[發明專利]壓電陶瓷驅動控制系統

在審

• 申請號: 201710144867.8
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN107070298A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 程龍;侯增廣;譚民;王昂;陳妙
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: H02N2/06
• 分類號: H02N2/06
• 代理公司: 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙)11482
• 代理人: 郭文浩,吳曉芬

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷控制技術領域，具體涉及一種壓電陶瓷驅動控制系統。

背景技術

壓電陶瓷執行器是一種精密執行機構，其利用逆壓電效應產生微米級乃至納米級分辨率的位移，從而實現微米級乃至納米級的高精度定位與伺服。壓電陶瓷執行器主要是依據驅動電壓來產生相應的位移，因此驅動電壓的精確性和穩定性是影響壓電陶瓷執行器定位準確性的關鍵因素。但是，目前壓電陶瓷執行器控制裝置大多僅適用于低頻環境，驅動電壓的輸出功率較低，不能在高頻環境對電壓陶瓷執行器進行高精度控制，進而限制了電壓陶瓷執行器的適用范圍，如采用電壓陶瓷執行器對掃描電子顯微鏡的掃描探針進行高精度控制時，控制裝置輸出驅動電壓的高頻性能將會直接影響掃描電子顯微鏡的成像質量。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決壓電陶瓷執行器控制裝置的響應頻率低和驅動電壓輸出功率小的技術問題，本發明提供了一種壓電陶瓷驅動控制系統，以提高壓電陶瓷執行器驅動電壓的輸出功率和工作頻率。

本發明中壓電陶瓷驅動控制系統的技術方案是：

所述系統包括微處理器、電壓放大驅動電路和測量模塊；

所述電壓放大驅動電路的輸入端與所述微處理器連接，輸出端與壓電陶瓷執行器連接；所述電壓放大驅動電路，用于對所述微處理器輸出的驅動電壓信號進行功率放大，并將所述功率放大后的驅動電壓信號發送至所述壓電陶瓷執行器；

所述測量模塊的輸入端與所述壓電陶瓷執行器連接，輸出端與所述微處理器連接；所述測量模塊，用于采集所述壓電陶瓷執行器產生的實際位移信號，并將所述實際位移信號發送至微處理器；

所述微處理器，用于向所述電壓放大驅動電路輸出所述壓電陶瓷執行器的驅動電壓信號，并依據所述實際位移信號與期望位移信號，修正所述驅動電壓信號。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述電壓放大驅動電路包括誤差放大電路；所述誤差放大電路包括第一運算放大器和第二運算放大器；

所述第一運算放大器的正輸入端與所述微處理器連接，輸出端與所述第二運算放大器的正輸入端連接；所述第二運算放大器的負輸入端接地，輸出端的一個連接端子與所述壓電陶瓷執行器連接，一個連接端子與第一運算放大器的負輸入端連接；

其中，所述第一運算放大器包括低噪聲放大器，所述第二運算放大器包括高功率放大器。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述電壓放大驅動電路還包括相位補償電路；所述相位補償電路包括第一補償電容、第二補償電容和隔離電阻；

其中，所述第一補償電容連接于所述電壓放大驅動電路中第一運算放大器的負輸入端與輸出端之間；

所述第二補償電容與連接于所述電壓放大驅動電路中第二運算放大器的正輸入端與輸出端之間的反饋電阻并聯；

所述隔離電阻與所述第二運算放大器的輸出端連接。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述電壓放大驅動電路還包括濾波電路和保護電路；

所述濾波電路包括一個電容或多個分別并聯的電容，所述濾波電路與所述電壓放大驅動電路的供電端子和/或驅動電壓信號輸入端子和/或驅動電壓信號輸出端子連接；

所述保護電路包括穩壓管電路和二極管；

其中，所述穩壓管電路連接于所述電壓放大驅動電路中第二運算放大器的正輸入端與負輸入端之間；所述穩壓管電路包括兩個并聯的穩壓管支路，所述穩壓管支路包括一個穩壓管或多個串聯的穩壓管，且所述兩個穩壓管支路形成的電流通路的方向相反；

所述二極管分別與所述電壓放大驅動電路中第一運算放大器的輸出端和第二運算放大器的輸出端連接。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述電壓放大驅動電路還包括連接于所述電壓放大驅動電路中第一運算放大器的負輸入端與第二運算放大器的輸出端之間的反饋補償電路；所述反饋補償電路包括并聯的電阻和電容。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述測量模塊包括惠斯通全橋應變電路和前置放大電路；

其中，所述惠斯通全橋應變電路，用于采集所述壓電陶瓷執行器產生的實際位移信號；

所述前置放大電路，用于對所述實際位移信號進行放大，并將所述放大后的實際位移信號發送至所述微處理器。

進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述系統還包括數模轉換模塊和模數轉換模塊；所述數模轉換模塊連接于所述微處理器與電壓放大驅動電路之間；所述模數轉換模塊連接于所述微處理器與測量模塊之間；