微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，包括微動(dòng)力裝置和微動(dòng)力控制系統(tǒng)；微動(dòng)力裝置包括超磁致伸縮薄片、永久磁鐵、靜軛Ⅰ和靜軛Ⅱ構(gòu)成的磁路Ⅰ，以及通過永久磁鐵、靜軛Ⅰ、靜軛Ⅱ和移動(dòng)軛構(gòu)成的磁路Ⅱ；磁路Ⅱ中設(shè)置有氣隙；磁路Ⅰ和磁路Ⅱ上分別設(shè)置有磁力調(diào)節(jié)裝置；磁路Ⅰ的超磁致伸縮薄片上設(shè)壓電陶瓷薄片；磁路Ⅱ的移動(dòng)軛通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠升降臺(tái)固定；微動(dòng)力控制系統(tǒng)包括傳感器組和依次通過信號(hào)連接的信號(hào)放大器、信號(hào)綜合分析控制器、計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及驅(qū)動(dòng)電源；信號(hào)放大器分別與傳感器組連接；驅(qū)動(dòng)電源與壓電陶瓷薄片電連接，信號(hào)綜合分析控制器通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相連接。
【專利說明】微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及力的調(diào)節(jié)控制領(lǐng)域，尤其涉及微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展極為迅速，但也存在一些技術(shù)瓶頸。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)面臨的主要問題之一就是微裝配技術(shù)。大多數(shù)微機(jī)電系統(tǒng)由不同材料和不同加工方法的微小零件組成，隨著零件的不斷微小化，微系統(tǒng)的加工、裝配越來越困難。在零件的運(yùn)輸、加工及裝配等過程的損壞中機(jī)械損壞和熱變形損壞占了很大的比重，尤其對(duì)機(jī)械接觸力或熱量非常敏感的零件進(jìn)行操作時(shí)，這些零件在受到較小的作用力或熱量就會(huì)產(chǎn)生變形或破碎，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，也使其生產(chǎn)成本大大提高。
[0003]為解決這些問題，研究人員已提出多種基于不同單一原理的微動(dòng)力產(chǎn)生形式，如基于靜電力、電磁力、壓電作用、熱膨脹和形狀記憶合金特性等制成了相關(guān)的微動(dòng)力構(gòu)件，但每一種構(gòu)件都有其自身的局限性。如果結(jié)合多種原理的優(yōu)勢，制作復(fù)合結(jié)構(gòu)的微動(dòng)力構(gòu)件將會(huì)有更廣闊的的前景。
[0004]超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material,簡稱GMM)在電磁場、壓力的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的體積或長度變化，即可大功率、高效率地實(shí)現(xiàn)電磁能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。尤其在中低頻(5Hz-20kHz )時(shí)，有著大行程、大功率、低壓驅(qū)動(dòng)、承載能力強(qiáng)、非接觸式測量和控制等方面的優(yōu)點(diǎn)。壓電陶瓷(PZT)工作時(shí)由電壓驅(qū)動(dòng)，在其保持伸長狀態(tài)時(shí)，幾乎不消耗能量，不產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，能減少構(gòu)件本身發(fā)熱對(duì)工作精度的影響。因此，集成GMM與PZT的工作特性，能改善單一功能材料的性能，拓展復(fù)合構(gòu)件的應(yīng)用范圍，為微動(dòng)力構(gòu)件的研究提供了一種新的思路。目前國內(nèi)尚未見該方面的微動(dòng)力構(gòu)件的報(bào)道，也未見基于超磁致伸縮材料與壓電陶瓷材料相耦合的微動(dòng)力構(gòu)件的微力精確調(diào)節(jié)方法。為促進(jìn)超磁致伸縮材料與壓電陶瓷材料的復(fù)合構(gòu)件在微動(dòng)力構(gòu)件研究中的發(fā)展，現(xiàn)在急需一種基于超磁致伸縮材料與壓電陶瓷材料相耦合的微動(dòng)力構(gòu)件的微力精確調(diào)節(jié)方法及控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，包括微動(dòng)力裝置和微動(dòng)力控制系統(tǒng)；所述微動(dòng)力裝置包括超磁致伸縮薄片、永久磁鐵、靜軛I和靜軛II構(gòu)成的磁路I，以及通過永久磁鐵、靜軛1、靜軛II和移動(dòng)軛構(gòu)成的磁路II ;所述超磁致伸縮薄片和永久磁鐵相互平行，所述超磁致伸縮薄片和永久磁鐵的兩端分別通過靜軛I和靜軛II夾緊；所述靜軛I和靜軛II的一端設(shè)置移動(dòng)軛，所述靜軛I和靜軛II以及移動(dòng)軛之間設(shè)置有氣隙；所述磁路I和磁路II上分別設(shè)置有磁力調(diào)節(jié)裝置；所述磁路I的磁力調(diào)節(jié)裝置為分別設(shè)置在超磁致伸縮薄片正、反兩面的壓電陶瓷薄片；所述磁路II的磁力調(diào)節(jié)裝置為通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠升降臺(tái)；所述微動(dòng)力控制系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電源、傳感器組和依次通過信號(hào)連接的信號(hào)放大器、信號(hào)綜合分析控制器、計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及驅(qū)動(dòng)電源；傳感器組包括設(shè)置在氣隙上的微位移傳感器，分別設(shè)置在移動(dòng)軛上的微力傳感器和磁路II拾磁線圈，分別設(shè)置在超磁致伸縮薄片上的溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)以及磁路I拾磁線圈；所述信號(hào)放大器分別與微力傳感器、微位移傳感器、溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)、磁路I拾磁線圈以及磁路II拾磁線圈信號(hào)連接；所述驅(qū)動(dòng)電源與壓電陶瓷薄片電連接，所述信號(hào)綜合分析控制器通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相連接。
[0007]作為對(duì)本發(fā)明所述的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的改進(jìn):所述計(jì)算機(jī)和信號(hào)發(fā)生器之間設(shè)置有光電稱合器。
[0008]本實(shí)用新型的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的使用方法如下:包括均采用閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)的氣隙調(diào)節(jié)法和電壓調(diào)節(jié)法；所述氣隙調(diào)節(jié)法通過對(duì)實(shí)時(shí)微力的采樣檢測構(gòu)成反饋回路；所述電壓調(diào)節(jié)法通過檢測磁路中拾磁環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流構(gòu)成反饋回路。
[0009]更進(jìn)一步的說，所述氣隙調(diào)節(jié)法步驟如下:1)給定預(yù)設(shè)微力值F1，將所需的微力值F1輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)作為參照值儲(chǔ)存；2)移動(dòng)軛復(fù)位，氣隙長度調(diào)整到最大；3)對(duì)壓電陶瓷薄片施加一恒定驅(qū)動(dòng)電壓；4)閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)微動(dòng)力裝置的氣隙長度。
[0010]再進(jìn)一步的說，所述步驟2)的具體步驟如下:計(jì)算機(jī)發(fā)出復(fù)位指令給信號(hào)綜合分析控制器，信號(hào)綜合分析控制器根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠升降臺(tái)運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠升降臺(tái)帶動(dòng)移動(dòng)軛向增大氣隙長度方向移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)軛移動(dòng)到原點(diǎn)位置時(shí)，停止對(duì)步進(jìn)電機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，移動(dòng)軛實(shí)現(xiàn)復(fù)位；所述步驟3)的具體步驟如下:由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，該指令經(jīng)光電耦合器、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器送入驅(qū)動(dòng)電源，由驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電壓控制壓電陶瓷薄片產(chǎn)生應(yīng)變,并帶動(dòng)超磁致伸縮薄片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變,進(jìn)而通過磁路I中磁通量發(fā)生的改變帶動(dòng)磁路II中磁通量發(fā)生相應(yīng)的改變，使得移動(dòng)軛所受微力值變?yōu)檩o助微力值F2 ;所述步驟4)的具體步驟如下:計(jì)算機(jī)發(fā)出運(yùn)行指令給信號(hào)綜合分析控制器，信號(hào)綜合分析控制器根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，產(chǎn)生脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的步距角，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠升降臺(tái)上升一個(gè)單位長度的位移L,滾珠絲杠升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)移動(dòng)軛向減小氣隙長度方向移動(dòng)L長度；信號(hào)綜合分析控制器發(fā)送完脈沖信號(hào)之后，微力傳感器檢測移動(dòng)軛所受的實(shí)時(shí)微力值F2，檢測到的模擬信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳送給信號(hào)綜合分析控制器，信號(hào)綜合分析控制器比較實(shí)時(shí)微力值F2與預(yù)設(shè)微力值F1的大小:若實(shí)時(shí)微力值F2與預(yù)設(shè)微力值F1之間的差值小于或等于允許誤差值，則信號(hào)綜合分析控制器發(fā)送信號(hào)給計(jì)算機(jī)，提示任務(wù)完成；否貝U，繼續(xù)執(zhí)行步驟4)。
[0011]所述步驟步驟3)中，輔助微力值F3小于預(yù)設(shè)微力值匕。
[0012]作為對(duì)本發(fā)明所述的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的改進(jìn):所述電壓調(diào)節(jié)法的步驟如下:①給定預(yù)設(shè)微力值F1，將所需的微力值F1輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)作為參照值儲(chǔ)存調(diào)節(jié)初始?xì)庀堕L度，為壓電陶瓷薄片進(jìn)行微力調(diào)節(jié)提供輔助微力N:③調(diào)節(jié)微動(dòng)力裝置上作用給壓電陶瓷薄片的驅(qū)動(dòng)電壓值V，直到實(shí)時(shí)微力值F2與給定預(yù)設(shè)微力值F1之間的差值小于等于允許的誤差值時(shí)停止。
[0013]作為對(duì)本發(fā)明所述的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的改進(jìn):所述的步驟②的具體步驟如下:首先計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)微力值F1計(jì)算所需要的輔助微力值；然后計(jì)算機(jī)發(fā)出運(yùn)行指令給信號(hào)綜合分析控制器，信號(hào)綜合分析控制器根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，產(chǎn)生脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠升降臺(tái)移動(dòng)，從而使氣隙長度發(fā)生改變；所述的步驟③的具體步驟如下:計(jì)算機(jī)發(fā)出一條指令，該指令經(jīng)光電耦合器、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器送入驅(qū)動(dòng)電源后，由驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓控制壓電陶瓷薄片產(chǎn)生應(yīng)變,并帶動(dòng)超磁致伸縮薄片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變,進(jìn)而通過磁路I中磁通量發(fā)生的改變帶動(dòng)磁路II中磁通量發(fā)生相應(yīng)的改變，使得移動(dòng)軛所受微力值也發(fā)生改變；執(zhí)行完這一指令后，傳感器所檢測的實(shí)時(shí)微力值F2經(jīng)信號(hào)放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，被信號(hào)綜合分析控制器讀取，信號(hào)綜合分析控制器讀取實(shí)時(shí)微力值信號(hào)并與預(yù)設(shè)微力值進(jìn)行比較，直到實(shí)時(shí)微力值F2與給定預(yù)設(shè)微力值F1之間的差值小于或等于允許的誤差值時(shí)，信號(hào)綜合分析控制器發(fā)送信號(hào)給計(jì)算機(jī)提示任務(wù)完成，否則向計(jì)算機(jī)發(fā)送信號(hào)，提示繼續(xù)執(zhí)行步驟③。
[0014]作為對(duì)本發(fā)明所述的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的改進(jìn):所述拾磁環(huán)檢測微力的工作過程如下:當(dāng)磁路I和磁路II中的磁通高頻變化時(shí),拾磁環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流,信號(hào)綜合分析控制器讀取感應(yīng)電流信號(hào)，通過計(jì)算得到磁通量的變化量，進(jìn)而計(jì)算得出移動(dòng)軛所受微力的大小。
[0015]本發(fā)明的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)中，可以進(jìn)行氣隙調(diào)節(jié)法和電壓調(diào)節(jié)法兩種方法對(duì)微動(dòng)力裝置進(jìn)行微動(dòng)的調(diào)節(jié)；而通過在微動(dòng)力裝置上設(shè)置有傳感器組，可以進(jìn)行微動(dòng)力的即時(shí)檢測，對(duì)微動(dòng)力進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，而依次通過信號(hào)傳遞的連接方式進(jìn)行連接的信號(hào)放大器、信號(hào)綜合分析控制器、計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及驅(qū)動(dòng)電源則可以進(jìn)行動(dòng)力源的精確輸出。通過計(jì)算機(jī)和信號(hào)發(fā)生器之間設(shè)置的光電耦合器，可以有效的隔絕計(jì)算機(jī)與磁場之間的干擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]圖1是本發(fā)明所述微動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0018]圖2是一種微動(dòng)力的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是微動(dòng)力精確調(diào)節(jié)方法I的流程框圖；
[0020]圖4是微動(dòng)力精確調(diào)節(jié)方法2的流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1、圖1給出了一種微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，包括微動(dòng)力裝置和微動(dòng)力控制系統(tǒng)。
[0022]微動(dòng)力裝置為磁力微動(dòng)力裝置，包括超磁致伸縮薄片1、靜軛4、永久磁鐵3以及移動(dòng)軛6。靜軛4分為相互獨(dú)立的靜軛I和靜軛II，靜軛I和靜軛II之間分別通過相互平行的超磁致伸縮薄片I和永久磁鐵3相互連接；分別相對(duì)于靜軛I和靜軛II的一端，設(shè)置移動(dòng)軛6 ;通過超磁致伸縮薄片1、靜軛1、永久磁鐵3以及靜軛II之間構(gòu)成磁路I，移動(dòng)軛6、靜軛I1、永久磁鐵3以及靜軛I構(gòu)成的磁路II ;在磁路II中，移動(dòng)軛6和靜軛II以及靜軛I之間設(shè)置氣隙5。
[0023]移動(dòng)軛6和超磁致伸縮薄片I上分別設(shè)置有磁力調(diào)節(jié)裝置；移動(dòng)軛6上的磁力調(diào)節(jié)裝置為由信號(hào)綜合控制器控制的滾珠絲杠傳動(dòng)裝置，它包括16細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠升降臺(tái)；通過16細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以精確的控制步進(jìn)電機(jī)的輸出，再通過滾珠絲杠升降臺(tái)將步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換成位移量，精確調(diào)節(jié)移動(dòng)軛6和靜軛II以及靜軛I之間氣隙5的大小；經(jīng)過對(duì)氣隙5大小的調(diào)節(jié),可以改變移動(dòng)軛6所受磁力的大小。而超磁致伸縮薄片I上的磁力調(diào)節(jié)裝置為壓電陶瓷薄片，壓電陶瓷薄片分別覆蓋超磁致伸縮薄片I的正、反兩面，在使用的時(shí)候，只需要在分別覆蓋超磁致伸縮薄片I正、反兩面的壓電陶瓷薄片上設(shè)置電極，就能通過電極供電使得壓電陶瓷薄片產(chǎn)生應(yīng)變，進(jìn)而帶著超磁致伸縮薄片I做相應(yīng)的應(yīng)變，從而使磁路I中的磁通量發(fā)生改變,磁路II中的磁通量相應(yīng)發(fā)生改變，最終使移動(dòng)軛6所受的微力發(fā)生變化。
[0024]微動(dòng)力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括傳感器組和依次通過信號(hào)傳遞的連接方式進(jìn)行連接的信號(hào)放大器、信號(hào)綜合分析控制器、計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及驅(qū)動(dòng)電源。傳感器組包括微力傳感器、微位移傳感器、溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)、磁路I拾磁線圈以及磁路II拾磁線圈；微位移傳感器設(shè)置在氣隙5上；微力傳感器和磁路II拾磁線圈分別設(shè)置在移動(dòng)軛6上；溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)以及磁路I拾磁線圈分別設(shè)置在超磁致伸縮薄片I上。信號(hào)放大器分別與微力傳感器、微位移傳感器、溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)、磁路I拾磁線圈以及磁路II拾磁線圈信號(hào)連接；通過信號(hào)放大器將微力傳感器、微位移傳感器、溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)、磁路I拾磁線圈以及磁路II拾磁線圈所獲得的模擬信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理；而信號(hào)放大器和信號(hào)綜合分析控制器之間設(shè)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器；通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過信號(hào)放大器的處理后的傳感器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成信號(hào)綜合分析控制器能夠讀取的數(shù)字信號(hào)，再由信號(hào)綜合分析控制器進(jìn)行相應(yīng)處理后，將該信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)當(dāng)前微動(dòng)力裝置的運(yùn)行狀態(tài)輸出相應(yīng)的指令；由于計(jì)算機(jī)輸出容易受到干擾，如磁場等干擾等，所以在計(jì)算機(jī)和信號(hào)發(fā)生器之間設(shè)置有光電耦合器。以上所述的驅(qū)動(dòng)電源與兩片壓電陶瓷薄片之間分別通過電極7電連接，信號(hào)綜合分析控制器通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)做精確的運(yùn)動(dòng)相連接。
[0025]本發(fā)明提供兩種微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)方法:
[0026]方法一、氣隙調(diào)節(jié)法:
[0027]圖3所示為本發(fā)明給出的氣隙調(diào)節(jié)發(fā)的流程圖，氣隙調(diào)節(jié)法采用閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，通過對(duì)實(shí)時(shí)微力的采樣檢測構(gòu)成反饋回路，其具體步驟如下:
[0028]I)給定預(yù)設(shè)微力值F1，將所需的微力值F1輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)作為參照值儲(chǔ)存；
[0029]2)移動(dòng)軛6復(fù)位，氣隙5長度調(diào)整到最大:
[0030]由計(jì)算機(jī)發(fā)出復(fù)位指令給信號(hào)綜合分析控制器，信號(hào)綜合分析控制器根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠升降臺(tái)運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)移動(dòng)軛6向增大氣隙5長度方向移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)軛6移動(dòng)到原點(diǎn)位置時(shí)，通過在原點(diǎn)位置設(shè)置限位開關(guān)，當(dāng)升降臺(tái)觸動(dòng)限位開關(guān)，信號(hào)綜合分析控制器收到限位開關(guān)發(fā)送的信號(hào)后，停止對(duì)步進(jìn)電機(jī)發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，移動(dòng)軛6實(shí)現(xiàn)復(fù)位，此時(shí)移動(dòng)軛6所受微力值小于允許誤差值E，可忽略不計(jì)。
[0031]3)對(duì)壓電陶瓷薄片施加一恒定驅(qū)動(dòng)電壓:
[0032]由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，該指令經(jīng)光電耦合器、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器送入驅(qū)動(dòng)電源后，由驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)電壓使壓電陶瓷薄片產(chǎn)生應(yīng)變，并帶動(dòng)超磁致伸縮薄片I產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，進(jìn)而使磁路I中磁通量發(fā)生改變，由于磁通具有連續(xù)性，所以磁路II中磁通量相應(yīng)發(fā)生改變，使移動(dòng)軛6所受微力值變?yōu)镕3 (F3為輔助微力值且F3-< F1^o
[0033]4)閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)微動(dòng)力裝置的氣隙5長度:
[0034]計(jì)算機(jī)發(fā)出運(yùn)行指令給信號(hào)綜合分析控制器，信號(hào)綜合分析控制器根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，產(chǎn)生I個(gè)脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1/16個(gè)步距角，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠升降臺(tái)上升一個(gè)單位長度的位移L,滾珠絲杠升降臺(tái)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)移動(dòng)軛6向減小氣隙5長度方向移動(dòng)L長度；信號(hào)綜合分析控制器發(fā)送完脈沖信號(hào)之后，微力傳感器檢測移動(dòng)軛6所受的實(shí)時(shí)微力值F2，檢測到的模擬信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳送給信號(hào)綜合分析控制器，信號(hào)綜合分析控制器比較實(shí)時(shí)微力值F2與預(yù)設(shè)微力值F1的大小:若IF1-F2I ^ ε( ε為允許誤差值)，信號(hào)綜合分析控制器發(fā)送信號(hào)給計(jì)算機(jī)，提示任務(wù)完成；否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟4。
[0035]方法二、電壓調(diào)節(jié)法:
[0036]圖4所示為本發(fā)明給出的電壓調(diào)節(jié)法的流程圖，電壓調(diào)節(jié)法也采用閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，通過檢測磁路中拾磁環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流構(gòu)成反饋回路，其具體步驟如下:
[0037]I)給定預(yù)設(shè)微力值F1，將所需的微力值F1輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)作為參照值儲(chǔ)存；
[0038]2)調(diào)節(jié)初始?xì)庀?長度，為壓電陶瓷薄片進(jìn)行微力調(diào)節(jié)提供輔助微力N:
[0039]首先計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)微力值F1計(jì)算所需要的輔助微力值:N=FrF’ + δ，其中F’為壓電陶瓷薄片所能調(diào)節(jié)的微力極限值，δ為壓電陶瓷薄片的工作余量值，將δ加入輔助微力值可避免壓電陶瓷薄片工作到極限狀態(tài)；然后計(jì)算機(jī)發(fā)出運(yùn)行指令給信號(hào)綜合分析控制器，信號(hào)綜合分析控 器根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，產(chǎn)生脈沖信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠升降臺(tái)移動(dòng)，從而使氣隙5長度發(fā)生改變，在此過程中，微力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測移動(dòng)軛6所受微力值的變化，當(dāng)實(shí)時(shí)微力值F2滿足IF2-Nl ^ ε ( ε為允許誤差值)時(shí)，固定氣隙5長度。
[0040]3)調(diào)節(jié)微動(dòng)力裝置上作用給壓電陶瓷薄片的驅(qū)動(dòng)電壓值V，直到實(shí)時(shí)微力值F2滿足= IF1-F2 ( ε時(shí)停止:
[0041]計(jì)算機(jī)發(fā)出一條指令，該指令經(jīng)光電耦合器、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器送入驅(qū)動(dòng)電源后，由驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)電壓使壓電陶瓷薄片產(chǎn)生應(yīng)變，并帶動(dòng)超磁致伸縮薄片I產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變(超磁致伸縮薄片I產(chǎn)生應(yīng)變的方向?yàn)槭蛊鋬?nèi)部磁通量減小的方向),進(jìn)而使磁路I中磁通量減小，由于磁通具有連續(xù)性,所以磁路II中磁通量相應(yīng)增大，移動(dòng)軛6所受微力值也跟著變大；執(zhí)行完這一指令后，傳感器所檢測的實(shí)時(shí)微力值經(jīng)信號(hào)放大器放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，被信號(hào)綜合分析控制器讀取，信號(hào)綜合分析控制器讀取實(shí)時(shí)微力值信號(hào)并與預(yù)設(shè)微力值進(jìn)行比較，若IF1-F2I ( ε，信號(hào)綜合分析控制器發(fā)送信號(hào)給計(jì)算機(jī)提示任務(wù)完成，否則向計(jì)算機(jī)發(fā)送信號(hào)，提示繼續(xù)執(zhí)行步驟3 ;在該反饋調(diào)節(jié)過程中，微力值的采樣檢測頻率很高，微力傳感器可能無法檢測高頻狀態(tài)下的實(shí)時(shí)微力值，所以采用拾磁環(huán)作為微力檢測的傳感器裝置，拾磁環(huán)檢測微力的工作過程如下:兩個(gè)拾磁環(huán)分別裝置在超磁致伸縮薄片I和移動(dòng)軛6上，即分別對(duì)應(yīng)于磁路I和磁路II，當(dāng)兩個(gè)磁路中的磁通高頻變化時(shí)，拾磁環(huán)中會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，信號(hào)綜合分析控制器讀取感應(yīng)電流信號(hào)，通過計(jì)算得到磁通量的變化量，進(jìn)而計(jì)算得出移動(dòng)軛6所受微力的大小。
[0042]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的兩個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，包括微動(dòng)力裝置和微動(dòng)力控制系統(tǒng)；其特征是:所述微動(dòng)力裝置包括超磁致伸縮薄片、永久磁鐵、靜軛I和靜軛II構(gòu)成的磁路I，以及通過永久磁鐵、靜軛1、靜軛II和移動(dòng)軛構(gòu)成的磁路II ； 所述超磁致伸縮薄片和永久磁鐵相互平行，所述超磁致伸縮薄片和永久磁鐵的兩端分別通過靜軛I和靜軛II夾緊；所述靜軛I和靜軛II的一端設(shè)置移動(dòng)軛，所述靜軛I和靜軛II以及移動(dòng)軛之間設(shè)置有氣隙； 所述磁路I和磁路II上分別設(shè)置有磁力調(diào)節(jié)裝置；所述磁路I的磁力調(diào)節(jié)裝置為分別設(shè)置在超磁致伸縮薄片正、反兩面的壓電陶瓷薄片；所述磁路II的磁力調(diào)節(jié)裝置為通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠升降臺(tái)； 所述微動(dòng)力控制系統(tǒng)包括傳感器組和依次通過信號(hào)連接的信號(hào)放大器、信號(hào)綜合分析控制器、計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及驅(qū)動(dòng)電源； 傳感器組包括設(shè)置在氣隙上的微位移傳感器，分別設(shè)置在移動(dòng)軛上的微力傳感器和磁路II拾磁線圈，分別設(shè)置在超磁致伸縮薄片上的溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)以及磁路I拾磁線圈； 所述信號(hào)放大器分別與微力傳感器、微位移傳感器、溫度傳感器、應(yīng)變計(jì)、磁路I拾磁線圈以及磁路II拾磁線圈信號(hào)連接； 所述驅(qū)動(dòng)電源與壓電陶瓷薄片電連接，所述信號(hào)綜合分析控制器通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微動(dòng)力的精確調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，其特征是:所述計(jì)算機(jī)和信號(hào)發(fā)生器之間設(shè)置有光電耦合器。
【文檔編號(hào)】H02N2/14GK203747692SQ201420093305
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】徐愛群, 于海闊, 吳立軍, 葛丁飛, 段福斌, 楊禮康 申請(qǐng)人:浙江科技學(xué)院, 徐愛群