[發明專利]具有遲滯補償功能的壓電陶瓷驅動電源

有效

• 申請號: 201610575422.0
• 申請日: 2016-07-20
• 公開（公告）號: CN106059385B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 陳遠晟;許友偉;應展烽;羅富;郭家豪;羅丹;陳朝霞
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02N2/06
• 分類號: H02N2/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 陳鵬,朱顯國

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷驅動電源技術，特別是一種帶遲滯補償功能的壓電陶瓷驅動電源。

背景技術

壓電陶瓷利用逆壓電效應原理工作，具有納米級分辨率、響應速度快、噪聲小、發熱少、體積小等優點，在微電子技術、微機電系統、光學精密工程、納米工程等領域具有廣泛的應用前景。

在超精密定位中，需要達到微米級甚至納米級定位精度，但由于壓電驅動器本身存在遲滯現象，使得輸入電壓與輸出位移存在非線性關系，大大影響了定位和控制精度。目前的壓電陶瓷驅動電源直接對輸入電壓進行線性放大，無法解決壓電陶瓷的遲滯現象對控制精度的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有遲滯補償功能的壓電陶瓷驅動電源。

實現本發明目的的技術方案為：一種具有遲滯補償功能的壓電陶瓷驅動電源，包括直流穩壓模塊、遲滯補償模塊、功率放大模塊和位移檢測模塊，所述遲滯補償模塊的輸入端接輸入電壓，輸出端與功率放大模塊的輸入端連接，所述功率放大模塊的輸出端與壓電陶瓷的輸入端連接，所述壓電陶瓷的輸出端與位移檢測模塊的輸入端連接，位移檢測模塊的輸出端與遲滯補償模塊連接；

所述直流穩壓模塊分別為功率放大模塊和遲滯補償模塊提供直流電壓；

所述遲滯補償模塊用于補償壓電陶瓷的遲滯非線性，遲滯補償模塊的輸入端和輸出端之間設置有切換開關，當第一次使用或更換不同型號壓電陶瓷片時切換開關閉合，遲滯補償模塊被短路；

所述功率放大模塊對遲滯補償模塊的輸出信號進行電壓和功率放大；

所述位移檢測模塊僅在第一次測量或更換不同型號壓電陶瓷片時啟用，用于測量響應位移并保存到遲滯補償模塊。

與現有技術相比，本發明的顯著優點為：(1)本發明引入了遲滯補償模塊，同以往的壓電陶瓷驅動電源相比，驅動電源具有補償壓電驅動器遲滯非線性的功能，使得輸入電壓與輸出位移線性化，能大大減小遲滯現象對控制精度的影響；(2)本發明可以對現有壓電陶瓷驅動電源進行改進，無需重新設計，僅需要增加遲滯補償模塊；(3)針對不同型號的壓電陶瓷片，只需要在第一次使用時，接入位移檢測模塊；(4)本發明將直流穩壓模塊、功率放大模塊、遲滯補償模塊和位移檢測模塊進行封裝，作為一個整體直接對壓電驅動器進行驅動，能有效降低環境因素的影響。

附圖說明

圖1為本發明測量遲滯曲線的壓電陶瓷驅動電源結構圖。

圖2為本發明具有遲滯補償功能的壓電陶瓷驅動電源結構圖。

圖3為本發明遲滯補償功能實現流程圖。

圖4(a)為期望位移與輸出電壓的遲滯圖，圖4(b)為輸入電壓與響應位移的遲滯圖，圖4(c)為補償后的遲滯圖，圖4(d)為逆模型開環補償原理圖。

圖5(a)為基于Preisach逆模型的開環控制前的遲滯曲線圖，圖5(b)為基于Preisach逆模型的開環控制后的遲滯曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖1-5對本發明的具體實施方式作進一步的說明。

結合圖1、圖2，本發明的一種具有遲滯補償功能的壓電陶瓷驅動電源，包括直流穩壓模塊、遲滯補償模塊、功率放大模塊和位移檢測模塊，所述遲滯補償模塊的輸入端接輸入電壓，輸出端與功率放大模塊的輸入端連接，所述功率放大模塊的輸出端與壓電陶瓷的輸入端連接，所述壓電陶瓷的輸出端與位移檢測模塊的輸入端連接，位移檢測模塊的輸出端與遲滯補償模塊連接；

所述直流穩壓模塊分別為功率放大模塊和遲滯補償模塊提供直流電壓；

所述遲滯補償模塊用于補償壓電陶瓷的遲滯非線性，遲滯補償模塊的輸入端和輸出端之間設置有切換開關，當第一次使用或更換不同型號壓電陶瓷片時切換開關閉合，遲滯補償模塊被短路；

所述功率放大模塊對遲滯補償模塊的輸出信號進行電壓和功率放大；

所述位移檢測模塊僅在第一次測量或更換不同型號壓電陶瓷片時啟用，用于測量響應位移并保存到遲滯補償模塊。

位移檢測模塊包括位移傳感器，位移傳感器用于測量壓電陶瓷的位移，并將采集的位移信號輸出到遲滯補償模塊。

所述遲滯補償模塊根據采集到的壓電陶瓷的位移和輸入電壓建立遲滯數學模型，求取模型參數，根據模型參數獲取遲滯逆模型，即期望位移與輸入電壓的關系。

本發明具有遲滯補償功能的壓電陶瓷驅動電源的遲滯補償方法包括以下步驟：

步驟1、閉合切換開關，接入位移檢測模塊，采集壓電陶瓷驅動器的位移，根據對應的輸入電壓得到電壓-位移曲線，并存儲到遲滯補償模塊；