压电陶瓷致动器的驱动控制方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及一种压电陶瓷致动器的驱动控制方法及装置，属于驱动控制技术领域，该方法包括：确定运动块与接触面之间的摩擦力；使用摩擦力和质量块的质量确定压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度；根据目标加速度生成二阶驱动信号；使用二阶驱动信号驱动运动块运动；可以解决使用锯齿状驱动信号驱动运动块运动时驱动运动块的位移较小，驱动效率较低的问题；由于二阶驱动信号在升压阶段以恒定地加速度推动运动块，使得运动块不会产生负向位移；且在相同时间内以恒定加速度升压至最大电压与以匀速升压至最大电压相比会产生更大的惯性力从而推动运动块产生更多的正向位移，可以提高压电陶瓷致动器的驱动效率。

Driving Control Method and Device of Piezoelectric Ceramic Actuator

The present application relates to a driving control method and device of a piezoelectric ceramic actuator, which belongs to the field of driving control technology. The method includes: determining the friction force between the moving block and the contact surface; determining the target acceleration of the second-order driving signal of the piezoelectric ceramic actuator by using the friction force and the mass block; generating the second-order driving signal according to the target acceleration; and using the second-order driving signal. It can solve the problem of small displacement and low driving efficiency when using sawtooth driving signal to drive the motion block; because the second-order driving signal drives the motion block with constant acceleration in the boost stage, the motion block will not produce negative displacement; and in the same time, the motion block will be boosted to the maximum voltage with constant acceleration and uniform speed. Voltage to the maximum voltage will produce greater inertia force, thus driving the moving block to produce more forward displacement, which can improve the driving efficiency of the Electroceramics actuator.

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷致动器的驱动控制方法及装置
本专利技术涉及一种压电陶瓷致动器的驱动控制方法及装置，属于驱动控制

技术介绍
随着纳米技术应用领域对跨尺度精密运动的要求越来越高，惯性粘滑驱动跨尺度运动技术成为国内外广泛关注的焦点。其中，压电陶瓷致动器通常作为惯性粘滑驱动系统的驱动组件来驱动惯性粘滑驱动系统中的运动块运动。现有的压电陶瓷致动器的驱动控制方式为：使用锯齿状驱动信号来驱动运动块运动。然而，使用锯齿状驱动信号驱动运动块运动时驱动运动块的位移较小，驱动效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压电陶瓷致动器的驱动控制方法及装置，可以解决使用锯齿状驱动信号驱动运动块运动时驱动运动块的位移较小，驱动效率较低的问题。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，提供一种压电陶瓷致动器的驱动控制方法，所述压电陶瓷致动器一端连接有放置在接触面上的运动块，另一端连接有质量块，所述方法包括：确定所述运动块与所述接触面之间的摩擦力；使用所述摩擦力和所述质量块的质量确定所述压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度；根据所述目标加速度生成所述二阶驱动信号，所述二阶驱动信号包括多个驱动周期，每个驱动周期包括具有所述目标加速度的升压阶段，以及在所述升压阶段之后的降压阶段；使用所述二阶驱动信号驱动所述运动块运动。可选地，所述使用所述摩擦力和所述质量块的质量确定所述压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度，包括：计算所述摩擦力与所述质量块的质量的比值；将小于或等于所述比值的正数确定为所述目标加速度。可选地，所述二阶驱动信号的每个驱动周期还包括在所述降压阶段之后、且电压小于或等于预设电压的缓冲阶段。可选地，所述根据所述目标加速度生成所述二阶驱动信号，包括：在所述二阶驱动信号中每个驱动周期的缓冲阶段添加振动信号。可选地，所述缓冲阶段的电压为0。第二方面，提供一种压电陶瓷致动器的驱动控制装置，所述压电陶瓷致动器一端连接有放置在接触面上的运动块，另一端连接有质量块，所述装置包括：摩擦力确定模块，用于确定所述运动块与所述接触面之间的摩擦力；加速度确定模块，用于使用所述摩擦力和所述质量块的质量确定所述压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度；信号生成模块，用于根据所述目标加速度生成所述二阶驱动信号，所述二阶驱动信号包括多个驱动周期，每个驱动周期包括具有所述目标加速度的升压阶段，以及在所述升压阶段之后的降压阶段；驱动控制模块，用于使用所述二阶驱动信号驱动所述运动块运动。可选地，所述加速度确定模块，用于：计算所述摩擦力与所述质量块的质量的比值；将小于或等于所述比值的正数确定为所述目标加速度。可选地，所述二阶驱动信号的每个驱动周期还包括在所述降压阶段之后、且电压小于或等于预设电压的缓冲阶段。可选地，所述信号生成模块，用于：在所述二阶驱动信号中每个驱动周期的缓冲阶段添加振动信号。可选地，所述缓冲阶段的电压为0。本专利技术的有益效果在于：通过确定运动块与接触面之间的摩擦力；使用摩擦力和质量块的质量确定压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度；根据目标加速度生成二阶驱动信号，二阶驱动信号包括多个驱动周期，每个驱动周期包括具有目标加速度的升压阶段，以及在升压阶段之后的降压阶段；使用二阶驱动信号驱动运动块运动；可以解决使用锯齿状驱动信号驱动运动块运动时驱动运动块的位移较小，驱动效率较低的问题；由于二阶驱动信号在升压阶段以恒定地加速度推动运动块，使得运动块不会产生负向位移；另外，在相同时间内以恒定加速度升压至最大电压与以匀速升压至最大电压相比会产生更大的惯性力从而推动运动块产生更多的正向位移，提高压电陶瓷致动器的驱动效率。另外，以恒定加速度升压后，由于压电陶瓷致动器惯性较大，可以在降压阶段结束后继续推动运动块移动，从而达到节省资源的效果。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是现有技术提供的现有的压电陶瓷致动器的驱动控制过程的示意图；图2是本申请一个实施例提供的压电陶瓷致动器的驱动控制方法的流程图；图3是本申请一个实施例提供的压电陶瓷致动器的驱动控制过程的示意图；图4是本申请一个实施例提供的二阶驱动信号的缓冲阶段的振动信号的示意图；图5是本申请一个实施例提供的锯齿状的驱动信号与运动块位移关系的示意图；图6是本申请一个实施例提供的二阶驱动信号与运动块位移关系的示意图；图7是本申请一个实施例提供的不同驱动信号驱动运动块时位移关系的比较示意图；图8是本申请一个实施例提供的压电陶瓷致动器的驱动控制装置的框图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。现有的压电陶瓷致动器的驱动信号如图1所示。根据图1可知，该驱动信号为锯齿状驱动信号，该锯齿状驱动信号包括两个阶段，分别为：1-2所示的升压阶段和2-3所示的降压阶段。在1-2所示的升压阶段，压电陶瓷致动器发生形变驱动质量块向第一方向移动，位移为Ap；运动块在升压时，由于在瞬间产生的惯性冲击力克服摩擦力，使运动块向第二方向运动，产生负向位移。第一方向与第一方向相反。在2-3所示的降压阶段，压电陶瓷致动器还原并驱动质量块向第二方向移动，运动块向第一方向移动，位移为Sstep。根据上述过程可知，图1所示的现有的压电陶瓷致动器的驱动控制方法至少存在以下问题：1、在升压阶段开始时会对运动块产生负向位移，最终将导致单步位移减少的问题；2、升压阶段直线上升，无法使得压电陶瓷致动器在短时间内产生较大的惯性力推动运动块产生更多的正向位移的问题。基于上述技术问题，本实施例中，将1-2所示的升压阶段的驱动信号优化为二阶驱动信号，使得二阶驱动信号在升压阶段以恒定地加速度推动运动块，使得运动块不会产生负向位移；另外，在相同时间内以恒定加速度升压至最大电压与以匀速升压至最大电压相比会产生更大的惯性力从而推动运动块产生更多的正向位移，提高压电陶瓷致动器的驱动效率。另外，以恒定加速度升压后，由于压电陶瓷致动器惯性较大，可以在降压阶段结束后继续推动运动块移动，从而达到节省资源的效果。图2是本申请一个实施例提供的压电陶瓷致动器的驱动控制方法的流程图。用于压电陶瓷致动器中，所述压电陶瓷致动器一端连接有放置在接触面上的运动块，另一端连接有质量块，该方法至少包括以下几个步骤：步骤201，确定运动块与接触面之间的摩擦力。可选地，运动块与接触面之间的摩擦力可以是经过多次试验得到的；或者，也可以是通过建立摩擦力模型计算得到的。步骤202，使用摩擦力和质量块的质量确定压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度。可选地，使用摩擦力和质量块的质量确定压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度，包括：计算摩擦力与质量块的质量的比值；将小于或等于比值的正数确定为目标加速度。确定压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度可以通过下述公式表示：其中，apm为目标加速度(m/s2)；f为运动块与接触面之间的摩擦力(N)；mi为质量块的质量(g)。步骤203，根据目标加速度生成二阶驱动信号。其中，二阶驱动信号包括多个驱动周期，每个驱动周期包括具有目标加速度的升压阶段，以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电陶瓷致动器的驱动控制方法，所述压电陶瓷致动器一端连接有放置在接触面上的运动块，另一端连接有质量块，其特征在于，所述方法包括：确定所述运动块与所述接触面之间的摩擦力；使用所述摩擦力和所述质量块的质量确定所述压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度；根据所述目标加速度生成所述二阶驱动信号，所述二阶驱动信号包括多个驱动周期，每个驱动周期包括具有所述目标加速度的升压阶段，以及在所述升压阶段之后的降压阶段；使用所述二阶驱动信号驱动所述运动块运动。

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷致动器的驱动控制方法，所述压电陶瓷致动器一端连接有放置在接触面上的运动块，另一端连接有质量块，其特征在于，所述方法包括：确定所述运动块与所述接触面之间的摩擦力；使用所述摩擦力和所述质量块的质量确定所述压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度；根据所述目标加速度生成所述二阶驱动信号，所述二阶驱动信号包括多个驱动周期，每个驱动周期包括具有所述目标加速度的升压阶段，以及在所述升压阶段之后的降压阶段；使用所述二阶驱动信号驱动所述运动块运动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用所述摩擦力和所述质量块的质量确定所述压电陶瓷致动器的二阶驱动信号的目标加速度，包括：计算所述摩擦力与所述质量块的质量的比值；将小于或等于所述比值的正数确定为所述目标加速度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二阶驱动信号的每个驱动周期还包括在所述降压阶段之后、且电压小于或等于预设电压的缓冲阶段。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标加速度生成所述二阶驱动信号，包括：在所述二阶驱动信号中每个驱动周期的缓冲阶段添加振动信号。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述缓冲阶段的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟博文，朱杰，王振华，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32