一种超声型压电推杆电机及其死区补偿方法技术

本发明专利技术提供了一种超声型压电推杆电机及其死区补偿方法。外壳的尾端固定设置驱动单元，直线轴承安装在外壳内，运动推杆通过螺纹丝杠与外壳固定连接，运动推杆穿过直线轴承的中心孔和外壳端盖的中心孔，运动推杆运动推杆的一侧表面开有凹槽，凹槽内装入磁编码片，磁编码片正对PCB霍尔传感器其安装在外壳的内测，驱动单元的转子一端与磁阻式编码器相连接，磁阻式编码器设置在外壳的尾端外部与驱动单元对应设置，PCB霍尔传感器的另一端与驱动控制器相连接。本发明专利技术用以解决定心导向结构不能使运动轴始终保持直线运动的问题；电机本体没有行程检测装置，不便于闭环控制的问题；调速死区特性制约着超声电机控制系统性能的提升的问题。升的问题。升的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种超声型压电推杆电机及其死区补偿方法


[0001]本专利技术属于超声电机领域；具体涉及一种超声型压电推杆电机及其死区补偿方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着超精密加工、光刻技术、精密测量及纳米技术的迅速发展，对精密定位系统的精度、速度和行程的要求也越来越高。其中，驱动装置直接决定了平台的速度、精度、行程和整个系统的效率。
[0003]超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型微电机,具有响应快、体积小、重量轻、低速转矩大、易于控制等优点，在精密仪器仪表、航空航天、智能机器人以及医学仪器等领域有着广泛的应用前景。超声型压电推杆电机采用螺纹传动，能够直接输出直线运动,同时具有更高的直线定位精度,与其他超声电机相比具有结构简单等优点。然而尺蠖型压电推杆电机还存在以下不足：一、定心导向结构不能使运动轴始终保持直线运动；二、电机本体没有行程检测装置，不便于闭环控制；三、调速死区特性制约着超声电机控制系统性能的提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种超声型压电推杆电机及其死区补偿方法，用以解决上述现有技术的问题。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种超声型压电推杆电机，所述超声型压电推杆电机包括外壳1
‑
1、外壳端盖1
‑
2、运动推杆2、螺纹丝杠3、驱动单元4、PCB霍尔传感器5、磁编码贴片6、直线轴承7、磁阻式编码器8和驱动控制器；
[0007]所述外壳1
‑
1的尾端固定设置驱动单元4，所述直线轴承7安装在外壳1
‑
1内，所述运动推杆2通过螺纹丝杠3与外壳1
‑
1固定连接，所述运动推杆2穿过直线轴承7的中心孔和外壳端盖1
‑
2的中心孔，所述运动推杆2运动推杆2的一侧表面开有凹槽2
‑
1，所述凹槽2
‑
1内装入磁编码片6，所述磁编码片6正对PCB霍尔传感器5，所述PCB霍尔传感器5安装在外壳1
‑
1的内测，所述驱动单元4的转子一端与磁阻式编码器8相连接，所述磁阻式编码器8设置在外壳1
‑
1的尾端外部与驱动单元4对应设置，所述PCB霍尔传感器5的另一端与驱动控制器相连接，所述将磁阻式编码器8的输出信号与驱动控制器相连接。
[0008]进一步的，所述PCB霍尔传感器5的输出信号与驱动控制器4相连，将磁阻式编码器8输出信号与驱动控制器4相连，构成双闭环负反馈系统；通过PCB霍尔传感器5检测超声型压电推杆电机的行程，将其与给定行程进行比较，输出调节信号；通过磁阻式编码器8检测超声型压电推杆电机的转速，进而来改变转速。
[0009]一种超声型压电推杆电机的死区补偿方法，所述死区补偿方法包括以下步骤：
[0010]步骤1：取电压正交幅度调制下定子中行波振幅的表达式；
[0011]步骤2：通过改变电压导通角α
A
∈[0,2π]来调节电机的转速，改变固定电机输入电压频率和自耦调压器的变比；
[0012]步骤3：基于步骤2的变比测量α
A
与转速间关系；
[0013]步骤4：测量输入电压幅值相等时超声电机的调幅调速特性以作为步骤3α
A
与转速间关系的对比；
[0014]步骤5：基于同一个实验平台，通过更改步骤3与步骤4两个驱动电路MOSFET开关逻辑，使得两相电压导通角相等，即保持α
A
＝α
B
∈[0,π/2]，且两相电压相位分别等于90
°
和
‑
90
°
，测量此时输入电压幅值与转速间关系；
[0015]步骤6：验证步骤5得到的输入电压幅值与转速间关系，确认死区补偿方法有效。
[0016]进一步的，所述步骤1的表达式具体为，
[0017]W
tα
＝W
α
sinα
A
[0018]其中，W
tα
为电机定子中的行波，W
α
为调节α
A
过程中行波幅值的最大值，α
A
为电压导通角。
[0019]进一步的，所述步骤2的两相电压导通角分别为和
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术为利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型超声型压电推杆电机，具有响应快、体积小、重量轻、低速转矩大、易于控制等优点。
[0022]本专利技术电机采用螺纹传动，能够直接输出直线运动。
[0023]本专利技术采用直线轴承与外壳端盖开有中心圆孔，具有定心导向，能使运动推杆始终保持直线运动。
[0024]本专利技术采用PCB霍尔传感器作为超声型压电推杆电机行程检测，采用磁阻式编码器作为超声型压电推杆电机转速检测，构成的双闭环控制，定位精度高，容易控制，且抗干扰性高。
[0025]本专利技术电机内装有限位保护装置，当推杆行程至极限位置时，电机停止运行，行程限位。
[0026]本专利技术采用基于自调整驻波的电压幅值调制驱动方法，可改善电机摩擦特性，进而补偿了超声电机驱动系统的调速死区。
附图说明
[0027]附图1是本专利技术的电机结构示意图。
[0028]附图2是本专利技术的内部结构示意图。
[0029]附图3是本专利技术的控制框图。
[0030]附图4是本专利技术的应用电压正交幅度调制方法时输入电压示意图。
[0031]附图5是本专利技术的电压正交幅度调制下超声电机静态调节特性示意图，其中(a)α
A
由小变大变化时超声电机静态调节特性示意图，(b)α
A
由小变大变化时，以电压幅值为自变
量时超声电机静态调节特性示意图，(c)α
A
由大变小变化时超声电机静态调节特性示意图，(d)α
A
由大变小变化时，以电压幅值为自变量时超声电机静态调节特性示意图。
[0032]附图6是本专利技术的电压幅值相等时的超声电机静态调节特性示意图。
[0033]附图7是本专利技术的电压幅值调制下超声电机机械特性示意图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]一种超声型压电推杆电机，所述超声型压电推杆电机包括外壳1
‑
1、外壳端盖1
‑
2、运动推杆2、螺纹丝杠3、驱动单元4、PCB霍尔传感器5、磁编码贴片6、直线轴承7、磁阻式编码器8和驱动控制器；
[0036]所述外壳1
‑
1的尾端固定设置驱动单元4，所述直线轴承7安装在外壳1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声型压电推杆电机，其特征在于，所述超声型压电推杆电机包括外壳(1
‑
1)、外壳端盖(1
‑
2)、运动推杆(2)、螺纹丝杠(3)、驱动单元(4)、PCB霍尔传感器(5)、磁编码贴片(6)、直线轴承(7)、磁阻式编码器(8)和驱动控制器；所述外壳(1
‑
1)的尾端固定设置驱动单元(4)，所述直线轴承(7)安装在外壳(1
‑
1)内，所述运动推杆(2)通过螺纹丝杠(3)与外壳(1
‑
1)固定连接，所述运动推杆(2)穿过直线轴承(7)的中心孔和外壳端盖(1
‑
2)的中心孔，所述运动推杆(2)运动推杆(2)的一侧表面开有凹槽(2
‑
1)，所述凹槽(2
‑
1)内装入磁编码片(6)，所述磁编码片(6)正对PCB霍尔传感器(5)，所述PCB霍尔传感器(5)安装在外壳(1
‑
1)的内测，所述驱动单元(4)的转子一端与磁阻式编码器(8)相连接，所述磁阻式编码器(8)设置在外壳(1
‑
1)的尾端外部与驱动单元(4)对应设置，所述PCB霍尔传感器(5)的另一端与驱动控制器相连接，所述将磁阻式编码器(8)的输出信号与驱动控制器相连接。2.根据权利要求1所述一种超声型压电推杆电机，其特征在于，所述PCB霍尔传感器(5)的输出信号与驱动控制器(4)相连，将磁阻式编码器(8)输出信号与驱动控制器(4)相连，构成双闭环负反馈系统；通过PCB霍尔传感器(5)检测超声型压电推杆电机的行程，将其与给定行程进行比较，输出调节信号；通过磁阻式编码器(8)检测超...

【专利技术属性】
技术研发人员：史维佳，孙连伟，赵勃，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：