[发明专利]一种相向摩擦减阻力惯性压电马达的控制方法

说明书

本发明相向摩擦减阻力惯性压电马达的控制方法，其特征是给相向摩擦减阻力惯性压电马达中两个独立可控的压电体分别提供一种控制波形，一路信号驱动马达步进，另一路信号控制压电体形变来减少动子与压电体之间的摩擦，通过两路信号配合驱动马达步进。马达静止时，滑杆受到的握持力是较大的静摩擦力，使得马达抗干扰能力强，稳定性高；马达行走时，副压电体形变，副压电体两端和滑杆间的总摩擦阻力减小，这时驱动压电体快速形变产生的惯性力就有很大一部分转为输出推力，马达步进有力。本发明为向摩擦减阻力惯性压电马达提供了一种高效的控制方法，达到相向摩擦减阻力惯性压电马达的设计目的。

技术领域

本发明涉及一种压电步进器的控制方法，特别涉及一种利用相向摩擦来有效且可控的减阻力的惯性压电步进器的控制方法，属于压电定位器技术领域。

背景技术

压电马达是一种利用压电体对动子产生重复累加的压电移动来推动动子相对于定子步进的压电定位器。因压电马达能够同时实现毫米以上的宏观大行程和纳米甚至埃米超高精度定位而被广泛应用于现代光学、超精密机械制造、微电子制造、生物、医学以及航天航空等诸多重要领域。是非常重要的纳米科技与国家战略重点领域工具。

近年来，压电马达的性能在不断提升，并向着小体积、高刚性、高精度和大推力的方向发展。而早期的惯性压电马达是一种因为结构简单紧凑、适用范围广等特点而被广泛应用的压电马达。它的基本原理是利用滑块的惯性和压电体的突然形变来制造相对位移从而使滑块步进。虽然惯性压电马达取得了巨大成功，但是仍存在输出推力小，启动电压大等致命缺点。为了填补这些缺点，我们提出过“相向摩擦减阻力惯性压电马达及控制法和扫描探针显微镜”(见中国专利申请号：201510189463.1)，该发明的优点是刚性强、推力大、行程大、对称性高同时拥有小尺寸，而且适用于较大变化温区。

然而该压电步进器仍未给出一个有效的控制方法来使马达实现持续稳定的步进，因而使得该类马达一直没有取得实际应用。

在本发明里，我们则通过大量实验尝试，得出了可以使马达有效步进的控制方法。我们发现，在该控制方法下，通过两路信号配合我们获得了比以往一路信号驱动的马达大得多的步长和小得多的启动电压。这意味着惯性压电马达推力小、步长小、启动电压大的缺点将被完全填补并将在各个行业中获得更大的应用价值。

发明内容

本发明的目的：为了解决相向摩擦减阻力惯性压电马达无法被正常驱动的问题，提供一种高效的控制方法，达到相向摩擦减阻力惯性压电马达的设计目的。

本发明实现上述目的的技术方案是：

本发明相向摩擦减阻力惯性压电马达的控制方法的特征是以如下的甲路和乙路信号分别控制副压电体和驱动压电体，每路的五阶段时域控制信号以下列的顺序驱动所述相向摩擦减阻力惯性压电马达，完成一步的步进：

甲路控制信号第一阶段开始于时刻一T1，结束于时刻二T2，在此期间信号单调增加，乙路控制信号第一阶段开始于时刻一T1，结束于时刻二T2，在此期间信号保持不变；

甲路控制信号第二阶段开始于时刻二T2，结束于时刻三甲T3A，在此期间信号保持不变，乙路控制信号第二阶段开始于时刻二T2，结束于时刻三乙T3B，在此期间信号单调增加，且时刻三甲T3A位于时刻三乙T3B之前；

甲路控制信号第三阶段开始于时刻三甲T3A，结束于时刻四甲T4A，在此期间信号单调减少，且其斜率绝对值的最大值大于能使滑块和副压电体的两个接触点在滑块上产生相反方向的滑动的启动值，乙路控制信号第三阶段开始于时刻三乙T3B，结束于时刻四乙T4B，在此期间信号保持不变，且时刻四甲T4A位于时刻三乙T3B之后、时刻四乙T4B之前，甲乙两路信号第三阶段的持续时间均小于400微秒；