提高压电超声马达步进分辨率和减少驱动能耗的高低压驱动方法

摘要

本发明公开了属于压电超声马达控制技术领域的一种提高压电超声马达步进分辨率的高低压驱动方法。是基于压电超声马达运转后，其维持马达运转的槛电压将比开始驱动马达运转的槛电压低的驱动特点。通过控制在压电超声马达压电陶瓷的均布电极上在不同时间段加不同的驱动电压，用于减小高启动槛电压带来的尾波效应对制动的不利影响。实验结果步进角从普通驱动得到的最小步进角1分15角秒提高到高低压驱动得到的最小步进角23角秒。得到的步进分辨率比使用一般方法所得到的步进分辨率提高2倍以上，同时，该方法引申为大步进和连续控制的情况，使得可以在工作时采用低电压驱动而达到减小能耗的目的。

说明书

技术领域

本发明属于压电超声马达控制技术领域，特别涉及一种提高压电超声马达的步进分辨率和减少能耗的高低压驱动方法。

背景技术

压电超声马达具有极高的位移分辨率和大力矩、低转速等特点，是一种能直接驱动负载的高刚度、高响应速度、高精度的新型驱动器。它能构成有高保持力，低噪音的传动系统，容易实现小型化和智能化。所以压电超声马达在精密机械、测量仪器的移动机构、传输系统和机器人等领域，应用前景非常广阔。

对于压电超声马达而言，有一个槛电压，使用高于该槛电压的高频驱动电源才能驱动压电超声马达，而维持压电超声马达运转所需要的电压值则比这一槛电压低；此外要改善压电超声马达驱动器的高频特性，就必须提高导通相电流前沿，而要使超声波电机能够快速回到停止状态就必须要快速释放掉已经充在超声波电机中的电荷，电压太高，一开始相电流必然很大，释放电荷速度也相应慢，另外高压的尾波对于压电超声马达的制动是不利的；此外，对于压电超声马达而言有一个最小的步进角，该步进角与马达定转子材料有关，与马达预紧力有关，与温度有关，还与驱动有关，目前国际上对步进超声马达的研究很少，而对最小步进角的研究就更少了；此外，压电马达的驱动能耗与所提供的电压有关，与电压的持续时间有关。本发明正是基于超声波马达的驱动方式提出的一种提高步进分辨率的方法，该方法应用在压电超声马达连续大步进和连续工作的场合下可以达到减少能耗的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高压电超声马达步进分辨率和减少驱动能耗的高低压驱动方法，其特征在于：所述的高低压驱动方法分两步进行：第一相的驱动使用高于或等于槛电压的电压Uh进行驱动，驱动时间为T₁；然后将电压降低到Ul进行驱动，驱动时间为T₂；第二相则使用低电压Ul驱动，驱动时间为T3，

具体说明如下：

对于提高步进分辨率而言其供电时序为

第一相：由B、C来的脉冲高电平，同时开启Q1、Q2，由于D2反相截止，所以Ul不供电，而只有Uh供电，时间为T1，A点为低电平，Q3截止；B、C点直流脉冲过后，B点变低电平，Q1截止，C点变为脉冲输入，此时Ul供电，时间为T2；第二相A点则变为相位落后C点90度的脉冲，时间为T3；调节好驱动时间T1、T2、T3即可实现提高步进分辨率。

本发明的有益效果是在不同的时间段加不同的电压，减小了高启动槛电压带来的尾波效应对制动的不利影响；可以获得比只用单电压Uh供电更低的步进角。得到的步进分辨率比使用一般方法所得到的步进分辨率提高2倍以上。

对于大步进角的运动，调节合适的T1、T2和T3，使主要驱动时间T2、T3时间内为低电压Ul驱动，从而达到减少能耗的目的。

对于连续运动而言，使T2和T3为连续运动的时间即可，同样也在连续运动时采用低压Ul驱动来达到减少能耗的目的。

附图说明

图1为高低压驱动压电超声马达的供电电路示意图。

图2为压电超声马达高低压驱动电压时序示意图。

具体实施方式

本发明为一种提高压电超声马达步进分辨率和减少驱动能耗的高低压驱动方法。所述的高低压驱动方法分两步进行：第一相的驱动使用高于或等于槛电压的电压Uh进行驱动，驱动时间为T₁；然后用交流电压平均值低于槛电压Uh的交流电压Ul进行驱动，驱动时间为T₂；第二相则使用电压Ul驱动，驱动时间为T3，具体说明如下：

对于提高步进分辨率而言其时序如图1、图2所示：

第一相：B、C点直流脉冲过后，B点变低电平，Q1截止，C点变为脉冲输入，此时Ul供电，时间为T2；第二相A点则变为相位落后C点90度的脉冲，时间为T3；调节好驱动时间T1、T2、T3即可实现提高步进分辨率。

对于大步进角的运动，调节合适的T1、T2和T3，使主要驱动时间T2、T3时间内为低电压Ul驱动，从而达到减少能耗的目的。

对于连续运动而言，使T2和T3为连续运动的时间即可，同样也在连续运动时采用低压Ul驱动来达到减少能耗的目的。

所使用的D1、D2、D3均为快速恢复二极管，以利于高频工作情况下电荷的释放，L1、L2为匹配电感，实验所采用的马达为摇头式超声波马达作为实验，实验结果步进角从普通驱动得到的最小步进角1分15角秒提高到高低压驱动得到的最小步进角23角秒。