[發(fā)明專利]粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910260151.3
• 申請(qǐng)日: 2019-04-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109818526B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘博文;朱杰;王振華;孫立寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/06
• 分類號(hào): H02N2/06
• 代理公司: 蘇州謹(jǐn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本申請(qǐng)涉及一種粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置，屬于驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：獲取運(yùn)動(dòng)塊的目標(biāo)位置和目標(biāo)速度；獲取運(yùn)動(dòng)塊的當(dāng)前位移和當(dāng)前速度；確定當(dāng)前速度與目標(biāo)速度是否相同；在當(dāng)前速度與目標(biāo)速度不同時(shí)，基于PID控制算法調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)頻率以調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)塊的當(dāng)前速度；根據(jù)當(dāng)前位移確定運(yùn)動(dòng)塊與目標(biāo)位置之間的距離；在距離小于掃描模式距離時(shí)，基于PID控制算法使用粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)塊向目標(biāo)位置進(jìn)行納米級(jí)運(yùn)動(dòng)；可以解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)運(yùn)動(dòng)塊的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的問(wèn)題；可以實(shí)現(xiàn)對(duì)位置和速度的雙重調(diào)節(jié)，提高粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置，屬于驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器是一種利用慣性力與摩擦力之間的差異實(shí)現(xiàn)精密驅(qū)動(dòng)定位的裝置。粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器包括兩種工作模式：步進(jìn)式工作模式和掃描式工作模式。其中，步進(jìn)式工作模式采用周期性驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入，用于粗調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)定位；掃描式工作模式采用高分辨率微調(diào)電壓信號(hào)輸入，用于精密地補(bǔ)償進(jìn)給微動(dòng)定位。

然而，由于壓電陶瓷自身的非線性特征、粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器裝配誤差、平臺(tái)的磨損情況不一致等原因，粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)塊的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況可能與預(yù)期運(yùn)動(dòng)情況不一致。

現(xiàn)有技術(shù)中，采用基于位移控制的全閉環(huán)PID控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器精密的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)定位。在該方法中，通過(guò)位移傳感器不斷采集運(yùn)動(dòng)塊的實(shí)際位移數(shù)據(jù)，并將該實(shí)際位移數(shù)據(jù)與目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比；在二者之差大于一個(gè)步長(zhǎng)時(shí)進(jìn)入步進(jìn)式工作模式，步進(jìn)式工作模式一直運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的目標(biāo)位移與實(shí)際位移數(shù)據(jù)之差小于或等于一個(gè)步長(zhǎng)時(shí)結(jié)束。然后，粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入掃描式工作模式，通過(guò)PID自動(dòng)調(diào)節(jié)控制模塊不斷修正設(shè)定位移與實(shí)際位移數(shù)據(jù)之間的誤差，直到粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器定位至設(shè)定目標(biāo)處停止。

然而，運(yùn)動(dòng)塊的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度也可能與期望運(yùn)動(dòng)速度不一致，如何控制粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)塊的速度達(dá)到期望的目標(biāo)速度是亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制方法及裝置，可以解決技術(shù)無(wú)法對(duì)運(yùn)動(dòng)塊的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

第一方面，提供一種粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制方法，所述粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器與信號(hào)生成裝置相連，所述信號(hào)生成裝置用于向所述粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)；所述方法包括：

獲取所述運(yùn)動(dòng)塊的目標(biāo)位置和目標(biāo)速度；

獲取所述運(yùn)動(dòng)塊的當(dāng)前位移和當(dāng)前速度；

確定所述當(dāng)前速度與所述目標(biāo)速度是否相同；

在所述當(dāng)前速度與所述目標(biāo)速度不同時(shí)，基于PID控制算法調(diào)節(jié)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)頻率以調(diào)節(jié)所述運(yùn)動(dòng)塊的當(dāng)前速度；

根據(jù)所述當(dāng)前位移確定所述運(yùn)動(dòng)塊與所述目標(biāo)位置之間的距離；

在所述距離小于掃描模式距離時(shí)，基于PID控制算法使用所述粘滑式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)塊向所述目標(biāo)位置進(jìn)行納米級(jí)運(yùn)動(dòng)。

可選地，調(diào)節(jié)后的信號(hào)頻率與調(diào)節(jié)前的信號(hào)頻率具有相同的升壓時(shí)長(zhǎng)，和/或，調(diào)節(jié)后的信號(hào)頻率與調(diào)節(jié)前的信號(hào)頻率具有相同的降壓時(shí)長(zhǎng)。

可選地，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的升壓階段為二階驅(qū)動(dòng)信號(hào)；或者，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的降壓階段為二階驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

可選地，所述當(dāng)前位移的采樣時(shí)間大于所述當(dāng)前速度的采樣時(shí)間。

可選地，所述方法還包括：

在所述距離大于或等于所述掃描模式距離時(shí)，使用所述當(dāng)前位移和上次位移計(jì)算所述運(yùn)動(dòng)塊當(dāng)前步距；