具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源制造技术

本发明专利技术涉及一种具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源，包括直流稳压模块、迟滞补偿模块、功率放大模块和位移检测模块，直流稳压模块分别为功率放大模块和迟滞补偿模块提供直流电压；所述迟滞补偿模块用于补偿压电陶瓷的迟滞非线性，迟滞补偿模块的输入端和输出端之间设置有切换开关，当第一次使用或更换不同型号压电陶瓷片时切换开关闭合，迟滞补偿模块被短路；所述功率放大模块对迟滞补偿模块的输出信号进行电压和功率放大；所述位移检测模块仅在第一次测量或更换不同型号压电陶瓷片时启用，用于测量响应位移并保存到迟滞补偿模块。本发明专利技术引入了迟滞补偿模块，能大大减小迟滞现象对控制精度的影响，具有结构简单、稳定性高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电陶瓷驱动电源技术，特别是一种带迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源。
技术介绍
压电陶瓷利用逆压电效应原理工作，具有纳米级分辨率、响应速度快、噪声小、发热少、体积小等优点，在微电子技术、微机电系统、光学精密工程、纳米工程等领域具有广泛的应用前景。在超精密定位中，需要达到微米级甚至纳米级定位精度，但由于压电驱动器本身存在迟滞现象，使得输入电压与输出位移存在非线性关系，大大影响了定位和控制精度。目前的压电陶瓷驱动电源直接对输入电压进行线性放大，无法解决压电陶瓷的迟滞现象对控制精度的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源。实现本专利技术目的的技术方案为：一种具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源，包括直流稳压模块、迟滞补偿模块、功率放大模块和位移检测模块，所述迟滞补偿模块的输入端接输入电压，输出端与功率放大模块的输入端连接，所述功率放大模块的输出端与压电陶瓷的输入端连接，所述压电陶瓷的输出端与位移检测模块的输入端连接，位移检测模块的输出端与迟滞补偿模块连接；所述直流稳压模块分别为功率放大模块和迟滞补偿模块提供直流电压；所述迟滞补偿模块用于补偿压电陶瓷的迟滞非线性，迟滞补偿模块的输入端和输出端之间设置有切换开关，当第一次使用或更换不同型号压电陶瓷片时切换开关闭合，迟滞补偿模块被短路；所述功率放大模块对迟滞补偿模块的输出信号进行电压和功率放大；所述位移检测模块仅在第一次测量或更换不同型号压电陶瓷片时启用，用于测量响应位移并保存到迟滞补偿模块。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：(1)本专利技术引入了迟滞补偿模块，同以往的压电陶瓷驱动电源相比，驱动电源具有补偿压电驱动器迟滞非线性的功能，使得输入电压与输出位移线性化，能大大减小迟滞现象对控制精度的影响；(2)本专利技术可以对现有压电陶瓷驱动电源进行改进，无需重新设计，仅需要增加迟滞补偿模块；(3)针对不同型号的压电陶瓷片，只需要在第一次使用时，接入位移检测模块；(4)本专利技术将直流稳压模块、功率放大模块、迟滞补偿模块和位移检测模块进行封装，作为一个整体直接对压电驱动器进行驱动，能有效降低环境因素的影响。附图说明图1为本专利技术测量迟滞曲线的压电陶瓷驱动电源结构图。图2为本专利技术具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源结构图。图3为本专利技术迟滞补偿功能实现流程图。图4(a)为期望位移与输出电压的迟滞图，图4(b)为输入电压与响应位移的迟滞图，图4(c)为补偿后的迟滞图，图4(d)为逆模型开环补偿原理图。图5(a)为基于Preisach逆模型的开环控制前的迟滞曲线图，图5(b)为基于Preisach逆模型的开环控制后的迟滞曲线图。具体实施方式下面结合附图1-5对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。结合图1、图2，本专利技术的一种具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源，包括直流稳压模块、迟滞补偿模块、功率放大模块和位移检测模块，所述迟滞补偿模块的输入端接输入电压，输出端与功率放大模块的输入端连接，所述功率放大模块的输出端与压电陶瓷的输入端连接，所述压电陶瓷的输出端与位移检测模块的输入端连接，位移检测模块的输出端与迟滞补偿模块连接；所述直流稳压模块分别为功率放大模块和迟滞补偿模块提供直流电压；所述迟滞补偿模块用于补偿压电陶瓷的迟滞非线性，迟滞补偿模块的输入端和输出端之间设置有切换开关，当第一次使用或更换不同型号压电陶瓷片时切换开关闭合，迟滞补偿模块被短路；所述功率放大模块对迟滞补偿模块的输出信号进行电压和功率放大；所述位移检测模块仅在第一次测量或更换不同型号压电陶瓷片时启用，用于测量响应位移并保存到迟滞补偿模块。位移检测模块包括位移传感器，位移传感器用于测量压电陶瓷的位移，并将采集的位移信号输出到迟滞补偿模块。所述迟滞补偿模块根据采集到的压电陶瓷的位移和输入电压建立迟滞数学模型，求取模型参数，根据模型参数获取迟滞逆模型，即期望位移与输入电压的关系。本专利技术具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源的迟滞补偿方法包括以下步骤：步骤1、闭合切换开关，接入位移检测模块，采集压电陶瓷驱动器的位移，根据对应的输入电压得到电压-位移曲线，并存储到迟滞补偿模块；步骤2、建立迟滞数学模型，根据电压-位移曲线确定模型参数；步骤3、获取迟滞逆模型；步骤4、将位移检测模块移除且断开切换开关，输入期望位移经过逆模型开环补偿得到补偿后的输出电压，作用于压电陶瓷产生响应位移。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例如图1所示，具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源包含直流稳压模块、迟滞补偿模块、功率放大模块和位移检测模块；迟滞补偿模块的输入端和输出端之间设置有切换开关，当第一次使用或更换不同型号压电陶瓷片时切换开关闭合，迟滞补偿模块被短路；位移检测模块在第一次启动压电陶瓷驱动电源或更换不同型号的压电陶瓷片时接入，此时切换开关S闭合，将检测到的输入电压与对应响应位移输出并存储到迟滞补偿模块中。如图2所示，当切换开关S断开，位移检测模块不接入时，直流稳压模块分别为迟滞补偿模块和功率放大模块供电，期望位移经过迟滞补偿模块和功率放大模块补偿后获得输出电压，用来驱动压电陶瓷。图3是驱动陶瓷驱动电源迟滞补偿功能实现流程图，具体包括：第一步，测量如图1所示不具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源的输入电压与输出位移的迟滞曲线，此时开关S闭合，位移检测模块接入，迟滞补偿模块不接入系统，通过位移传感器采集压电陶瓷驱动器的位移，并将采集的位移信号和对应的电压信号存储到迟滞模块中；第二步，建立迟滞数学模型，常用的压电陶瓷迟滞模型有Preisach模型、Prandtl-Ishlinskii模型、Bouc-Wen模型和Maxwell模型，本实施例中选用Preisach模型，该模型的数学表达式为： f ( t ) = ∫ ∫ α ≥ β u ( α , β ) γ α β ^ [ u ( t ) ] d α d β - - - ( 1 ) ]]>式(1)中，f(t)为位移输出，u(α,β)为迟滞算子的权值函数，为迟滞算子，即继电器算子，α与β为输入阀值；建立Preisach模型的关键在于权值函数的求取，即u(α,β)的求取；采用变幅值输入与奇异值分解方法辨识模型参数，该方法通过将Preisach平面离散，设单元具有均匀密度uij，将二重积分转化为求和： f ( t ) = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源，其特征在于，包括直流稳压模块、迟滞补偿模块、功率放大模块和位移检测模块，所述迟滞补偿模块的输入端接输入电压，输出端与功率放大模块的输入端连接，所述功率放大模块的输出端与压电陶瓷的输入端连接，所述压电陶瓷的输出端与位移检测模块的输入端连接，位移检测模块的输出端与迟滞补偿模块连接；所述直流稳压模块用于为功率放大模块和迟滞补偿模块提供直流电压；所述迟滞补偿模块用于补偿压电陶瓷的迟滞非线性，迟滞补偿模块的输入端和输出端之间设置有切换开关，当第一次使用或更换不同型号压电陶瓷片时切换开关闭合，迟滞补偿模块被短路；所述功率放大模块对迟滞补偿模块的输出信号进行电压和功率放大；所述位移检测模块仅在第一次测量或更换不同型号压电陶瓷片时启用，用于测量响应位移并保存到迟滞补偿模块。

【技术特征摘要】
1.一种具有迟滞补偿功能的压电陶瓷驱动电源，其特征在于，包括直流稳压模块、迟滞补偿模块、功率放大模块和位移检测模块，所述迟滞补偿模块的输入端接输入电压，输出端与功率放大模块的输入端连接，所述功率放大模块的输出端与压电陶瓷的输入端连接，所述压电陶瓷的输出端与位移检测模块的输入端连接，位移检测模块的输出端与迟滞补偿模块连接；所述直流稳压模块用于为功率放大模块和迟滞补偿模块提供直流电压；所述迟滞补偿模块用于补偿压电陶瓷的迟滞非线性，迟滞补偿模...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈远晟，许友伟，应展烽，罗富，郭家豪，罗丹，陈朝霞，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32