Научная статья на тему 'Импульсное регулирование пьезопривода'

Импульсное регулирование пьезопривода Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
59
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Бейсебаев А.Т., Альжанов А.Б.

В данной работе анализируется применение пьезопривода в нанотехнологии и микроэлектронике и приводятся его динамические характеристики.Аталған жұмыста нанотехнологияда, микроэлектроникада пьезожетектің қолданылуы талданады және оның динамикалық сипаттамасы келтіріледі.The work analyzes the use of piezoelectric drive in nano-technology and microelectronics and gives its dynamic characteristics.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Бейсебаев А.Т., Альжанов А.Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Импульсное регулирование пьезопривода»

УДК 621.3.049.77

ИМПУЛЬСНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЬЕЗОПРИВОДА

- А.Т. Бейсебаев±, А.Б. Альжанов2

Павлодарский государственный университет III им. С. Торайгырова, Павлодар, Казахстан

Институт механики и машиноведения ■ ;V' им. акад. У. А Джолдасбекова, Алматы, Казахстан

Аталган жумыста нанотехнологияда. микроэлектроникада пьезожетект1Ц %олданылуы талданады жэне оныц динамикалык, сипаттамасы келт/ривд1.

В данной работе анализируется применение пьезопривода в нанотехнологии и микроэлектонике и приводятся его динамические

„ | характеристики.

The work analyzes the use of piezoelectric drive in nano-technology and microelectronics and gives its dynamic characteristics.

Применение пьезодвигателя (ПД) наноперемещений перспективно в оборудовании нанотехнологии, нанобиологии, микроэлектроники и астрономии. ПД работает на основе обратного пьезоэффекта, в котором эффект перемещения достигается за счет деформации пьезоэлемента при приложении внешнего электрического напряжения. ПД из пьезоэлектрической керамики на основе цирконата и титаната свинца, промышленных марок ЦТС или PZT обеспечивает диапазон перемещения от единиц нанометров до единиц микрометров с точностью до десятых долей нанометров [1, 2]. Увеличение диапазона перемещения привода до десятков микрометров достигается за счет применения составного ПД.

При эксплуатации пьезопривсда в нанотехнологии и микроэлектронике необходимо учитывать емкостный характер нагрузки при подключении ПД к схеме управления [2].

Для коррекции динамических характеристик пьезопривода целесообразно использовать пьезодатчик, ЧЭ которого конструктивно соединен с выходным валом ПД. Например, для улучшения качества работы САУ сканирующего устройства с пьезоприводом при инерционной нагрузке можно применить корректирующую обратную связь по второй производной перемещения ПД. Такая кор-

64

НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА

ректирующая обратная связь имеет аналогию в классическом электроприводе в виде обратной связи по второй производной угла поворота выходного вала.

В качестве корректирующего звена обратной связи используем пьезодат-чик, ЧЭ которого служит выходная пьезопластина или пьезопакет, набранный из электрически параллельно соединенных пьезопластин.

Введением отрицательной обратной связи по току, эквивалентной отрицательной обратной связи по скорости, получаем демпфирование ПД в результате увеличения его коэффициента затухания

где %т( - коэффициент затухания демпфированного потоку ПД; "%т и Тт -коэффициент затухания и постоянная времени ПД, соответственно; к - коэффициент передачи ПД; кс - коэффициент передачи по току.

При замыкании локальной отрицательной обратной связи при упругой нагрузке на ПД возникает возможность повышения быстродействия за счет уменьшения его эквивалентной постоянной времени

где Т - постоянная времени при упругой нагрузке; ке - коэффициент передачи при упругой нагрузке. В результате использования пьезодатчика, при инерционной нагрузке на ПД, получаем сигнал отрицательной обратной связи, пропорциональный ускорению. Следовательно, получаем увеличение постоянной времени ПД

где к, и Тт - коэффициент передачи и постоянная времени при инерционной нагрузке, соответственно.

При упруго-инерционной нагрузке при использовании пьезодатчика получаем сигнал равный сумме составляющих, одна из которых пропорциональна перемещению, а другая - ускорению. В этом случае возникает возможность регулирования постоянной времени ПД

J -т

1

где - постоянная времени при упруто-инерционной нагрузке. Следовательно, применение пьезодатчика в САУ пьезоприводом нанопере-мещений позволяет эффектно корректировав динамические характеристики ПД.

Рассмотрим обобщенную стр\тстуру систем импульсного регулирования пье-зопривода с использованием импульсных регуляторов перемещения ПД, обеспечивающих обратные связи по напряжению, току, перемещению, скорости, ускорению (рис. 1).

Рисунок 1

В рассматриваемых системах и регуляторах задающий сигнал через устройство сравнения, поступает на вход трехпозиционного релейного усилителя. В зависимости от полярности задающего сигнала при превышении зоны нечувствительности релейного элемента включаются реле (Р). При этом на вторые входы реле генератора поступают тактирующие импульсы (рис. 2). Одно реле обеспечивает в соответствии с тактирующими импульсами включение высоковольтного ключа, который питает высоким напряжением от источника напряжения одну из диагоналей мостовой схемы, в другую диагональ включен ПД.

Рисунок 2

Реле трехпозиционного релейного усилителя, которые соединены с управляющими входами ключевых элементов (К), включенных в противоположные плечи моста, открывают в соответствии с тактирующими импульсами ключи в противоположных плечах моста, например, тиристоры, оптроны, транзисторы, че-

66

НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА

рез которые происходит заряд емкости ПД, причем расширение или сжатие ПД происходит в зависимости от полярности задающего сигнала.

Полученные зависимости позволяют выбирать с учетом нагрузки необходимые корректирующие обратные связи для получения требуемых характеристик пьезопривода с импульсным регулированием перемещения ПД.

ЛИТЕРАТУРА

1. Афонин С.М. Пьезопреобразователи для приводов микроперемещепий // Приборы и системы управления. 1998. № 2.

2. Казаков Л.А. Электромагнитные устройства РАЭ: Справочник. М.: Радио и связь, 1991.

3. Физическая акустика. Т. 1. Часть А. Методы и приборы ультразвуковых исследований / Под ред. У. Мэзона. М.: Мир, 1966.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.