[发明专利]一种压电作动器、压电作动器控制系统及控制方法

说明书

本发明提供了一种压电作动器、压电作动器控制系统及控制方法，包括：桥式放大机构、压电叠堆、压电传感器、紧固件和控制器；所述桥式放大机构为轴对称的中空框架结构，所述桥式放大机构的两侧具有对称设置的一组弹性臂；所述桥式放大机构的中间设置有定位槽，所述压电叠堆安装在所述定位槽中，并通过所述紧固件将所述压电传感器和所述压电叠堆一起压紧在所述定位槽中，所述压电叠堆的伸缩驱动所述桥式放大机构产生振动输出；所述控制器与所述压电叠堆和所述压电传感器信号连接。本发明集成度高，引入桥式位移放大机构，提高了压电作动器的驱动行程。使用反馈控制算法抑制了压电作动器的迟滞现象，提高了压电作动器的输出位移的精确度。

技术领域

本发明涉及作动器技术领域，尤其是涉及一种压电作动器、压电作动器控制系统及控制方法。

背景技术

随着微电子技术、生物工程以及航空航天等领域的迅速发展，对精密驱动技术的要求也越来越高。微位移系统也向着微型、集成化的方向发展，其中使用压电陶瓷驱动方式的微位移系统因为物理特性好，响应速度快等特点被广泛应用。

但由于压电陶瓷自身的特性，压电陶瓷在受电压驱动时，压电陶瓷的位移与输入电压并不能达到理想的线性关系，表现为驱动电压上升阶段和下降阶段的输入—输出曲线不是斜率恒定的曲线，而且上升阶段与下降阶段的曲线不重合，两条曲线之间存在明显的差异，对压电陶瓷的输出位移造成严重的非线性的影响。

为了减少压电陶瓷的固有迟滞非线性带来的影响，通常会使用反馈的方式对压电陶瓷进行控制。目前常见的微位移传感器有电感式位移传感器、电容式位移传感器、光谱共焦位移传感器、电阻应变计等。但是，上述微位移传感器存在难以与压电作动器集成一体化、小型化以及传感器反馈调整困难等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种一体化程度高，能够实现传感器反馈调整的压电作动器、压电作动器控制系统及控制方法。

本发明提供了一种压电作动器，包括：桥式放大机构、压电叠堆、压电传感器、紧固件和控制器；所述桥式放大机构为轴对称的中空框架结构，所述桥式放大机构的两侧具有对称设置的一组弹性臂；所述桥式放大机构的中间设置有定位槽，所述压电叠堆安装在所述定位槽中，并通过所述紧固件将所述压电传感器和所述压电叠堆一起压紧在所述定位槽中，所述压电叠堆的伸缩驱动所述桥式放大机构产生振动输出；所述控制器与所述压电叠堆和所述压电传感器信号连接。

进一步地，所述桥式放大机构为等刚度桥式放大机构。

进一步地，所述弹性臂包括固定螺纹孔和相对于所述固定螺纹孔对称设置的两个弹性单元。

进一步地，所述紧固件为固定螺栓，所述固定螺栓从一端穿过所述桥式放大机构与所述压电传感器相抵，将所述压电传感器与所述压电叠堆压紧。

本发明还提供了一种压电作动器控制系统，包括：控制器、系统总线、ADC模块、DAC模块和功率放大器；所述控制器通过所述系统总线与所述ADC模块和DAC模块信号连接，所述ADC模块与所述压电传感器信号连接，所述DAC模块与所述功率放大器信号连接；所述DAC模块将所述控制器输出的数字量的电压值转化为模拟量发送给所述功率放大器，驱动压电叠堆，压电叠堆的输出位移由压电传感器进行检测，所述ADC模块将压电传感器输出的模拟量的位置信号转换为数字量，输入到所述控制器对压电叠堆的位置进行解算，并对压电叠堆进行反馈控制。

进一步地，还包括电源单元，所述电源单元通过所述系统总线(6)与所述控制器、ADC模块、DAC模块和功率放大器电连接。

进一步地，还包括存储单元，所述存储单元通过所述系统总线与所述控制器相连。

本发明还提供了一种压电作动器控制方法，包括：

步骤S1，控制器根据目标位移指令计算出所需要的驱动电压的大小，并将驱动电压信号传送给DAC模块，DAC模块接收所述驱动电压信号，并将驱动电压信号转化为模拟量传送给功率放大器；