[實(shí)用新型]微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420093305.7
• 申請(qǐng)日: 2014-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203747692U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐愛(ài)群;于海闊;吳立軍;葛丁飛;段福斌;楊禮康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江科技學(xué)院;徐愛(ài)群
• 主分類號(hào): H02N2/14
• 分類號(hào): H02N2/14
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及力的調(diào)節(jié)控制領(lǐng)域，尤其涉及微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當(dāng)前，微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展極為迅速，但也存在一些技術(shù)瓶頸。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)面臨的主要問(wèn)題之一就是微裝配技術(shù)。大多數(shù)微機(jī)電系統(tǒng)由不同材料和不同加工方法的微小零件組成，隨著零件的不斷微小化，微系統(tǒng)的加工、裝配越來(lái)越困難。在零件的運(yùn)輸、加工及裝配等過(guò)程的損壞中機(jī)械損壞和熱變形損壞占了很大的比重，尤其對(duì)機(jī)械接觸力或熱量非常敏感的零件進(jìn)行操作時(shí)，這些零件在受到較小的作用力或熱量就會(huì)產(chǎn)生變形或破碎，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，也使其生產(chǎn)成本大大提高。

為解決這些問(wèn)題，研究人員已提出多種基于不同單一原理的微動(dòng)力產(chǎn)生形式，如基于靜電力、電磁力、壓電作用、熱膨脹和形狀記憶合金特性等制成了相關(guān)的微動(dòng)力構(gòu)件，但每一種構(gòu)件都有其自身的局限性。如果結(jié)合多種原理的優(yōu)勢(shì)，制作復(fù)合結(jié)構(gòu)的微動(dòng)力構(gòu)件將會(huì)有更廣闊的的前景。

超磁致伸縮材料（Giant?Ma_gnetostrictive?Material,簡(jiǎn)稱GMM）在電磁場(chǎng)、壓力的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的體積或長(zhǎng)度變化，即可大功率、高效率地實(shí)現(xiàn)電磁能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。尤其在中低頻（5Hz-20kHz）時(shí)，有著大行程、大功率、低壓驅(qū)動(dòng)、承載能力強(qiáng)、非接觸式測(cè)量和控制等方面的優(yōu)點(diǎn)。壓電陶瓷（PZT）工作時(shí)由電壓驅(qū)動(dòng)，在其保持伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)，幾乎不消耗能量，不產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象,能減少構(gòu)件本身發(fā)熱對(duì)工作精度的影響。因此，集成GMM與PZT的工作特性，能改善單一功能材料的性能，拓展復(fù)合構(gòu)件的應(yīng)用范圍，為微動(dòng)力構(gòu)件的研究提供了一種新的思路。目前國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)該方面的微動(dòng)力構(gòu)件的報(bào)道，也未見(jiàn)基于超磁致伸縮材料與壓電陶瓷材料相耦合的微動(dòng)力構(gòu)件的微力精確調(diào)節(jié)方法。為促進(jìn)超磁致伸縮材料與壓電陶瓷材料的復(fù)合構(gòu)件在微動(dòng)力構(gòu)件研究中的發(fā)展，現(xiàn)在急需一種基于超磁致伸縮材料與壓電陶瓷材料相耦合的微動(dòng)力構(gòu)件的微力精確調(diào)節(jié)方法及控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，包括微動(dòng)力裝置和微動(dòng)力控制系統(tǒng)；所述微動(dòng)力裝置包括超磁致伸縮薄片、永久磁鐵、靜軛Ⅰ和靜軛Ⅱ構(gòu)成的磁路Ⅰ，以及通過(guò)永久磁鐵、靜軛Ⅰ、靜軛Ⅱ和移動(dòng)軛構(gòu)成的磁路Ⅱ；所述超磁致伸縮薄片和永久磁鐵相互平行，所述超磁致伸縮薄片和永久磁鐵的兩端分別通過(guò)靜軛Ⅰ和靜軛Ⅱ夾緊；所述靜軛Ⅰ和靜軛Ⅱ的一端設(shè)置移動(dòng)軛，所述靜軛Ⅰ和靜軛Ⅱ以及移動(dòng)軛之間設(shè)置有氣隙；所述磁路Ⅰ和磁路Ⅱ上分別設(shè)置有磁力調(diào)節(jié)裝置；所述磁路Ⅰ的磁力調(diào)節(jié)裝置為分別設(shè)置在超磁致伸縮薄片正、反兩面的壓電陶瓷薄片；所述磁路Ⅱ的磁力調(diào)節(jié)裝置為通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠升降臺(tái)；所述微動(dòng)力控制系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電源、傳感器組和依次通過(guò)信號(hào)連接的信號(hào)放大器、信號(hào)綜合分析控制器、計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及驅(qū)動(dòng)電源；傳感器組包括設(shè)置在氣隙上的微位移傳感器，分別設(shè)置在移動(dòng)軛上的微力傳感器和磁路Ⅱ拾磁線圈，分別設(shè)置在超磁致伸縮薄片上的溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)以及磁路Ⅰ拾磁線圈；所述信號(hào)放大器分別與微力傳感器、微位移傳感器、溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)、磁路Ⅰ拾磁線圈以及磁路Ⅱ拾磁線圈信號(hào)連接；所述驅(qū)動(dòng)電源與壓電陶瓷薄片電連接，所述信號(hào)綜合分析控制器通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相連接。

作為對(duì)本發(fā)明所述的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的改進(jìn)：所述計(jì)算機(jī)和信號(hào)發(fā)生器之間設(shè)置有光電耦合器。

本實(shí)用新型的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的使用方法如下：包括均采用閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)的氣隙調(diào)節(jié)法和電壓調(diào)節(jié)法；所述氣隙調(diào)節(jié)法通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)微力的采樣檢測(cè)構(gòu)成反饋回路；所述電壓調(diào)節(jié)法通過(guò)檢測(cè)磁路中拾磁環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流構(gòu)成反饋回路。

更進(jìn)一步的說(shuō)，所述氣隙調(diào)節(jié)法步驟如下：1）給定預(yù)設(shè)微力值F₁，將所需的微力值F₁輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)作為參照值儲(chǔ)存；2）移動(dòng)軛復(fù)位，氣隙長(zhǎng)度調(diào)整到最大；3）對(duì)壓電陶瓷薄片施加一恒定驅(qū)動(dòng)電壓；4）閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)微動(dòng)力裝置的氣隙長(zhǎng)度。