[發(fā)明專利]一種縱彎復合模態(tài)足式壓電驅(qū)動器實現(xiàn)跨尺度驅(qū)動的方法

有效

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• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104038101A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 劉英想;馮培連;陳維山;劉軍考;石勝君
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H02N2/14
• 分類號: H02N2/14;H02N2/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

1.一種縱彎復合模態(tài)足式壓電驅(qū)動器實現(xiàn)跨尺度驅(qū)動的方法，所述縱彎復合模態(tài)足式壓電驅(qū)動器包括縱振壓電陶瓷片、彎振壓電陶瓷片和驅(qū)動足，其特征在于，所述驅(qū)動器的驅(qū)動方法根據(jù)目標輸出位移選擇下述三種激勵模式之一、兩種激勵模式的組合或者三種激勵模式的組合來實現(xiàn)不同位移尺度的輸出；三種激勵模式分別為：

第一種為交流連續(xù)激勵模式，該激勵模式給縱振壓電陶瓷片和彎振壓電陶瓷片分別施加在時間上具有90度相位差的兩相連續(xù)交流激勵電壓，以實現(xiàn)驅(qū)動器縱向振動和彎曲振動的復合激勵，從而在驅(qū)動足處產(chǎn)生穩(wěn)定而持續(xù)的橢圓軌跡的振動；該振動能夠驅(qū)動動子實現(xiàn)大推力、大位移、快速及連續(xù)的運動輸出，所述大位移指位移大小不受限制；

第二種為脈沖步進激勵模式，該激勵模式給縱振壓電陶瓷片和彎振壓電陶瓷片分別施加在時間上具有90度相位差的兩相脈沖激勵電壓，實現(xiàn)驅(qū)動器縱向振動和彎曲振動的脈沖式復合激勵，從而在驅(qū)動足處產(chǎn)生間歇性的橢圓軌跡的振動；該振動能夠驅(qū)動動子實現(xiàn)微米尺度分辨力、低速及斷續(xù)的步進輸出；

第三種為直流微驅(qū)動模式，該激勵模式給縱振壓電陶瓷片施加直流電壓，給彎振壓電陶瓷片保持懸空狀態(tài)，或是給彎振壓電陶瓷片施加直流電壓，給縱振壓電陶瓷片保持懸空狀態(tài)，實現(xiàn)驅(qū)動器的縱向伸縮變形或彎曲變形的激勵，從而在驅(qū)動足處獲得單一方向的位移輸出，該位移輸出能夠驅(qū)動動子實現(xiàn)納米尺度分辨力及微米尺度行程的輸出，通過調(diào)整直流電壓幅值實現(xiàn)動子輸出位移的精確調(diào)整。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱彎復合模態(tài)足式壓電驅(qū)動器實現(xiàn)跨尺度驅(qū)動的方法，其特征在于，所述縱彎復合模態(tài)足式壓電驅(qū)動器在直流微驅(qū)動模式下獲得的驅(qū)動足最大輸出位移高于脈沖步進激勵模式下能夠獲得的驅(qū)動足最佳分辨力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱彎復合模態(tài)足式壓電驅(qū)動器實現(xiàn)跨尺度驅(qū)動的方法，其特征在于，當驅(qū)動器的目標輸出位移小于或者等于直流微驅(qū)動模式的驅(qū)動足最大輸出位移時，該目標輸出位移為微米量級，驅(qū)動器采用直流微驅(qū)動模式實現(xiàn)小尺度位移、高定位精度和分辨力的輸出。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱彎復合模態(tài)足式壓電驅(qū)動器實現(xiàn)跨尺度驅(qū)動的方法，其特征在于，當驅(qū)動器的目標輸出位移大于直流微驅(qū)動模式下獲得的驅(qū)動足最大輸出位移且不高于毫米量級，則驅(qū)動器首先采用脈沖步進激勵模式，實現(xiàn)步進輸出，直至輸出位移與目標位移之間差值小于或者等于直流微驅(qū)動模式下獲得的驅(qū)動足最大輸出位移時，驅(qū)動器切換至直流微驅(qū)動模式，實現(xiàn)最終的精確定位。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種縱彎復合模態(tài)足式壓電驅(qū)動器實現(xiàn)跨尺度驅(qū)動的方法，其特征在于，當驅(qū)動器的目標輸出位移在數(shù)十毫米以上時，則驅(qū)動器首先進入交流連續(xù)激勵模式，在實際輸出位移未達到目標輸出位移時，每一設定采樣周期采集一次當前實際輸出位移；再計算當前實際輸出位移與目標輸出位移的差值，并采用下述方法之一實現(xiàn)最終精確定位：

方法一：當實際位移與目標位移之間的差值小于或者等于直流微驅(qū)動模式下獲得的驅(qū)動足最大輸出位移，直接轉(zhuǎn)換至直流驅(qū)動模式，實現(xiàn)最終的精確定位；

方法二：當交流連續(xù)激勵模式輸出位移與目標位移差值大于直流微驅(qū)動模式下獲得的驅(qū)動足最大輸出位移，首先切換至脈沖步進激勵模式，實現(xiàn)步進調(diào)整，直至驅(qū)動器輸出位移與目標位移之間差值小于或者等于直流微驅(qū)動模式下獲得的驅(qū)動足最大輸出位移，驅(qū)動器再切換至直流微驅(qū)動模式，實現(xiàn)最終的精確定位。

6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種縱彎復合模態(tài)足式壓電驅(qū)動器實現(xiàn)跨尺度驅(qū)動的方法，其特征在于，所述交流連續(xù)激勵模式和脈沖步進激勵模式下所施加的激勵電壓波形為正弦波波形、方波波形、三角波波形或者梯形波波形。