超声波电动机的控制方法和相应的控制机构技术

本发明专利技术涉及一种超声波电动机的控制方法，具有以下步骤：从从动元件的开始速度或开始位置出发，如此设定电力激励电压的频率fu，使得该频率fu等于或接近超声波致动器的机械谐振频率frm；使用速度传感器和/或位置传感器的信号将电力激励电压的频率fu变更为超声波致动器的反谐振频率fa，直到达到从动元件的结束速度或结束位置为止；借助反相频率变更以预定精度调节从动元件的结束速度或结束位置。本发明专利技术还提供一种用于超声波电动机的控制装置，超声波电动机包括：具有至少两个声波用发电机(3、4)的超声波致动器(1)、从动元件(10)以及用于电力激励电压的发电机，其中，用于电力激励电压的发电机具有频率跟踪器，该频率跟踪器的输出端与功率放大器连接，并且该频率跟踪器的输入端与用于从动元件的移动速度或位置的调节器连接。

The control method of ultrasonic motor and the corresponding control mechanism

The invention relates to a control method of the ultrasonic motor, which comprises the following steps: starting from the starting speed of the driven element or the start position, so set the power frequency of Fu excitation voltage, the mechanical resonance frequency of the frm so that the frequency of Fu is equal or close to the ultrasonic actuator; speed sensor signal and / or position sensor frequency Fu power the excitation voltage change for ultrasonic actuator the anti resonant frequency of FA, so far until it reaches the driven element end speed or end position; by inverting frequency change regulation of the driven element at a predetermined speed or accuracy of the end of the end position. The invention also provides a control device for ultrasonic motor, the ultrasonic motor includes at least two acoustic generators (3, 4) of the ultrasonic actuator (1), (10) and the power driven element excitation voltage generator for the power for excitation voltage generator with frequency tracker, is connected with the output at the end of the power amplifier and the frequency tracker, and the input end of the frequency tracker and regulator for connection of the driven member moving speed or position.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声波电动机的控制方法和相应的控制机构
本专利技术涉及一种超声波电动机的控制方法和相应的控制机构。根据本专利技术的方法和相应的控制机构被提供用于超声波电动机或其应用，其中要求在移动速度极低时的精确移动速度和高定位精度。本专利技术可以在显微镜载物台或调整台、光学和激光聚焦系统的领域中，通常在定位系统领域中得到相应的应用。
技术介绍
超声波电动机的控制方法和控制机构是已知的(例如EP2095441B1，US8604665B2)，其中超声波电动机的超声波致动器以其机械谐振频率进行工作，并且在该机械谐振频率时通过变更激励电压的振幅进行速度控制或位置控制。这种已知的方法和相应的控制机构的缺点在于，在机械谐振频率时超声波电动机的超声波致动器的机械电感Lm的电阻由其机械电容的电阻Cm来补偿。这从超声波致动器的机械谐振的物理定义得出。在这种补偿时，摩擦触点的机械电阻的变更、从动装置的反作用或者由致动器的保持产生的反作用对于超声波电动机的移动速度的稳定性和定位精度来说是不稳定的主要因素。这在移动速度低(10...1μm/s)和极低(0.1...10μm/s)时特别明显。在超声波电动机的从动元件的移动速度低时，摩擦触点的机械电阻的波动可以达到围绕平均值波动+/-(10...50)％的值。该波动对移动速度的波动以及相应地对定位精度都直接产生影响。速度的波动可以取+/-(10...50)％范围内的值，并且定位精度为+/-0.1μm。为了实现移动速度的最大稳定性和最大定位精度，尝试减少摩擦触点的机械电阻的变更。这是通过对超声波电动机的摩擦轨进行精密加工以及通过借助研磨和抛光对超声波致动器的摩擦元件进行精密加工来完成的。由于不仅摩擦轨而且摩擦元件都是由极硬的材料制成，因而这使得超声波电动机的制造技术变得非常复杂并且使其更昂贵。由此，配备有超声波电动机且内置于具有低和极低的移动速度的设备中的高精度驱动系统也变得更复杂和更昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超声波电动机的控制方法和一种超声波电动机的控制机构，使用所述控制方法和所述控制机构实现了特别是在移动速度低和极低时的超声波电动机的从动元件的移动速度的更高稳定性或更大恒定性以及更高定位精度。该目的是使用独立权利要求的特征来达到的。在各自从属于该独立权利要求的从属权利要求中给出了进一步的实施方式。根据本专利技术，提供了一种用于使用速度传感器和/或位置传感器的信号来控制超声波电动机的从动元件的移动速度或位置的方法，其中，所述超声波电动机包括超声波致动器，所述超声波致动器具有至少两个声波用发电机，其中，或是所述发电机中的一方、或是所述发电机中的双方被施加电力激励电压。根据本专利技术的方法特别是具有以下步骤：－从所述从动元件的开始速度或开始位置出发，如此设定所述电力激励电压的频率fu，使得该频率fu等于或接近所述超声波致动器的机械谐振频率frm；－使用所述速度传感器和/或位置传感器的信号将所述电力激励电压的频率fu变更为所述超声波致动器的反谐振频率fa，直到达到所述从动元件的结束速度或结束位置为止；－借助反相频率变更以预定精度调节所述从动元件的所述结束速度或所述结束位置。按照根据本专利技术的方法的一实施方式规定，在达到所述从动元件的所述结束速度或所述结束位置时附加地控制所述从动元件的速度或位置，或者借助振幅调节器设定激励所述第一或第二声波用发电机中的一方的电压。按照根据本专利技术的方法的一实施方式规定，所述电力激励电压的频率fu由独立发电机预先给定。替代于此还可以规定，使用自激励振荡器来产生所述电力激励电压的频率fu，所述自激励振荡器的频率发生元件是用于所述超声波致动器的机械变形的传感器。此时还可以规定，通过对所述自激励振荡器的相移元件内的相移量值施加影响来变更所述电力激励电压的频率fu。按照根据本专利技术的方法的一实施方式规定，所述自激励振荡器根据频率比例控制原理进行工作。按照根据本专利技术的方法的一实施方式规定，用于所述从动元件的速度和/或位置的调节器根据PID频率调节原理进行工作。在所述方法的一实施方式中，其中，通过对所述自激励振荡器的相移元件内的相移量值施加影响来变更所述激励电压的频率fu，可以规定，使用电压作为用于所述超声波致动器的机械变形的所述传感器的信号，所述电压由非电力激励的声波用发电机产生，或者由布置在所述超声波致动器上的附加电极产生，或者由布置在所述超声波致动器上的附加压电元件产生。按照根据本专利技术的方法的一实施方式规定，对所述声波用发电机中的各方施加相同频率的电力激励电压。此时可以规定，在对所述发电机施加的所述激励电压之间存在以0至+/-180°范围内的任意角度的相移，并且相移角优选为+/-90°。替代于此可以规定，使用振幅调节器来调节对所述声波用发电机中的一方施加的所述激励电压的振幅。根据本专利技术的另一方面提供了一种方法，其中，其特征还可以代替上述实施方式中的一个或多个的特征，并且其中，提供了一种用于将超声波电动机的从动元件从第一设定状态控制到第二设定状态的方法，并且所述方法具有以下步骤：(a)在所述从动元件的所述第一设定状态中，将具有频率fu的第一电压U1设定到第一发电机上，所述频率fu等于所述第一发电机的机械谐振频率或者接近所述第一发电机的机械谐振频率；(b)在所述超声波致动器的总电流Iu减小的方向上变更所述第一电压U1的所述频率fu，直到到达所述从动元件的所述第二设定状态为止；以及(c)在确定所述从动元件已达到所述第二设定状态之后，通过调节回路稳定保持所述从动元件的所述第二设定状态，在所述调节回路中，通过变更以下措施中的一方或双方来减小瞬时设定状态与所述第二设定状态的检测偏差：(c1)相对于第二电压U2的频率变更所述第一电压U1的频率；(c2)相对于所述第二电压U2的振幅变更所述第一电压U1的振幅。在这些方法步骤中可以规定，在所述步骤(a)中，所述第二电压U2是恒定的，或者设定具有与所述第一电压U1相同的所述振幅和所述频率fu的所述第二电压U2。此外，在这些方法步骤中还可以规定，所述设定状态包含所述从动元件的速度或设定位置、或者所述从动元件的不仅速度而且设定位置。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于超声波电动机的控制机构，所述超声波电动机包括：具有至少两个声波用发电机的超声波致动器、从动元件以及用于电力激励电压的独立发电机，其中，用于电力激励电压的所述独立发电机具有频率跟踪器，所述频率跟踪器的输出端与功率放大器连接，并且所述频率跟踪器的输入端与用于所述从动元件的移动速度或位置的调节器连接。根据本专利技术，所述超声波致动器可以特别具有超声波致动器和从动元件，所述超声波致动器具有：由用于产生声波的各至少两个发电机构成的至少一组；与所述两个发电机连接的电力激励装置，用于将第一电压U1和第二电压U2施加到所述发电机中的各一方；摩擦元件，设置在各一组发电机中的两个发电机之间并且与这种各一组中的两个发电机中的各方耦合，以便通过各发电机组中的两个发电机控制摩擦元件的移动，所述从动元件贴附在所述摩擦元件上，以便由其驱动。根据所述控制机构的一实施方式可以规定，所述控制机构附加地包括所述电力激励电压的振幅调节器，所述振幅调节器的输入端与用于所述从动元件的移动速度或位置的所述调节器连接。根据所述控制机构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用速度传感器和/或位置传感器(13)的信号来控制超声波电动机(M)的从动元件(10)的移动速度或位置的方法，其中，所述超声波电动机(M)包括超声波致动器(1)，所述超声波致动器(1)具有至少第一和第二声波用发电机(3、4)，并且或是所述发电机(3、4)中的一方、或是所述发电机(3、4)中的双方被施加电力激励电压，所述方法包括以下步骤：－从所述从动元件(10)的开始速度或开始位置出发，如此设定所述电力激励电压的频率fu，使得该频率fu等于或接近所述超声波致动器(1)的机械谐振频率frm；－使用所述速度传感器和/或位置传感器(13)的信号将所述电力激励电压的频率fu变更为所述超声波致动器的反谐振频率fa，直到达到所述从动元件(10)的结束速度或结束位置为止；－借助反相频率变更以预定精度调节所述从动元件(10)的所述结束速度或所述结束位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.31 DE 102015004208.41.一种用于使用速度传感器和/或位置传感器(13)的信号来控制超声波电动机(M)的从动元件(10)的移动速度或位置的方法，其中，所述超声波电动机(M)包括超声波致动器(1)，所述超声波致动器(1)具有至少第一和第二声波用发电机(3、4)，并且或是所述发电机(3、4)中的一方、或是所述发电机(3、4)中的双方被施加电力激励电压，所述方法包括以下步骤：－从所述从动元件(10)的开始速度或开始位置出发，如此设定所述电力激励电压的频率fu，使得该频率fu等于或接近所述超声波致动器(1)的机械谐振频率frm；－使用所述速度传感器和/或位置传感器(13)的信号将所述电力激励电压的频率fu变更为所述超声波致动器的反谐振频率fa，直到达到所述从动元件(10)的结束速度或结束位置为止；－借助反相频率变更以预定精度调节所述从动元件(10)的所述结束速度或所述结束位置。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在达到所述从动元件(10)的所述结束速度或所述结束位置时附加地控制所述从动元件(10)的速度或位置，或者借助振幅调节器(45)设定激励所述声波用发电机(3、4)中的一方的电压。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电力激励电压的频率fu由独立发电机(35)预先给定。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用自激励振荡器来产生所述电力激励电压的频率fu，所述自激励振荡器的频率发生元件是用于所述超声波致动器(1)的机械变形的传感器。5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过对所述自激励振荡器的相移元件内的相移量值施加影响来变更所述电力激励电压的频率fu。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述自激励振荡器根据频率比例控制原理进行工作。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于所述从动元件(10)的速度和/或位置的调节器(38)根据PID频率调节原理进行工作。8.根据权利要求4所述的方法，其中，使用电压作为用于所述超声波致动器(1)的机械变形的所述传感器的信号，所述电压由非电力激励的第一或第二声波用发电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦拉迪米尔·维施纽斯基，阿列克谢·维施纽斯基，
申请(专利权)人：物理仪器PI两合有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE