SU913485A1

SU913485A1 - Устройство управления пьезоэлектрическим двигателем

Info

Publication number: SU913485A1
Application number: SU802951907A
Authority: SU
Inventors: Anatolij A Erofeev; Anatolij N Kirsyaev; Dzholdoshbek A Davletaliev
Original assignee: Le Polt I Im M I Kalinina
Priority date: 1980-07-04
Filing date: 1980-07-04
Publication date: 1982-03-15

Description

Изобретение относится к пьезоэлектронике, а именно к устройствам управления пьезоэлектрическими двигателями (ПЭД) и может быть использовано в устройствах различного назначения, где перспективно применение пьезодвигателей, например в устройствах магнитной записи - воспроизведения звука, изображения, информации и т.п.

Известно устройство управления и стабилизации скорости ПЭД, содержащее регуляторы частоты и амплитуды возбуждающего напряжения к блоки, осуществляющие перекрестные связи между частотными и амплитудными каналами управления, а также элементы, выявляющие переход рабочей точки на нерабочий склон резонансной характеристики скорость - частота й обеспечивающие принудительное возвращение ее на рабочий склон этой характеристики I1].

Недостатком этого устройства является его относительная сложность, вызванная необходимостью иметь элементы регулирования как частоты, так и амплитуды возбуждающего напряжения.

10

1-5

20

25

30

Известно также устройство управления пьезоэлектрическим двигателем, содержащее датчик скорости, генератор эталонной частоты, формирователи импульсов, блок вычитания частот, два фазовых детектора, два корректирующих устройства, усилитель мощности, управляемый генератор электрических колебаний, датчик тока возбуждения пьезорезонатора и устройство сравнения, причем датчик скорости через один из формирователей соединен с одним из входов блока вычитания частот, второй вход которого через второй формирователь соединен с генератором эталонной частоты, выход блока вычитания частот через один вход первого фазового детектора соединен с входом первого корректирующего устройства, второй вход первого фазового детектора соединен с выходом второго формирователя, управляемый генератор через усилитель мощности соединен с пьезореэонатором двигателя, выход усилителя мющности через третий формирователь соединен с одним из входов второго фазового детектора, а второй его вход соединен с четвертым формирователем, при этом выход второго фазо3

91.3485

4

вого детектора соединен с одним из" входов устройства сравнения, второй вход которого предназначен для подачи сигнала заданной фазы, а выход устройства сравнения через второе корректирующее устройство соединен .5 со входом управляемого генератора [2].

Недостатком этого устройства является сравнительная его сложность, связанная с необходимостью управлять одновременно амплитудой и Ю частотой возбуждающего напряжения

и вызванное этой причиной повышенное потребление энергии.

Цель изобретения - упрощение устройства и снижение потребляемой энергии.

Цель достигается тем, что устройство управления пьезоэлектрическим двигателем, содержащее датчик скорости, генератор эталонной частоты, четыре формирователя импульсов, блок вычитания частот, два фазовых детектора, два корректирующих устройства, усилитель мощности, управляемый генератор электрических колебаний, датчик тока возбуждения пьезорезонатора и устройство сравнения, причем датчик скорости через один из формирователей соединен с одним из входов блока вычитания частот, второй вход которого через второй формирователь соединен с генератором эталонной частоты, выход'блока вычитания частот через один вход первого фазового детектора соединен с входом первого корректирующего устройства, второй вход первого фазового детектора соединен с выходом второго формирователя, управляемый генератор через усилитель модности соединен е пьезорезонатором двигателя, выход усилителя мощности через третий формирователь соединен с одним из входов второго фазового детектора, а второй его вход соединен с четвертым формирователем, при этом выход второго фазового детектора соединен с одним иэ входов сумматора, на второй вход которого подан сигнал задания фазы, а выход сумматора через второе корректирующее устройство соединен со входом управляемого генератора, оно содержит дополнительно управляемый фазовращатель, причем сигнальный его вход соединен с датчиком тока возбуждения пьезорезонатора,'управляющий вход - с одним из корректирующих устройств, а выход - с входом одного из формирователей импульсов.

15

20

25

30

35

40

45

50

55

На чертеже представлена схема устройства управления, пьезоэлектрическим двигателем.

Устройство содержит пьезодвигатель 1, пьезореэонатор (ПР) которого "Питается от усилителя мощности 2. Вход усилителя мощности подключен

60

65

к управляемому генератору (УТ) 3, частота которого зависит от сигнала, поступающего на его управляющий вход. Последовательно с ПР двигателя включен измерительный резистор К, являющийся датчиком сигнала, пропорционального току ПР. Выход датчика тока подключен к сигнальному входу управляемого фазовращателя 4, выполненного на базе операционного усилителя с использованием полевого транзистора в качестве управляемого сопротивления. Угол сдвига фаз входного и выходного сигналов фазовращателя может регулироваться в пределах 0-180°. Формирователь импульсов 5 преобразует выходной сигнал фазовращателя в последовательность прямюугольных импульсов.Аналогичную функцию выполняет формирователь 6 по отношению к выходному напряжению усилителя 2, т.е. напряжения возбуждения ПР. Выходы формирователей 5 и 6 соединены со входами фазового детектора 7, выполненного, например, на основе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходной сигнал которого пропорционален разности фазовых углов напряжения возбуждения ПР и сигнала с выхода фазовращателя 4. Выход фазового детектора 7 соединен с одним из входов схемы сравнения (сумматора) 8, на второй вход которой подано напряжение, поопорциональное значению разности фазовых углов, соответствующему частоте точки раздела правого и левого склонов характеристики скорость - частота, т.е. частоте максимума характеристики (характеристика скорость - частота имеет выраженную резонансную форму). Выходной сигнал сумматора 8, пропорциональный текущему отклонению фазового угла, от заданного значения (фазовый сигнал ошибки) подан на вход динамического формирователя - корректирующего устройства 9, выход которого соединен с управляющим входом генератора 3.

С валом двигателя связан импульсный датчик обратной связи (датчик скорости) 10, частота выходного напряжения которого пропорциональна скорости вращения пьеэодвигателя. формирователь 11 преобразует сигнал скорости в последовательность прямоугольных импульсов. Аналогичную функцию выполняет формирователь 12 для напряжения генератора эталонной частоты 13 задания скорости. Формирователи 12 и 11 соединены со входами блока вычитания частот 14, выход которого соединен со входом фазового детектора 15, выполненного, например, на базе интегратора с запоминающей емкостью. Выход фазового детектора, выходное напряжение которого пропорционально интегралу отклонения

5

913485

6

ркорости двигателя от задания через корректирующее устройство 16 соединен с управляющим входом фазовращателя 4 .

Устройство работает следующим образом. ,

Пусть в качестве рабочего выбран правый склон характеристики скорость частота пьезодвигателя. Тогда при включении питания УГ 3 через усилитель мощности 2 питает ПР двигателя 1, в результате чего ротор приходит во вращение. Если нагрузочный момент'№4 таков, что скорость двигателя близка к заданной, выходной сигнал сумматора 8, образованный сравнением разности фазовых углов напря- 15 жения возбуждения ПР и сигнала фазовращателя 4 (последний задается корректирующим устройством 16) с напряжением задания, поддерживает через корректирующее устройство 9 частоту 20 генератора 3, соответствующей заданной скорости.

Предположим, что происходит скачкообразное изменение нагрузочного момента до величины М_х7 ЬЦ . При 25

этом изменяется разность углов сдвига фаз тока и напряжения- питания ПР и меняется скорости двигателя. Однако изменение разности углов сдвига фаз тока и напряжения ПР происходит зд со скоростью, определяемой только переходными процессами в ПР, т.е. значительно быстрее появления отклонения скорости, из-за инерционности ротора и.нагрузки. 3$

По этой причине в самом начале переходного процесса, когда скорость и, значит, угол сдвига, вносимой корректирующим устройством 16 через фазовращатель 4, практически еще. АО не успевает измениться, происходит отработка угла сдвига фаз тока и напряжения пьеэореэонатора. При этом фазовый сигнал ошибки на выходе сумматора 8 остается положительным 45 и динамический формирователь - корректирующее устройство 9 увеличивает частоту генератора 3, стремясь сохранить исходное значение угла сдвига фаз тока и напряжения пьезорезо- зд натора. В дальнейшем, в результате появления отклонения скорости от задания, через блоки.10, 11, 14,

15 и 16 начинает изменяться величина угла, вносимого фазовращателем 4.

По окончании переходного процесса устанавливается новое положение рабочей точки на правом склоне рабочей характеристики и соответствующее ему значение частоты и угла сдвига фаз между напряжением и током ПР. 60

Предположим, что в этом положении происходит скачкообразный сброс нагрузки до величины ЛЦ<М₂. При этом фазовый сигнал ошибки стремится к отрицательной величине, а рабочая 65

точка - перейти на нерабочий склон характеристики. В результате этого могла бы нарушиться динамическая устойчивость системы регулирования, так как изменился бы знак фазовращателя, требующийся для компенсации отклонения скорости.

Однако процесс изменения скорости более инерционен по сравнению с процессом изменения фазового угла напряжения и тока ПР. Поэтому’в самом начале переходного процесса, когда скорость практически равна заданной, под воздействием отрицательного фазового сигнала ошибки и корректирующее устройство 9 формирует сигнал, увеличивающий рабочую частоту. Так как угол сдвига фаз, вносимой фазовращателем 4, еще не успевает измениться, происходит обработка угла сдвига фаз тока и напряжения ПР, в результате которой этот угол стремится сохранить исходное значение, а рабочая точка перейти на рабочий склон характеристики. В дальнейшем, когда корректирующее устройство 16 начинает воздействовать на фазовращатель 4, фазовый сигнал ошибки уже положителен. По этой причине динамическая устойчивость система сохраняется и отработка отклонения скорости от задания происходит как и в случае увеличения нагрузочного момента двигателя.

По сравнению с известным данное устройство обеспечивает стабильное скорости пьеэодвигателя на уровне 0,1% для средней и 0,01% для мгновенной скорости в диапазоне нагрузочных моментов от М_ххдо примерно упрощает управление и снижает потребляемую энергию в результате отказа от управления амплитудой напряжения возбуждения, а также улучшает качество переходного процесса, как результат использования фазового способа управления скоростью.

Claims

Формула изобретения

Устройство управления пьезоэлектрическим двигателем, содержащее датчик скорости, генератор эталонной частоты, четыре формирователя импульсов, блок вычитания частот, два фазовых детектора, два корректирующих устройства, усилитель мощности, управляемый генератор электрических колебаний, датчик тока возбуждения пьезорезонатора и устройство сравнения, причем датчик скорости через один из формирователей соединен с одним из входов блока вычитания частот, второй вход которого через второй формирователь соединен с генератором эталонной частоты, выход

7

913485

8

блока вычитания частот через один вход первого фазового детектора соединен с входом первого корректирующего устройства, второй вход первого фазового детектора соединен с выходом второго формирователя, управляемый генератор через усилитепь мощности соединен с пьезореэонатором двигателя, выход усилителя мощности через третий формирователь соединен с одним из входов второго фазового детектора, а второй его вход соединен с четвертым формирователем, при этом выход второго фазового детектора соединен с одним из входов устройства сравнения, второй вход которого предназначен для подачи сигнала заданной фазы, а выход устройства сравнения через второе корректирующее устройство соединен

со входом управляемого генератора, отличающееся тем, что,

'с целью упрощения устройства и снижения потребляемой энергии, оно содержит дополнительно управляемый фазовращатель, причем сигнальный его вход соединен с датчиком тока возбуждения пьезореэонатора, управляющий вход - со вторым корректирующим устройством,а выход - со входом чет10 вертого формирователя импульсов.