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浅谈影响压电系统定位精度的原因

2021年03月29日 10:19 次阅读

我们知道压电陶瓷的理论分辨率是可以达到无限小的,实际中取决于电源控制器和测试系统等因素。采用芯明天压电控制系统,可达纳米及亚纳米级,适用于微纳米范围的高精度定位。

由于压电陶瓷存在迟滞和蠕变的特性,所以在陶瓷上所施加的电压和得到的位移并不是完全线性的,它们之间存在微小的偏移。在定位精度要求非常高的应用中,我们使用闭环控制系统来进行反馈控制。

闭环控制一般我们使用电阻应变计作为反馈传感器,精度可以达到满行程的0.1-0.2%,对于更高精度需求,可以采用电容电感式传感器。

我们开发的陶瓷测量系统和集成闭环控制电路,通过PID调节电路控制闭环。并且可将测得的实际位置显示在屏幕上,如下图:

浅谈影响压电系统定位精度的原因

请注意:

一般PZT压电陶瓷配置传感器是不能后添加的,需要提前跟随系统结构装配。因此,在订购产品之前需要确定好,看是否需要闭环控制系统。

测量系统

压电陶瓷迟滞和蠕变效应的影响限制了压电致动器的最佳机械特性。在大多数应用中这些影响并不是十分重要的,而对于一些特殊的应用,如高精度的位移定位等,闭环系统则是比较重要的。闭环系统会测量出致动器的位移,任何不理想的位置变化将通过闭环电路被校正。

我们一般采用以下几种类型传感器:电阻式、电感式、电容式等。

电阻应变传感器体积小巧,结构紧凑,几乎可以集成到我们所设计的所有压电产品中。电容式或LVDT传感器则应用在更高精度要求或者动态系统中。如何选择传感器的类型,需要根据不同传感系统的功能特性。

压电陶瓷分辨率

压电效应是一个固态效应。在理论上分辨率是没有限制的;也就是无限小的变化的电场产生一个无限小的机械位移。但是在现实中存在了一些限制分辨率的因素,例如电气、机械、声学和热干扰等等。

机械:

机械分辨率是根据致动器的设计来决定的。我们设计的压电致动器系统均采用柔性铰链设计。柔性铰链结构在原理上是没有机械间隙的,也不产生摩擦,因而机械分辨率是无限的。

电气:

在操作过程中分辨率表示压电致动器位移多少,如果没有位移即表示控制器的输出电压保持不变。这个位移是由输出电压的最小输出能力所决定的。例如在150V时的行程为100μm,0.3mV的电压噪声意味着压电致动器分辨率为0.2nm。

分辨率=行程·电气噪声/电压范围

对于闭环模式中的分辨率,我们必须考虑测量系统的噪声。此值取决于所使用的压电致动器、测量系统、调整后的控制参数和功率放大器等方面。

请注意:

最高的定位分辨率需要非常稳定的测试条件,否则环境条件将决定实验的分辨率。

良好的测试条件至少包括:

•良好的接地环境•远离电磁场•振动隔离•稳定的温度条件
责任编辑:tzh

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