上。

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