<p>Изобретение относится к пьезоэлектронике, а именно к способам управления пьезоэлектрическими двигателями (ПЭД) и может быть использовано в установках различного назначения, где перспективно применение пьезодвигателей, например в устройствах магнитной записи - воспроизведения звука, изображения, цифровой информации и т.п.</p>
<p>Известен способ управления и стабилизации скорости ПЭД, обеспечивающий взаимосвязанное воздействие на частоту и амплитуду напряжения возбуждения ПЭД, так что воздействие на частоту опережает воздействие на .амплитуду. Возникающая при этом опасность нарушения работы системы при переходе рабочей точки на противоположный (нерабочий) склон резонансной характеристики скорость частота предотвращается тем, что производится выявление таких переходов посредством измерения отклонения скорости за допустимые пределы и принудительное возвращение рабочей точки на рабочий склон характеристики [1].</p>
<p>Недостатком этого способа является необходимость тщательного</p>
<p>2</p>
<p>подбора параметров корректирующих устройств, осуществляющих перекрестные связи млежду каналами, управляю5 щими частотой и амплитудой напряжения возбуждения, с целью обеспечения устойчивости и приемлемого качества переходного процесса.</p>
<p>Кроме того этот способ характери10 зуется сложностью системы управления, вызванной необходимостью иметь элементы регулировки как частоты, так и амплитуды возбуждающего напряжения, а также элементы, осуществляющие перекрестные связи между</p>
<p>.частотным и амплитудным каналамш регулировани я.</p>
<p>Наиболее близким к изобретению является способ управления пьезо<sub>п</sub> электрическим двигателем, вкл.ючающий возбуждение двигателя на рабочей частоте, близкой к резонансной, и воздействие на параметры питания при отклонении скорости двигателя от заданной. Суть этого·способа</p>
<p>25 сводится к воздействию регулятора на амплитуду напряжения возбуждения ПЭД при автостабилиэации частоты возбуждения вблизи резонанса характеристик скорость - частота по30 средством отработки фазового сигнала</p>
<p>3</p>
<p>913484</p>
<p>4</p>
<p>сшибки, пропорционального величине отклонения угла сдвига фаз напряжения и тока возбуждения от заданного, значения, соответствующего резонансной частоте [2].</p>
<p>Недостатком этого способа является сравнительная сложность его реализации в системах, связанная с необходимостью управлять одновременно амплитудой и частотой возбуждающего напряжения, а также в ряде случаев пониженное качество управления (при длительных сильнодействующих возмущениях в системе).</p>
<p>Целью изобретения является упрощение способа и' повышение качества управления.</p>
<p>Цель достигается тем, что согласно способу управления пьезоэлектрическим двигателем, включающему возбуждение двигателя на рабочей частоте, близкой к резонансной, и воздействие на параметры питания при отклонении скорости двигателя от заданной, формируют сигнал ошибки по скорости, с помощью этого сигнала управляют фазовым углом тока питания пьезорезонатора двигателя? измеряют угол сдвига фаз напряжения питания пьезорезонатора и сигнала, сформированного в процессе управления фазовым углом тока, формируют фазовый сигнал ошибки, пропорциональный отклонению измеренного угла от заданного -значени я, соответствующего частоте, разделяющей рабочий и нерабочий участки характеристики скорость - частота двигателя, и сформированным сигналом измеряют рабочую частоту в сторону компенсации сигнала ошибки.</p>
<p>На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ? на фиг. 2 - характеристики, иллюстрирующие его работу и представляющие зависимости тока возбуждения Ιθ, угла сдвига фаз ΔΨ напряжения и тока возбуждения, а также скорости η пьезодвигателя от частоты, снятые для ряда фиксированных значений момента нагрузки М и амплитуды А напряжения питания.Характеристики ΔΨ = Р{£) пересекают, ось абсцисс на частотах резонанса £<sub>р</sub>ц характеристик ток возбуждения - частота. Линия АЧр.<sub>с</sub>есть геометрическое</p>
<p>место точек на фазовых характеристиках, соответствующих резонансным частотам £<sub>рс</sub> характеристик скорость частота.</p>
<p>Устройство содержит пьезодвигатель 1, пьезорезонатор (ПР) которого питается от усилителя мощности 2. Вход усилителя мощности подключен к (управляемому генератору (УГ) 3. Сиг*нал υ$·, подаваемый на управляющий вход УГ, позволяет перестраивать</p>
<p>его частоту на величину, достаточную, чтобы сделать возможной установку рабочей частоты двигателя в заданном диапазоне изменения нагрузочных моментов и амплитуд напряже5 ния возбуждения. Последовательно с ПР двигателя включен измерительный резистор К, являющийся датчиком сигнала, пропорционального току ПР. Этот сигнал через фазовращатель 4 Ю поступает на один из входов фазового детектора (ФД). 5, выполненного, цапример, на основе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. К другому входу ФД подключено выходное напря,5 жение усилителя мощности 2, т.е. напряжение возбуждения ПР. Выходной сигнал ФД, пропорциональный разности фазовых углов напряжения возбуждения ПР и выходного напряжения фазовраща20 !теля 4, воздействует на один из входов схемы сравнения (сумматора) 6, на другой вход которого подается напряжение, пропорциональное, значению разности фазовых углов , соответ25 ствующей точке раздела правого и левого склонов характеристик скорость - частота. На выходе схемы сравнения 6 формируется сигнал, пропорциональный текущему отклонению 50 фазового угла от заданного значения (фазовый сигнал ошибки). Этот сигнал преобразуется в управляющий динамическим формирователем - корректирующим устройством 7, выход которого соединен с управляющим входом генератора УГ 3. С валом пьезодвигателя 1 связан датчик обратной связи (датчик скорости) 8, выходной сигнал которого (частота или напряжение) пропорционален частоте вращения пье40 зодвигателя. Выход датчика обратной связи 8 воздействует на один из входов сравнивающего устройства 9, на другой вход которого подается эталонный сигнал задания скорости п<sub>}</sub></p>
<p>45 (частота или напряжение). На выходе сравнивающего устройства 9 формируется сигнал, пропорциональный отклонению текущей частоты вращения пьёзодвигателя от задания. Этот сигнал,</p>
<p>50 в свою очередь, через динамический формирователь - корректирующее устройство 10 воздействует на управляющий вход фазовращателя 4.</p>
<p>Способ реализуется следующим об55 разом.</p>
<p>Пусть в качестве рабочего выбран правый склон характеристик - скорость - частота ПЭД. Предположим,</p>
<p>что в исходном ;состоянии нагрузоч-_</p>
<p>ный момент равен М<sub>4</sub>, а рабочая точка находится в положении 11.1 (фиг.2). Скорость двигателе близка к п<sub>э</sub>, а на выходе корректирующего устройства - динамического формирователя 7 формируется сигнал, поддерживающий рабочую частоту , соответствующую</p>
<p>5</p>
<p>913484</p>
<p>6</p>
<p>скорости п<sub>3</sub> (фиг. 2). Выходной сигнал фазового детектора 5 пропорционален величине ΔΨιρ.Β-ι +йУ, где ΔΨ сдвиг фаз напряжения и тока пьезорезонатора двигателя; Δψφ.<sub>β1</sub> - дополнительный сдвиг фазового угла 5 рабочего тока, вносимый фазовращателем 4.' Так как коэффициент усиления корректирующего устройства 7 достаточно велик, то При этом, под действием сигнала сравнивающего устройства 9 и динамического формирователя корректирующего устройства 10 фазовращатель 4 создает такую величину что</p>
<p>дф/фиг. 2), т.е. сдвиг /фазовых углов тока и напряжения питания пьезорезонатора двигателя соответствует требуемому значению £, рабочей частоты. Амплитуда напряжения возбуждения не регулируется и определяется параметрами генератора 3 и усилителя мощности 2, сохраняя примерно постоянное значение А^.</p>
<p>Пусть имеет место скачкообразное изменение нагрузочного момента до значения . Непосредственно</p>
<p>после этого скачкообразного изменения момента фазовый сигнал ошибки (сигнал на выходе схемы б) стремится к положительной величине</p>
<p>а рабочая точка - в положение 1/2. Под воздействием положительного фазового сигнала ошибки динамический формирователь корректирующее устройство 7 формирует сигнал, стремящийся уменьшить рабочую частоту. Изменение разности углов сдвига фаз тока и напряжения питания пьеэорезонатора происходит чсо скоростью, определяемой только переходными процессами в пьезорезонаторе, т.е. значительно быстрее появления отклонения скорости, связанного, кроме того, с инерционностями ротора и нагрузки. По этой причине в самом начале переходного процесса, когда скорость и значит, угол сдвига, вносимый фазовращателем 4, практически еще не успевают измениться, происходит отработка угла сдвига фаз тока и напряжения пьезорезонатора до величины <sub>м (</sub></p>
<p>т.е. этот угол стремится сохранить исходное значение , а рабочая точка перейти в положение 11.3'</p>
<p>(фиг. 2). В дальнейшем, в результате появления отклонения скорости от задания, начинает изменяться величина угла Δ*ίφ.Β , вносимого фазовращателем. Фазовращатель выполнен таким Образом, ЧТО 0 < < Δψφ.βνηαχ- <sup>πθ</sup></p>
<p>этой причине при любых изменениях</p>
<p>10</p>
<p>15</p>
<p>25</p>
<p>55</p>
<p>60</p>
<p>Δψ<sub>φ в</sub> величина сдвига фазовых углов тока и напряжения пьезорезонатора</p>
<p>остается меньше Δψ^, а значит рабочая точка всегда находится на рабочих склонах соответствующих характе- 65</p>
<p>20</p>
<p>30</p>
<p>35</p>
<p>40</p>
<p>45</p>
<p>50</p>
<p>ристик скорость - частота, что обеспечивает сохранение динамической устойчивости, систеъы регулирования. В результате по окончании переходного процесса устанавливается новое положение 12.1 рабочей точки ’и соответствующие ему значения рабочей частоты £<sub>ζ</sub> <sup>и</sup> Угла сдвига фаз дЧ’г между напряжением и током питания пьеэорезонатора (фиг. 2) , а угол Δ4φβ принимает значение ΔΨ^^δ^-δ^.</p>
<p>•</p>
<p>Предположим, что в исходном состоянии рабочая точка находится в положении 12.1 и происходит скачкообразный сброс нагрузки до величины</p>
<p>. Непосредственно после сброса (нагрузки фазовый сигнал ошибки стре-: мится к отрицательной величине -ΔΊ, а рабочая. точка - в положение 12.2, т.е.</p>
<p>|на нерабочем склоне характеристики скорость - частота. В результате этого могла бы нарушиться динамическая устойчивость системы регулирования, так как изменился бы знак Δψφθ , требуемый для компенсации отклонения скорости. Однако процесс изменения скорости значительно более инерционен по сравнению с процессами изменения фазовых углов напряжения и тока питания ПР. Поэтому в самом начале переходного процесса, когда скорость практически равна п<sub>3</sub>, под воздействием отрицательного фазового сигнала ошибки динамический формирователь - корректирующее устройство 7 формирует сигнал, увеличивающий рабочую частоту. Так как угол сдвига, вносимый фазовращателем, еще не успевает Измениться, происходит отработка угла сдвига фаз тока и напряжения пьеэорезонатора до величины.Δ4-ΔΊί-Δ4<sup>,<sub></sup><ρ</sub>,<sub>1 </sub>т.'е. этот угол'стремится сохранить исходное значение ΔΨα, а рабочая точка перейти в положение 12.3, находящееся на рабочем склоне соответствующей характеристики скорость частота. По этой причине динамическая устойчивость системы сохраняется, и отработка отклонений скорости от задания происходит как и в случае увеличения нагрузочного-момента двигателя.</p>
<p>Таким образом, описанная совокупность операций способа обеспечивает упрощение управления и улучшение его качества при более простой его реализации в системе.</p>
<p>По сравнению с известным данный способ обеспечивает стабильность скорости пьезодвигателя на уровне 0,1% для средней и 0,01% для мгновенной скорости в диапазоне нагрузочных компонентов от М>.кдо пример913484</p>
<p>но Μ<sub>κ</sub>, уменьшает требования к точности измерения скорости на (20 30%), упрощает управление в результате отказа от управления амплитудой напряжения возбуждения, улучшает качество переходного процесса как результат использования фазового способа управления скоростью, улучшает качество переходного процесса и упрощает управление в результате отказа от переключений контуров в 1 процессе управления, а также несколько увеличивает КПД системы в результате отказа от управления амплитудой напряжения возбуждения.</p>
<p>Использование устройства, реали- 1 эующего предлагаемый способ, позволяет применить пьеэодвигатель в качестве быстродействующего привода в установках разнообразного назначения магнитной записи - воспроизведе- ния, что позволяет снизить их стоимость, уменьшить габариты, повысить качество записи - воспроизведения, увеличить надежность.</p>