CN104617810B - 堆叠型压电陶瓷驱动器的应用双向小尖峰电压抗蠕变方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆叠型压电陶瓷驱动器的应用双向小尖峰电压抗蠕变方法，增加双向小幅值尖峰电压的方法，在驱动电压为台阶电压时，在台阶电压开始处的下一个控制时间增加与台阶电压的变化方向相同且幅值为A_spike、持续时间为T_d的尖峰电压。通过增加双向小幅值尖峰电压的方法，系统的蠕变速率快速减少到零，满足了对堆叠型压电陶瓷驱动器精准定位的需求，实现了大台阶压差、大间隔下的纳米级定位。

Description

堆叠型压电陶瓷驱动器的应用双向小尖峰电压抗蠕变方法

一、技术领域

本发明属于压电陶瓷驱动器领域，特别是一种堆叠型压电陶瓷驱动器的应用双向小尖峰电压抗蠕变方法。

二、背景技术

堆叠型压电陶瓷驱动器具有位移分辨率高，体积小，响应快，输出力大等优点，其广泛用于进行微纳米级的微位移操作相关领域，但其固有的迟滞、蠕变非线性使它的位移误差增大，严重影响了它的定位精度。

蠕变特性就是当施加在压电陶瓷驱动器的电压值不再变化时，位移值不是稳定在一固定值上，而是随着时间的缓慢变化，并在一定时间之后才达到稳定值。这是由于电介质内部的晶格间存在摩擦力，晶体中90度电畴开始转向时相互影响，当电压停止变化后，晶格由于惯性继续翻转，而存在一定的变形滞后。

现行蠕变抑制方法有分为两种：模型方法和无模型方法。模型方法是先建立蠕变模型，然后再求其逆模型来消除蠕变。其中蠕变模型的建立分为两种：其一是建立与迟滞相关的蠕变模型，在这类模型中都是先确定迟滞的值，然后在根据迟滞的值来确定蠕变的值；其二是建立基于数据辨识的蠕变现象模型，就现有文献来看，用此方法研究蠕变，作用时间范围是蠕变的稳定阶段。无模型的方法就是把蠕变看作是附加在迟滞上的非线性项来加以抑制，常使用复合控制和各种高级智能控制等。如使用单向大幅值尖峰电压作用于压电陶瓷驱动器，得出要想得到纳米级精度的定位，但这种单方向大幅值的尖峰电压必须使用多圈。以上两种方法虽然抑制蠕变起到一定的效果，但是过程复杂，抑制蠕变效果不明显，抑制之后的位移误差还是不能满足精准定位的需求。

三、发明内容

为了克服上述技术缺点，本发明的目的是提供一种堆叠型压电陶瓷驱动器的应用双向小尖峰电压抗蠕变方法，此方法操作简单，可以使蠕变误差速率快速减小到零，因此满足了对堆叠型压电陶瓷驱动器精准定位的需求。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：增加尖峰电压的方法，在驱动电压为台阶电压时，在台阶电压开始时的下一个控制时间增加与台阶电压的变化方向相同且幅值为A_spike、持续时间为T_d 的尖峰电压。

通过增加尖峰电压的方法，系统的蠕变误差速率快速减少到零，使快速准确的精密定位成为可能。

本发明设计了，所述在台阶电压开始时的下一个控制时间增加与台阶电压的变化方向相同的尖峰电压设置为在台阶电压上升段时，尖峰电压的幅值为正值，增加作用电压的幅值，在台阶电压下降段时，尖峰电压的幅值为负值，减小作用电压的幅值，

在本技术方案中，以在在台阶电压开始时的下一个控制时间增加与台阶电压的变化方向相同且幅值为A_spike、持续时间为T_d 的尖峰电压为重要技术特征，在用于堆叠型压电陶瓷驱动器开环抗蠕变的技术领域中，具有新颖性、创造性和实用性，在本技术方案中的术语都是可以用本技术领域中的专利文献进行解释和理解。

四、附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为增加尖峰电压示意图。

图2具有双向小幅值尖峰电压的台阶电压。

图3-图4为台阶电压为1v的各种倍数的尖峰电压与位移变化示意图。

图5-图6为台阶电压为2v的各种倍数的尖峰电压与位移变化示意图。

图7-图8为台阶电压为3v的各种倍数的尖峰电压与位移变化示意图。

图9-图10为台阶电压为4v的各种倍数的尖峰电压与位移变化示意图。

图11-图12为台阶电压为5v的各种倍数的尖峰电压与位移变化示意图。

图13-图14为台阶电压为6v的各种倍数的尖峰电压与位移变化示意图。

五、具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步描述，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。其步骤是：

参见图1-图2，堆叠型压电陶瓷驱动器的驱动电压设置为具有上升段和下降段的台阶电压，在台阶电压上升段时，当台阶电压作用之后的下一个控制时间施加幅值为A_spike、持续时间为T_d 的尖峰电压，此时尖峰电压的幅值为正值，增加作用电压的幅值；在台阶电压下降段时，施加幅值数值相同，但方向相反且持续时间相同的尖峰电压，此时尖峰电压减小台阶电压的幅值。

下表为尖峰电压的数值与台阶电压呈倍数关系，如当台阶电压为3v时，输入尖峰电压的数值可以设置为3v、6v或9v。

根据图3-图14绘制下表，记录了各台阶电压输入不同倍率的尖峰电压时蠕变速率为零的个数。

根据上表可以看到，使用了双向小幅值的尖峰电压后，蠕变速率为零的台阶明显增多，当误差限设为50nm时，大范围定位的零蠕变速率可扩展到整个台阶。

图3-图4输入的尖峰电压在台阶压差为1V时，尖峰电压幅值分别等于0V,1V,2V和3V时的对应的蠕变情况，从20ms处开始；

图5-图6输入台阶电压压差为2V时，尖峰幅值分别为0V,2V,4V,6V的对应蠕变情况；

图7-图8输入台阶电压压差为3V时，尖峰幅值分别为0V,3V,6V,9V对应的蠕变变化情况；

图9-图10输入台阶电压压差为4V是，尖峰电压幅值分别为0V，4V,8V,12V时，蠕变的变化情况；

图11-图12输入台阶电压压差为5V,尖峰电压值为0V,5V,10V,15V时蠕变的变化情况；

图13-图14输入台阶电压压差为6V时，尖峰电压幅值分别为0V,6V,12V,18V时的蠕变变化情况。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种堆叠型压电陶瓷驱动器的应用双向小尖峰电压抗蠕变方法，其特征是：通过增加双向小幅值尖峰电压的方法进行实现：在驱动电压为台阶电压时，在台阶电压开始处的下一个控制时间增加与台阶电压的变化方向相同且幅值为 Aspike、持续时间为 Td 的尖峰电压;所述在台阶电压开始处增加与台阶电压的变化方向相同的尖峰电压设置为在台阶电压上升段时，尖峰电压的幅值为正值，增加作用电压的幅值，在台阶电压下降段时，尖峰电压的幅值为负值，减小作用电压的幅值。