RU2261520C1 - Piezoelectric displacement motor incorporating control circuit to compensate for piezoid noise - Google Patents

Piezoelectric displacement motor incorporating control circuit to compensate for piezoid noise Download PDF

Info

Publication number
RU2261520C1
RU2261520C1 RU2004113174/09A RU2004113174A RU2261520C1 RU 2261520 C1 RU2261520 C1 RU 2261520C1 RU 2004113174/09 A RU2004113174/09 A RU 2004113174/09A RU 2004113174 A RU2004113174 A RU 2004113174A RU 2261520 C1 RU2261520 C1 RU 2261520C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoid
input
output
signal
noise
Prior art date
Application number
RU2004113174/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Зибров (RU)
В.А. Зибров
И.В. Кокарев (RU)
И.В. Кокарев
кова Е.В. Пол (RU)
Е.В. Полякова
Original Assignee
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС) filed Critical Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС)
Priority to RU2004113174/09A priority Critical patent/RU2261520C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2261520C1 publication Critical patent/RU2261520C1/en

Links

Images

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering, automation, and radio electronics.
SUBSTANCE: proposed piezoelectric displacement motor incorporating control circuit designed to compensate for piezoid noise by suppressing piezoid distortions and stabilizing excitation frequency has main power amplifier connected to piezoid plate, feedback transducer, and correcting device. Novelty is that one of piezoid plates is split into two parts; signal arrives to first part from output of main power amplifier and signal compensating for noise in piezoid structure, to second plate; the latter signal is generated in comparison circuit whose first input is connected to output of feedback transducer whose input is connected to nonsplit plate of piezoid. Source signal is passed through phase shifter to second input of comparison circuit and output signal of the latter compensating for noise in piezoid structure arrives through correcting device to input of additional power amplifier whose output is connected to second part of split plate of piezoid.
EFFECT: enhanced noise immunity of motor due to compensating for piezoid noise.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматики, вычислительной техники и радиоэлектроники. Известны следующие устройства: "следящий привод" [а.с. 2015519 Следящий электропривод / Паромщик И.Е.], "привод перемещения", "следящий электропривод", "двухкоординатный следящий привод" [Пьезоэлектронника. /А.А.Ерофеев, А.Н.Проклин, В.Н.Уланов и др. - М.: Радио и связь, 1994, - 240 с.: ил]. Известный привод перемещения [а.с. 2015519 Следящий электропривод / Паромщик И.Е.] содержит последовательно включенный измеритель рассогласования, предварительный усилитель, первый выпрямитель, первый сумматор, широтно-импульсный модулятор, бесконтактный двигатель постоянного тока, редуктор, выход которого соединен с первым входом измерителя рассогласования, второй вход которого является исходом электропривода и соединен через первый дифференциатор с первым входом первого блока умножителя, второй вход которого соединен с выходом реле реверса и входом фазового управления бесконтактного двигателя постоянного тока, а выход - вторым входом первого сумматора, третий вход которого соединен с выходом второго выпрямителя, выход предварительного усилителя соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен через первый усилитель с выходом второго блока умножения, а выход - с информационным входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом второго блока умножения, с входами первого блока сигнатуры и второго усилителя, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с первым входом второго сумматора, а выход - с входом второго блока сигнатуры, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока сигнатуры, а выход - с входом первого релейного элемента, выход которого соединен со вторым входом второго блока умножения.The invention relates to the field of automation, computer engineering and electronics. The following devices are known: "servo drive" [a.s. 2015519 Tracking electric drive / Ferryman I.E.], "displacement drive", "tracking electric drive", "two-axis tracking drive" [Piezoelectronic. / A.A. Erofeev, A.N. Proklin, V.N. Ulanov et al. - M.: Radio and Communications, 1994, - 240 pp., Ill.]. Known drive movement [a.s. 2015519 Tracking electric drive / Ferryman I.E.] contains a mismatch meter, a preamplifier, a first rectifier, a first adder, a pulse-width modulator, a non-contact DC motor, a gearbox, the output of which is connected to the first input of the mismatch meter, the second input of which is the output of the electric drive and is connected through the first differentiator to the first input of the first block of the multiplier, the second input of which is connected to the output of the reverse relay and the phase control input contactless DC motor, and the output is the second input of the first adder, the third input of which is connected to the output of the second rectifier, the output of the pre-amplifier is connected to the first input of the second adder, the second input of which is connected through the first amplifier to the output of the second multiplication unit, and the output to the information the input of the first integrator, the output of which is connected to the first input of the second block of multiplication, with the inputs of the first block of the signature and the second amplifier, the output of which is connected to the first input of the third sum an atom, the second input of which is connected to the first input of the second adder, and the output - to the input of the second block of the signature, the output of which is connected to the first input of the third block of multiplication, the second input of which is connected to the output of the first block of the signature, and the output - to the input of the first relay element, whose output is connected to the second input of the second multiplication block.

Основным недостатком прототипа является то, что он содержит большое количество управляющих и регулирующих элементов. Использование вышеперечисленных элементов уменьшает устойчивость системы, затрудняет регулирование и управление в целом. Также это приводит к высоким энергетическим затратам и чаще всего не дает желаемого результата и точного позиционирования.The main disadvantage of the prototype is that it contains a large number of control and regulatory elements. The use of the above elements reduces the stability of the system, complicates regulation and control in general. This also leads to high energy costs and most often does not give the desired result and accurate positioning.

Известный привод перемещения [Пьезоэлектронника. /А.А.Ерофеев, А.H.Проклин, В.Н.Уланов и др. - М.: Радио и связь, 1994, - 240с.: ил] содержит задающий генератор (ЗГ), управляющий задающий генератор (УЗГ), четыре формирователя импульсов (Ф1-Ф4), блок вычитания частот (БВЧ), два фазовых детектора (ФД1-ФД2), два корректирующих устройства (КУ1-КУ2), сумматор (С), пороговое устройство (ПУ), переключатель аналоговых сигналов (ПАС), усилитель мощности (УМ) датчик обратной связи (ДОС) и пьезоэлемент, фиг 1.Known drive movement [Piezoelectronic. / A.A. Erofeev, A.N. Proklin, V.N. Ulanov et al. - M .: Radio and communications, 1994, - 240 p.: Silt] contains a master oscillator (ZG), a control master oscillator (UG) , four pulse shapers (F1-F4), a frequency subtraction unit (BHF), two phase detectors (FD1-FD2), two corrective devices (KU1-KU2), an adder (C), a threshold device (PU), an analog signal switch ( PAS), a power amplifier (PA) feedback sensor (DOS) and a piezoelectric element, Fig 1.

Данное техническое решение по своей технической сущности и достигаемому эффекту является наиболее близким к заявляемому предложению и поэтому взято нами в качестве прототипа. Основным недостатком прототипа является то, что он содержит большое количество управляющих и регулирующих элементов. Использование вышеперечисленных элементов уменьшает устойчивость системы, затрудняет регулирование и управление в целом. Также это приводит к высоким энергетическим затратам и чаще всего не дает желаемого результата и точного позиционирования.This technical solution in its technical essence and the achieved effect is the closest to the claimed proposal and therefore we have taken as a prototype. The main disadvantage of the prototype is that it contains a large number of control and regulatory elements. The use of the above elements reduces the stability of the system, complicates regulation and control in general. This also leads to high energy costs and most often does not give the desired result and accurate positioning.

Заявляемое техническое решение свободно от недостатков присущих данному прототипу. Поэтому мы предлагаем устройство, которое содержит меньшее количество элементов, кроме того, в него введена дополнительная цепь обратной связи, что способствует увеличению устойчивости системы и увеличивает помехозащищенность двигателя перемещения. Патентный поиск и сравнение заявляемого технического решения, позволяющего повысить помехозащищенность, с существующими решениями показал, что в известных технических решениях не имеются признаки, схожие с признаками, отличающими заявляемое устройство от прототипа. Цель изобретения - увеличение помехозащищенности двигателя перемещения путем компенсации помех пьезоэлектрического двигателя в структуре пьзоэлемента, одна из обкладок которого разделена на две части.The claimed technical solution is free from the disadvantages inherent in this prototype. Therefore, we offer a device that contains fewer elements, in addition, an additional feedback circuit is introduced into it, which increases the stability of the system and increases the noise immunity of the displacement motor. Patent search and comparison of the claimed technical solution, which allows to increase noise immunity, with existing solutions showed that in the known technical solutions there are no signs similar to those distinguishing the claimed device from the prototype. The purpose of the invention is to increase the noise immunity of the displacement motor by compensating for the interference of the piezoelectric motor in the structure of the piezoelectric element, one of the plates of which is divided into two parts.

Устройство, фиг.2, состоит из основного усилителя мощности 1, к выходу которого подключена разделенная обкладка 2 пьезоэлемента 4, с датчиком обратной связи 5. Для уменьшения помех, возникающих в цепи основного усилителя мощности 1 и пьезоэлемента 4, введена дополнительная цепь управления. Цепь состоит из двухвходовой схемы сравнения 7, к одному из входов которой через фазовращатель 8 подключен вход основного усилителя мощности 1, а к другому - датчик обратной связи 5, вход которого подключен к неразделенной обкладке пьезоэлемента 4. Выход схемы сравнения 7 через корректирующее устройство 9 и дополнительный усилитель 6 соединен с разделенной обкладкой 3 двигателя перемещения 4. Помехи, вызывающие смещения на обкладке 2, корректируются смещением в структуре пьезоэлектрика на разделенной обкладке 3 пьезоэлемента двигателя перемещения 4.The device, figure 2, consists of a main power amplifier 1, the output of which is connected to the split plate 2 of the piezoelectric element 4, with a feedback sensor 5. To reduce the interference arising in the circuit of the main power amplifier 1 and the piezoelectric element 4, an additional control circuit is introduced. The circuit consists of a two-input comparison circuit 7, to one of the inputs of which, through the phase shifter 8, the input of the main power amplifier 1 is connected, and to the other, a feedback sensor 5, the input of which is connected to the undivided cover of the piezoelectric element 4. The output of the comparison circuit 7 through the correction device 9 and additional amplifier 6 is connected to the divided plate 3 of the displacement motor 4. Interference causing displacement on the plate 2 is corrected by the displacement in the structure of the piezoelectric on the divided plate 3 of the piezoelectric element of the displacement motor 4.

На вход датчика обратной связи 5 поступают механические колебания с обкладки пьзоэлемента в зависимости от синусоидального напряжения, поступающего на разделенные обкладки 2 и 3. Датчик преобразует механические колебания в электрический сигнал.The feedback sensor 5 receives mechanical vibrations from the piezoelectric plate, depending on the sinusoidal voltage supplied to the separated plates 2 and 3. The sensor converts the mechanical vibrations into an electrical signal.

Фазовращатель 8 служит для задержки части входного сигнала с напряжением U2, поступающего на второй вход схемы сравнения 7, на время, необходимое для прохождения другой части входного сигнала по цепи: основной усилитель мощности 1, пьезоэлемент 4, датчик обратной связи 5 до поступления его с напряжением U1 на первый вход схемы сравнения 7.Phase shifter 8 serves to delay part of the input signal with voltage U2 supplied to the second input of the comparison circuit 7 by the time required for the other part of the input signal to pass through the circuit: main power amplifier 1, piezoelectric element 4, feedback sensor 5 until it is supplied with voltage U1 to the first input of the comparison circuit 7.

Датчик 5 служит для преобразования колебаний пьезоэлектрического двигателя в напряжение.The sensor 5 is used to convert the oscillations of the piezoelectric motor into voltage.

Корректирующее устройство 9 с коэффициентом передачи α служит для выравнивания в рабочем диапазоне частот суммарной АЧХ цепи из усилителя 6 и пьезоэлектрического двигателя, а также для компенсации сдвига фаз в этой цепи между напряжением сигнала на выходе схемы сравнения 7 и напряжением на выходе усилителя мощности 6.A correcting device 9 with a transmission coefficient α serves to equalize the total frequency response of the circuit from the amplifier 6 and the piezoelectric motor in the operating frequency range, as well as to compensate for the phase shift in this circuit between the signal voltage at the output of the comparison circuit 7 and the voltage at the output of the power amplifier 6.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Напряжение, подаваемое на пьезоэлемент пьезоэлектрического двигателя, вызывает деформации и смещение пьезоэлектрической структуры, которая состоит из двух слагаемых,The voltage applied to the piezoelectric element of the piezoelectric motor causes deformation and displacement of the piezoelectric structure, which consists of two components,

Figure 00000002
Figure 00000002

где ξС - деформация пьезоэлектрика, соответствующая неискаженному сигналу на обкладке пьезоэлектрического двигателя, т.е. сигналу на входе основного усилителя мощности 1;where ξ С is the deformation of the piezoelectric corresponding to the undistorted signal on the plate of the piezoelectric motor, i.e. the signal at the input of the main power amplifier 1;

ξN - деформация пьезоэлектрика, соответствующая искомому сигналу, возникающему в усилителе 1 и пьезоэлелемете пьезоэлектрического двигателя 4.ξ N is the deformation of the piezoelectric corresponding to the desired signal occurring in the amplifier 1 and the piezoelemet of the piezoelectric motor 4.

Напряжение сигнала U1 на выходе датчика обратной связи 5 также представляет суммуThe voltage of the signal U1 at the output of the feedback sensor 5 also represents the sum

Figure 00000003
Figure 00000003

где UC и NN - напряжения, пропорциональные соответственно деформациям и смещениям неискаженного и искаженного сигналов.where U C and N N are stresses proportional to the strains and displacements of undistorted and distorted signals, respectively.

По своему определению напряжение UC пропорционально UВХ By its definition, the voltage U C is proportional to U BX

Figure 00000004
Figure 00000004

где k1 - коэффициент пропорциональности.where k 1 is the coefficient of proportionality.

Тогда из выражений (2) и (3) получаемThen from expressions (2) and (3) we obtain

Figure 00000005
Figure 00000005

Напряжение U1 содержит в себе информацию об искажениях и поступает на один из входов схемы сравнения. Эти искажения возникают, в основном, в усилителе мощности 1 и пьезоэлементе пьезоэлектрического двигателя 4, так как путем коррекции характеристики передачи датчика обратной связи 5 его искажающее действие на сигнал несущественно. На другой вход схемы сравнения 7 поступает сигнал с входа усилителя 1 напряжением U2, задержанный на время прохождения входного сигнала по цепи: усилитель мощности 1, пьезоэлемент пьезоэлектрического двигателя 4, датчик обратной связи 5.Voltage U1 contains distortion information and is supplied to one of the inputs of the comparison circuit. These distortions occur mainly in the power amplifier 1 and the piezoelectric element of the piezoelectric motor 4, since by correcting the transmission characteristics of the feedback sensor 5, its distorting effect on the signal is insignificant. To another input of the comparison circuit 7, a signal is received from the input of amplifier 1 by voltage U2, delayed by the passage of the input signal along the circuit: power amplifier 1, piezoelectric element of the piezoelectric motor 4, feedback sensor 5.

Напряжение U2 связано простым соотношением с входным напряжениемThe voltage U2 is connected by a simple ratio to the input voltage

Figure 00000006
Figure 00000006

где k2 - постоянный коэффициент.where k 2 is a constant coefficient.

В схеме сравнения происходит масштабирование напряжения U2 с множителем γ=k1/k2 инвертированное напряжение U1 и сложение этих двух преобразованных напряжений, т.е. производится их вычитание. Таким образом, напряжение на выходе схемы сравнения U3 имеет видIn the comparison circuit, the voltage U2 is scaled with the factor γ = k 1 / k 2 the inverted voltage U1 and the addition of these two converted voltages, i.e. they are subtracted. Thus, the voltage at the output of the comparison circuit U3 has the form

Figure 00000007
Figure 00000007

Из полученного выражения видно, что U3 представляет собой напряжение сигнала искажений, но с противоположной фазой. Далее этот сигнал проходит через корректирующее устройство 9, усилитель мощности 6 и поступает на разделенную обкладку 3 пьезоэлемента пьезоэлектрического двигателя 4.From the expression obtained, it can be seen that U3 is the voltage of the distortion signal, but with the opposite phase. Further, this signal passes through the correction device 9, the power amplifier 6 and enters the divided lining 3 of the piezoelectric element of the piezoelectric motor 4.

Таким образом, непосредственно в структуре пьезоэлемента пьезоэлектрического двигателя перемещения происходит подавление искажений и стабилизация частоты возбуждения пьезоэлемента.Thus, directly in the structure of the piezoelectric element of the piezoelectric displacement motor, distortion is suppressed and the excitation frequency of the piezoelectric element is stabilized.

Источники информацииSources of information

1. Авт. 2015519. Следящий электропривод / Паромщик И.Е.1. Auth. 2015519. Tracking electric drive / Ferryman I.E.

2. Пьезоэлектронника. /А.А.Ерофеев, А.Н.Проклин, В.Н.Уланов и др. - М.: Радио и связь, 1994, - 240 с.: ил.2. Piezoelectronic. / A.A. Erofeev, A.N. Proklin, V.N. Ulanov et al. - M.: Radio and Communications, 1994, - 240 pp., Ill.

Claims (1)

Пьезоэлектрический двигатель перемещения с цепью управления для компенсации помех в пьезоэлементе, содержащий основной усилитель мощности, подключенный к обкладке пьезоэлемента, датчик обратной связи, корректирующее устройство, отличающийся тем, что одна из обкладок пьезоэлемента разделена на две части, причем на первую часть обкладки сигнал поступает с выхода основного усилителя мощности, а на вторую часть обкладки поступает сигнал, компенсирующий помехи в структуре пьезоэлемента, формирующийся в схеме сравнения, первый вход которой подключен к выходу датчика обратной связи, вход которого подключен к неразделенной обкладке пьезоэлемента, при этом исходный сигнал через фазовращатель поступает на второй вход схемы сравнения, а с выхода схемы сравнения сигнал, компенсирующий помехи в структуре пьезоэлемента, поступает через корректирующее устройство на вход дополнительного усилителя мощности, выход которого подключен ко второй части разделенной обкладки пьезоэлемента.A piezoelectric displacement motor with a control circuit for compensating for interference in the piezoelectric element, comprising a main power amplifier connected to the piezoelectric element lining, a feedback sensor, and a correction device, characterized in that one of the piezoelectric plates is divided into two parts, and the signal comes from the first part of the plate from the output of the main power amplifier, and the second part of the lining receives a signal that compensates for interference in the structure of the piezoelectric element, which is formed in the comparison circuit, the first input of which th is connected to the output of the feedback sensor, the input of which is connected to the undivided piezoelectric element lining, while the initial signal through the phase shifter is fed to the second input of the comparison circuit, and from the output of the comparison circuit the signal compensating for noise in the piezoelectric element structure is fed through the correction device to the input of an additional amplifier power, the output of which is connected to the second part of the divided piezoelectric plate.
RU2004113174/09A 2004-04-28 2004-04-28 Piezoelectric displacement motor incorporating control circuit to compensate for piezoid noise RU2261520C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004113174/09A RU2261520C1 (en) 2004-04-28 2004-04-28 Piezoelectric displacement motor incorporating control circuit to compensate for piezoid noise

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004113174/09A RU2261520C1 (en) 2004-04-28 2004-04-28 Piezoelectric displacement motor incorporating control circuit to compensate for piezoid noise

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2261520C1 true RU2261520C1 (en) 2005-09-27

Family

ID=35850125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004113174/09A RU2261520C1 (en) 2004-04-28 2004-04-28 Piezoelectric displacement motor incorporating control circuit to compensate for piezoid noise

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2261520C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2608842C1 (en) * 2015-09-28 2017-01-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Self-sensitive linear piezoelectric actuator control device
RU2631332C2 (en) * 2015-07-09 2017-09-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") Device and method of self-sensitive ultrasonic motor control

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631332C2 (en) * 2015-07-09 2017-09-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") Device and method of self-sensitive ultrasonic motor control
RU2608842C1 (en) * 2015-09-28 2017-01-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Self-sensitive linear piezoelectric actuator control device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9490734B2 (en) Motor control device and method of controlling the same
US6515388B1 (en) Magnetic levitation control apparatus
US5134397A (en) Phase compensation for electromagnetic resolvers
DE69827039D1 (en) PULSE-REFERRED CONTROL METHOD FOR IMPROVED PERFORMANCE ENHANCEMENT OF A PULSE-MODULATED SIGNAL
KR100454045B1 (en) Angular velocity sensor
IN161960B (en)
JP2009229152A (en) Angular velocity sensor
JP2005345476A (en) Rotation rate sensor by frequency tracking
JP5606282B2 (en) Control circuit for vibration actuator
RU2261520C1 (en) Piezoelectric displacement motor incorporating control circuit to compensate for piezoid noise
EP1058390A3 (en) R/D converter
JP4788656B2 (en) Power test system
WO1997012305A1 (en) Combined motor drive and control device
KR20060017507A (en) Pulse modulator and pulse modulation method
JP2015515839A (en) Pulse generator for audio frequency amplifier and stabilized power supply
EP1058389A3 (en) R/D converter
US7420430B2 (en) Method and arrangement for generating an output clock signal with an adjustable phase relation from a plurality of input clock signals
GB2127637A (en) Improvements in or relating to pulse rebalanced servomechanisms
JP5181123B2 (en) Analog signal digital conversion method
KR910009494A (en) Electric vehicle controller
JP2009257807A (en) Physical quantity measuring device
JPH11178362A (en) Drive device of vibration actuator
JP3832736B2 (en) High resolution A / D converter for low frequency
SU817896A1 (en) Thyratron electric motor
Barbieri et al. Electronic Interfaces for Actuators

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060429

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060429

RZ4A Other changes in the information about an invention