一种纵弯复合模态足式压电驱动器实现跨尺度驱动的方法

摘要

一种纵弯复合模态足式压电驱动器实现跨尺度驱动的方法，涉及压电驱动技术领域。本发明是为了解决现有纵向振动和弯曲振动复合实现驱动的压电超声驱动器定位精度和分辨力难于提高、无法克服强载、快速、大行程和高精度之间的矛盾的问题。驱动器包括纵振压电陶瓷片、弯振压电陶瓷片和驱动足，驱动器的驱动方法根据目标输出位移选择交流连续激励模式、脉冲步进激励模式和直流微驱动模式三种激励模式之一、两种激励模式组合或者三种激励模式组合来实现不同位移尺度输出，使驱动器能够驱动动子实现大推力、大位移、快速及连续运动输出，实现微米尺度分辨力、低速及断续步进输出；纳米尺度分辨力及微米尺度行程输出。它可应用到超精密压电驱动技术领域。

主权项

一种纵弯复合模态足式压电驱动器实现跨尺度驱动的方法，所述纵弯复合模态足式压电驱动器包括纵振压电陶瓷片、弯振压电陶瓷片和驱动足，其特征在于，所述驱动器的驱动方法根据目标输出位移选择下述三种激励模式之一、两种激励模式的组合或者三种激励模式的组合来实现不同位移尺度的输出；三种激励模式分别为：第一种为交流连续激励模式，该激励模式给纵振压电陶瓷片和弯振压电陶瓷片分别施加在时间上具有90度相位差的两相连续交流激励电压，以实现驱动器纵向振动和弯曲振动的复合激励，从而在驱动足处产生稳定而持续的椭圆轨迹的振动；该振动能够驱动动子实现大推力、大位移、快速及连续的运动输出，所述大位移指位移大小不受限制；第二种为脉冲步进激励模式，该激励模式给纵振压电陶瓷片和弯振压电陶瓷片分别施加在时间上具有90度相位差的两相脉冲激励电压，实现驱动器纵向振动和弯曲振动的脉冲式复合激励，从而在驱动足处产生间歇性的椭圆轨迹的振动；该振动能够驱动动子实现微米尺度分辨力、低速及断续的步进输出；第三种为直流微驱动模式，该激励模式给纵振压电陶瓷片施加直流电压，给弯振压电陶瓷片保持悬空状态，或是给弯振压电陶瓷片施加直流电压，给纵振压电陶瓷片保持悬空状态，实现驱动器的纵向伸缩变形或弯曲变形的激励，从而在驱动足处获得单一方向的位移输出，该位移输出能够驱动动子实现纳米尺度分辨力及微米尺度行程的输出，通过调整直流电压幅值实现动子输出位移的精确调整，当驱动器的目标输出位移在数十毫米以上时，则驱动器首先进入交流连续激励模式，在实际输出位移未达到目标输出位移时，每一设定采样周期采集一次当前实际输出位移；再计算当前实际输出位移与目标输出位移的差值，并采用下述方法之一实现最终精确定位：方法一：当实际位移与目标位移之间的差值小于或者等于直流微驱动模式下获得的驱动足最大输出位移，直接转换至直流驱动模式，实现最终的精确定位；方法二：当交流连续激励模式输出位移与目标位移差值大于直流微驱动模式下获得的驱动足最大输出位移，首先切换至脉冲步进激励模式，实现步进调整，直至驱动器输出位移与目标位移之间差值小于或者等于直流微驱动模式下获得的驱动足最大输出位移，驱动器再切换至直流微驱动模式，实现最终的精确定位。