[發明專利]一種尺蠖型壓電推桿電機及其遲滯特性補償方法

有效

• 申請號: 202110969785.3
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113824351B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 史維佳;孫連偉;趙勃;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/13
• 分類號: G06F17/13;H02N2/02;H02N2/06
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發明是一種尺蠖型壓電推桿電機及其遲滯特性補償方法。所述電機包括：外殼，運動推桿，驅動單元，PCB霍爾傳感器，磁編碼貼片，直線軸承和驅動控制器；所述驅動單元包括壓電陶瓷堆疊和陶瓷片，使用螺栓將驅動單元固定在外殼內部，運動推桿安裝在外殼、驅動單元、限位單元和外殼端蓋的中心孔中；將直線軸承安裝在外殼與運動推桿之間，在外殼端蓋對應位置開有圓形孔，使得推桿電機能夠始終保持直線運動；本發明為基于仿生學中的尺蠖爬行原理，利用逆壓電效應將電能轉化為機械能的新型尺蠖型壓電推桿電機，具有體積小、動作連續、推力大、精度高、易于控制等優點。該電機在某些大行程、高分辨率的精密定位領域更具有優勢。

技術領域

本發明涉及壓電驅動技術領域，是一種尺蠖型壓電推桿電機及其遲滯特性補償方法。

背景技術

精度、速度和行程的要求也越來越高。其中，驅動裝置直接決定了平臺的速度、精度、行程和整個系統的效率。

尺蠖型壓電推桿電機是基于仿生學中的尺蠖爬行原理，利用逆壓電效應將電能轉化為機械能的驅動裝置。尺蠖型壓電推桿電機具有易于控制、推力大、精度高等優點，因此在某些大行程、高分辨率的精密定位領域，尺蠖型壓電推桿電機更具有優勢。然而尺蠖型壓電推桿電機還存在以下不足：第一，定心導向結構不能使運動軸始終保持直線運動；第二，電機本體沒有行程檢測裝置，不便于閉環控制；第三，上由于壓電陶瓷堆絕緣層存之間在彈性形變、壓電材料固有的遲滯以及蠕變等非線性特性的存在，尺蠖電機位移量與驅動電壓不完全線性，會降低尺蠖電機定位精度。

發明內容

本發明為解決現有技術的不足，本發明提供了一種尺蠖型壓電推桿電機及其遲滯特性補償方法，本發明提供了以下技術方案：

一種尺蠖型壓電推桿電機，所述電機包括：外殼，運動推桿，驅動單元，PCB霍爾傳感器，磁編碼貼片，直線軸承和驅動控制器；

所述驅動單元包括壓電陶瓷堆疊和陶瓷片，使用螺栓將驅動單元固定在外殼內部，運動推桿安裝在外殼、驅動單元、限位單元和外殼端蓋的中心孔中；將直線軸承安裝在外殼與運動推桿之間，在外殼端蓋對應位置開有圓形孔，使得推桿電機能夠始終保持直線運動；

安裝在運動推桿表面所開的凹槽處，并在磁編碼貼片與外殼的正對位置上安裝有PCB霍爾傳感器，使得對推桿行程進行檢測，將PCB霍爾傳感器輸出信號與驅動控制器相連，通過PCB霍爾傳感器檢測超聲型壓電推桿電機的行程，然后與給定行程進行比較，輸出調節信號，改變行程。

一種尺蠖型壓電推桿電機的遲滯特性補償方法，包括以下步驟：

步驟1：確定單輸入單輸出系統的輸入輸出遲滯特性，采用DUHEM模型描述遲滯引起的控制非線性特征；

步驟2：按照電壓的上升和下降可以將模型遲滯的部分拆分為電壓上升段和電壓下降段；

步驟3：通過解析逆模型的前饋補償消除遲滯對控制的影響，實現尺蠖電機輸入電壓與輸出位移線性化一一對應，對尺蠖電機進行重復定位精度。

優選地，所述步驟1具體為：

單輸入單輸出系統的輸入輸出遲滯特性，通過下式確定：

其中，絕對連續，u和y分別為模型的輸入輸出；

分段連續；

連續；

連續且滿足l(0)＝0；

為進行描述遲滯特性，建立DUHEM微分方程，通過下式表示所述方程：