压电陶瓷驱动控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种压电陶瓷驱动控制系统，所述控制系统包括微处理器、电压放大驱动电路和测量模块；电压放大驱动电路用于对微处理器输出的驱动电压信号进行功率放大，并将功率放大后的驱动电压信号发送至压电陶瓷执行器；测量模块用于采集压电陶瓷执行器产生的实际位移信号，并将实际位移信号发送至微处理器；微处理器用于依据实际位移信号与期望位移信号，修正驱动电压信号。与现有技术相比，本发明专利技术提供的一种压电陶瓷驱动控制系统，具高频率、大功率的压电陶瓷执行器驱动能力。

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷驱动控制系统
本专利技术涉及压电陶瓷控制
，具体涉及一种压电陶瓷驱动控制系统。
技术介绍
压电陶瓷执行器是一种精密执行机构，其利用逆压电效应产生微米级乃至纳米级分辨率的位移，从而实现微米级乃至纳米级的高精度定位与伺服。压电陶瓷执行器主要是依据驱动电压来产生相应的位移，因此驱动电压的精确性和稳定性是影响压电陶瓷执行器定位准确性的关键因素。但是，目前压电陶瓷执行器控制装置大多仅适用于低频环境，驱动电压的输出功率较低，不能在高频环境对电压陶瓷执行器进行高精度控制，进而限制了电压陶瓷执行器的适用范围，如采用电压陶瓷执行器对扫描电子显微镜的扫描探针进行高精度控制时，控制装置输出驱动电压的高频性能将会直接影响扫描电子显微镜的成像质量。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决压电陶瓷执行器控制装置的响应频率低和驱动电压输出功率小的技术问题，本专利技术提供了一种压电陶瓷驱动控制系统，以提高压电陶瓷执行器驱动电压的输出功率和工作频率。本专利技术中压电陶瓷驱动控制系统的技术方案是：所述系统包括微处理器、电压放大驱动电路和测量模块；所述电压放大驱动电路的输入端与所述微处理器连接，输出端与压电陶瓷执行器连接；所述电压放大驱动电路，用于对所述微处理器输出的驱动电压信号进行功率放大，并将所述功率放大后的驱动电压信号发送至所述压电陶瓷执行器；所述测量模块的输入端与所述压电陶瓷执行器连接，输出端与所述微处理器连接；所述测量模块，用于采集所述压电陶瓷执行器产生的实际位移信号，并将所述实际位移信号发送至微处理器；所述微处理器，用于向所述电压放大驱动电路输出所述压电陶瓷执行器的驱动电压信号，并依据所述实际位移信号与期望位移信号，修正所述驱动电压信号。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述电压放大驱动电路包括误差放大电路；所述误差放大电路包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述第一运算放大器的正输入端与所述微处理器连接，输出端与所述第二运算放大器的正输入端连接；所述第二运算放大器的负输入端接地，输出端的一个连接端子与所述压电陶瓷执行器连接，一个连接端子与第一运算放大器的负输入端连接；其中，所述第一运算放大器包括低噪声放大器，所述第二运算放大器包括高功率放大器。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述电压放大驱动电路还包括相位补偿电路；所述相位补偿电路包括第一补偿电容、第二补偿电容和隔离电阻；其中，所述第一补偿电容连接于所述电压放大驱动电路中第一运算放大器的负输入端与输出端之间；所述第二补偿电容与连接于所述电压放大驱动电路中第二运算放大器的正输入端与输出端之间的反馈电阻并联；所述隔离电阻与所述第二运算放大器的输出端连接。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述电压放大驱动电路还包括滤波电路和保护电路；所述滤波电路包括一个电容或多个分别并联的电容，所述滤波电路与所述电压放大驱动电路的供电端子和/或驱动电压信号输入端子和/或驱动电压信号输出端子连接；所述保护电路包括稳压管电路和二极管；其中，所述稳压管电路连接于所述电压放大驱动电路中第二运算放大器的正输入端与负输入端之间；所述稳压管电路包括两个并联的稳压管支路，所述稳压管支路包括一个稳压管或多个串联的稳压管，且所述两个稳压管支路形成的电流通路的方向相反；所述二极管分别与所述电压放大驱动电路中第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端连接。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述电压放大驱动电路还包括连接于所述电压放大驱动电路中第一运算放大器的负输入端与第二运算放大器的输出端之间的反馈补偿电路；所述反馈补偿电路包括并联的电阻和电容。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述测量模块包括惠斯通全桥应变电路和前置放大电路；其中，所述惠斯通全桥应变电路，用于采集所述压电陶瓷执行器产生的实际位移信号；所述前置放大电路，用于对所述实际位移信号进行放大，并将所述放大后的实际位移信号发送至所述微处理器。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括数模转换模块和模数转换模块；所述数模转换模块连接于所述微处理器与电压放大驱动电路之间；所述模数转换模块连接于所述微处理器与测量模块之间；所述数模转换模块包括数模转换单元和第一高精度基准源；所述数模转换单元，用于将所述微处理器输出的驱动电压信号转换为模拟信号，并将所述模拟信号输出至电压放大驱动电路；所述第一高精度基准源，用于向所述数模转换单元输出基准电压；所述模数转换模块包括模数转换单元和第二高精度基准源；所述模数换换单元，用于将所述测量模块输出的实际位移信号转换为数字信号，并将所述数字信号输出至微处理器；所述第二高精度基准源，用于向所述模数转换单元输出基准电压。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括用于向所述系统供电的电源模块；所述电源模块包括电压转换单元和第一正负可调电源单元；其中，所述电压转换单元，用于将外部电源转换为预设的第一直流电压和第二直流电压，并将所述第一直流电压输出到所述电压放大驱动电路，将所述第二直流电压输出到所述第一正负可调电源单元；所述第一直流电压为所述电压放大驱动电路中驱动电压信号的直流供电电源，所述第二直流电压为所述微处理器、电压放大驱动电路、测量模块、数模转换模块和模数转换模块的直流供电电源；所述第一正负可调电源单元，用于对所述第二直流电压进行电压极性和电压幅值调整，得到期望的直流电压，并将所述期望的直流电压输出到所述系统的微处理器、电压放大驱动电路、数模转换模块和模数转换模块。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括用于向测量模块供电的电桥激励电路；所述电桥激励电路包括第二正负可调电源单元、第三高精度基准源和连接器；所述第二正负可调电源单元与所述连接器连接，用于对所述第二直流电压进行电压极性和电压幅值调整，得到期望的直流电压，并将所述期望的直流电压输出到所述连接器；所述第三高精度基准源与所述连接器连接，用于向所述连接器输出基准电压；所述连接器与所述测量模块连接，用于将所述期望的直流电压传输到测量模块。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括显示模块；所述显示模块与微处理器连接，用于显示压电陶瓷执行器的实时位移信息。与现有技术相比，上述技术方案至少具有以下有益效果：本专利技术提供的压电陶瓷驱动控制系统，其电压放大驱动电路可以对微处理器输出的压电陶瓷执行器驱动信号进行功率放大，使得压电陶瓷执行器可以在该驱动信号驱动下对压电陶瓷实现高频驱动；同时，测量模块将压电陶瓷执行器的位移信息反馈至微处理器，微处理器依据测量模块的反馈信号不断修正驱动信号，实现对压电陶瓷进行高频高精度控制。附图说明图1是本专利技术实施例中一种压电陶瓷驱动控制系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例中第一正负可调电源单元的电路原理图；图3是本专利技术实施例中数模转换模块的电路原理图；图4是本专利技术实施例中模数转换模块的电路原理图；图5是本专利技术实施例中电压放大驱动电路的结构示意图；图6是本专利技术实施例中电压放大驱动电路的原理图；图7是本专利技术实施例中电桥激励电路的原理图；图8是本专利技术实施例中直流信号均值示意图；图9是本专利技术实施例中峰峰值波纹示意图；图10是本专利技术实施例中高压正弦信号频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电陶瓷驱动控制系统，其特征在于，所述系统包括微处理器、电压放大驱动电路和测量模块；所述电压放大驱动电路的输入端与所述微处理器连接，输出端与压电陶瓷执行器连接；所述电压放大驱动电路，用于对所述微处理器输出的驱动电压信号进行功率放大，并将所述功率放大后的驱动电压信号发送至所述压电陶瓷执行器；所述测量模块的输入端与所述压电陶瓷执行器连接，输出端与所述微处理器连接；所述测量模块，用于采集所述压电陶瓷执行器产生的实际位移信号，并将所述实际位移信号发送至微处理器；所述微处理器，用于向所述电压放大驱动电路输出所述压电陶瓷执行器的驱动电压信号，并依据所述实际位移信号与期望位移信号，修正所述驱动电压信号。

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷驱动控制系统，其特征在于，所述系统包括微处理器、电压放大驱动电路和测量模块；所述电压放大驱动电路的输入端与所述微处理器连接，输出端与压电陶瓷执行器连接；所述电压放大驱动电路，用于对所述微处理器输出的驱动电压信号进行功率放大，并将所述功率放大后的驱动电压信号发送至所述压电陶瓷执行器；所述测量模块的输入端与所述压电陶瓷执行器连接，输出端与所述微处理器连接；所述测量模块，用于采集所述压电陶瓷执行器产生的实际位移信号，并将所述实际位移信号发送至微处理器；所述微处理器，用于向所述电压放大驱动电路输出所述压电陶瓷执行器的驱动电压信号，并依据所述实际位移信号与期望位移信号，修正所述驱动电压信号。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动控制系统，其特征在于，所述电压放大驱动电路包括误差放大电路；所述误差放大电路包括第一运算放大器和第二运算放大器；所述第一运算放大器的正输入端与所述微处理器连接，输出端与所述第二运算放大器的正输入端连接；所述第二运算放大器的负输入端接地，输出端的一个连接端子与所述压电陶瓷执行器连接，一个连接端子与第一运算放大器的负输入端连接；其中，所述第一运算放大器包括低噪声放大器，所述第二运算放大器包括高功率放大器。3.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷驱动控制系统，其特征在于，进一步地，所述电压放大驱动电路还包括相位补偿电路；所述相位补偿电路包括第一补偿电容、第二补偿电容和隔离电阻；其中，所述第一补偿电容连接于所述电压放大驱动电路中第一运算放大器的负输入端与输出端之间；所述第二补偿电容与连接于所述电压放大驱动电路中第二运算放大器的正输入端与输出端之间的反馈电阻并联；所述隔离电阻与所述第二运算放大器的输出端连接。4.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷驱动控制系统，其特征在于，进一步地，所述电压放大驱动电路还包括滤波电路和保护电路；所述滤波电路包括一个电容或多个分别并联的电容，所述滤波电路与所述电压放大驱动电路的供电端子和/或驱动电压信号输入端子和/或驱动电压信号输出端子连接；所述保护电路包括稳压管电路和二极管；其中，所述稳压管电路连接于所述电压放大驱动电路中第二运算放大器的正输入端与负输入端之间；所述稳压管电路包括两个并联的稳压管支路，所述稳压管支路包括一个稳压管或多个串联的稳压管，且所述两个稳压管支路形成的电流通路的方向相反；所述二极管分别与所述电压放大驱动电路中第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端连接。5.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷驱动控制系统，其特征在于，进一步地，所述电压放大驱动电路还包括连接于所述电压放大驱动电路中第一运算放大器的负输入端与第二运算放大器的输出端之间的反馈补偿电路；所述反馈补偿电路包括并联的电阻和电容。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，侯增广，谭民，王昂，陈妙，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11