压电陶瓷驱动控制系统的制作方法

本发明涉及压电陶瓷控制技术领域，具体涉及一种压电陶瓷驱动控制系统。

背景技术：

压电陶瓷执行器是一种精密执行机构，其利用逆压电效应产生微米级乃至纳米级分辨率的位移，从而实现微米级乃至纳米级的高精度定位与伺服。压电陶瓷执行器主要是依据驱动电压来产生相应的位移，因此驱动电压的精确性和稳定性是影响压电陶瓷执行器定位准确性的关键因素。但是，目前压电陶瓷执行器控制装置大多仅适用于低频环境，驱动电压的输出功率较低，不能在高频环境对电压陶瓷执行器进行高精度控制，进而限制了电压陶瓷执行器的适用范围，如采用电压陶瓷执行器对扫描电子显微镜的扫描探针进行高精度控制时，控制装置输出驱动电压的高频性能将会直接影响扫描电子显微镜的成像质量。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决压电陶瓷执行器控制装置的响应频率低和驱动电压输出功率小的技术问题，本发明提供了一种压电陶瓷驱动控制系统，以提高压电陶瓷执行器驱动电压的输出功率和工作频率。

本发明中压电陶瓷驱动控制系统的技术方案是：

所述系统包括微处理器、电压放大驱动电路和测量模块；

所述电压放大驱动电路的输入端与所述微处理器连接，输出端与压电陶瓷执行器连接；所述电压放大驱动电路，用于对所述微处理器输出的驱动电压信号进行功率放大，并将所述功率放大后的驱动电压信号发送至所述压电陶瓷执行器；

所述测量模块的输入端与所述压电陶瓷执行器连接，输出端与所述微处理器连接；所述测量模块，用于采集所述压电陶瓷执行器产生的实际位移信号，并将所述实际位移信号发送至微处理器；

所述微处理器，用于向所述电压放大驱动电路输出所述压电陶瓷执行器的驱动电压信号，并依据所述实际位移信号与期望位移信号，修正所述驱动电压信号。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述电压放大驱动电路包括误差放大电路；所述误差放大电路包括第一运算放大器和第二运算放大器；

所述第一运算放大器的正输入端与所述微处理器连接，输出端与所述第二运算放大器的正输入端连接；所述第二运算放大器的负输入端接地，输出端的一个连接端子与所述压电陶瓷执行器连接，一个连接端子与第一运算放大器的负输入端连接；

其中，所述第一运算放大器包括低噪声放大器，所述第二运算放大器包括高功率放大器。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述电压放大驱动电路还包括相位补偿电路；所述相位补偿电路包括第一补偿电容、第二补偿电容和隔离电阻；

其中，所述第一补偿电容连接于所述电压放大驱动电路中第一运算放大器的负输入端与输出端之间；

所述第二补偿电容与连接于所述电压放大驱动电路中第二运算放大器的正输入端与输出端之间的反馈电阻并联；

所述隔离电阻与所述第二运算放大器的输出端连接。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述电压放大驱动电路还包括滤波电路和保护电路；

所述滤波电路包括一个电容或多个分别并联的电容，所述滤波电路与所述电压放大驱动电路的供电端子和/或驱动电压信号输入端子和/或驱动电压信号输出端子连接；

所述保护电路包括稳压管电路和二极管；

其中，所述稳压管电路连接于所述电压放大驱动电路中第二运算放大器的正输入端与负输入端之间；所述稳压管电路包括两个并联的稳压管支路，所述稳压管支路包括一个稳压管或多个串联的稳压管，且所述两个稳压管支路形成的电流通路的方向相反；

所述二极管分别与所述电压放大驱动电路中第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端连接。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述电压放大驱动电路还包括连接于所述电压放大驱动电路中第一运算放大器的负输入端与第二运算放大器的输出端之间的反馈补偿电路；所述反馈补偿电路包括并联的电阻和电容。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述测量模块包括惠斯通全桥应变电路和前置放大电路；

其中，所述惠斯通全桥应变电路，用于采集所述压电陶瓷执行器产生的实际位移信号；

所述前置放大电路，用于对所述实际位移信号进行放大，并将所述放大后的实际位移信号发送至所述微处理器。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括数模转换模块和模数转换模块；所述数模转换模块连接于所述微处理器与电压放大驱动电路之间；所述模数转换模块连接于所述微处理器与测量模块之间；

所述数模转换模块包括数模转换单元和第一高精度基准源；所述数模转换单元，用于将所述微处理器输出的驱动电压信号转换为模拟信号，并将所述模拟信号输出至电压放大驱动电路；所述第一高精度基准源，用于向所述数模转换单元输出基准电压；

所述模数转换模块包括模数转换单元和第二高精度基准源；所述模数换换单元，用于将所述测量模块输出的实际位移信号转换为数字信号，并将所述数字信号输出至微处理器；所述第二高精度基准源，用于向所述模数转换单元输出基准电压。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括用于向所述系统供电的电源模块；所述电源模块包括电压转换单元和第一正负可调电源单元；

其中，所述电压转换单元，用于将外部电源转换为预设的第一直流电压和第二直流电压，并将所述第一直流电压输出到所述电压放大驱动电路，将所述第二直流电压输出到所述第一正负可调电源单元；所述第一直流电压为所述电压放大驱动电路中驱动电压信号的直流供电电源，所述第二直流电压为所述微处理器、电压放大驱动电路、测量模块、数模转换模块和模数转换模块的直流供电电源；

所述第一正负可调电源单元，用于对所述第二直流电压进行电压极性和电压幅值调整，得到期望的直流电压，并将所述期望的直流电压输出到所述系统的微处理器、电压放大驱动电路、数模转换模块和模数转换模块。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括用于向测量模块供电的电桥激励电路；所述电桥激励电路包括第二正负可调电源单元、第三高精度基准源和连接器；

所述第二正负可调电源单元与所述连接器连接，用于对所述第二直流电压进行电压极性和电压幅值调整，得到期望的直流电压，并将所述期望的直流电压输出到所述连接器；

所述第三高精度基准源与所述连接器连接，用于向所述连接器输出基准电压；

所述连接器与所述测量模块连接，用于将所述期望的直流电压传输到测量模块。

进一步地，本发明提供的一个优选技术方案为：所述系统还包括显示模块；所述显示模块与微处理器连接，用于显示压电陶瓷执行器的实时位移信息。

与现有技术相比，上述技术方案至少具有以下有益效果：

本发明提供的压电陶瓷驱动控制系统，其电压放大驱动电路可以对微处理器输出的压电陶瓷执行器驱动信号进行功率放大，使得压电陶瓷执行器可以在该驱动信号驱动下对压电陶瓷实现高频驱动；同时，测量模块将压电陶瓷执行器的位移信息反馈至微处理器，微处理器依据测量模块的反馈信号不断修正驱动信号，实现对压电陶瓷进行高频高精度控制。

附图说明

图1是本发明实施例中一种压电陶瓷驱动控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中第一正负可调电源单元的电路原理图；

图3是本发明实施例中数模转换模块的电路原理图；

图4是本发明实施例中模数转换模块的电路原理图；

图5是本发明实施例中电压放大驱动电路的结构示意图；

图6是本发明实施例中电压放大驱动电路的原理图；

图7是本发明实施例中电桥激励电路的原理图；

图8是本发明实施例中直流信号均值示意图；

图9是本发明实施例中峰峰值波纹示意图；

图10是本发明实施例中高压正弦信号频率响应示意图；

图11是本发明实施例中低压正弦信号频率响应示意图；

图12是本发明实施例中压电陶瓷执行器的位移输出示意图；

其中，11：微处理器；12：电压放大驱动电路；13：测量模块；14：压电陶瓷执行器；15：数模转换模块；16：模数转换模块；17：电源模块；18：显示模块；21：第一运算放大器；22：第二运算放大器；31：直流输入信号的均值测量曲线；32：直流输出信号的均值测量曲线；33：直流输入信号的峰峰值波纹测量曲线；34：直流输出信号的峰峰值波纹测量曲线；35：高压输入正弦信号的频率响应曲线；36：高压输出正弦信号的频率响应曲线；37：低压输入正弦信号的频率响应曲线；38：低压输出正弦信号的频率响应曲线。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

压电陶瓷作为容性负载，当压电陶瓷执行器的控制装置响应频率较低时，控制装置输出的驱动电压功率也较低，从而限制了压电陶瓷执行器对压电陶瓷进行高频精确驱动。本发明提供的压电陶瓷驱动控制系统为闭环反馈控制系统，首先将经功率放大后的驱动信号输出至压电陶瓷执行器，然后采集压电陶瓷执行器在该驱动信号作用下的位移信息，最后依据上述位移信息和期望的位移信息对驱动信号进行修正，使得能够在高驱动电压下以较高的频率驱动压电陶瓷执行器。

下面结合附图对本发明实施例提供的一种压电陶瓷驱动控制系统进行说明。

图1示例性示出了本实施例中压电陶瓷驱动控制系统的结构，如图所示，本实施例中压电陶瓷驱动控制系统可以包括微处理器11、电压放大驱动电路12和测量模块13。

其中，电压放大驱动电路12的输入端与微处理器11连接，输出端与压电陶瓷执行器连接。本实施例中电压放大驱动电路12可以用于对微处理器11输出的驱动电压信号进行功率放大，并将功率放大后的驱动电压信号发送至压电陶瓷执行器。

测量模块13的输入端与压电陶瓷执行器连接，输出端与微处理器11连接。本实施例中测量模块13可以用于采集压电陶瓷执行器产生的实际位移信号，并将实际位移信号发送至微处理器11。

微处理器11可以用于向电压放大驱动电路12输出压电陶瓷执行器的驱动电压信号，并依据实际位移信号与期望位移信号，修正驱动电压信号。

本实施例中电压放大驱动电路12可以对微处理器11输出的压电陶瓷执行器驱动信号进行功率放大，使得压电陶瓷执行器可以在该驱动信号驱动下对压电陶瓷实现高频驱动；同时，测量模块13将压电陶瓷执行器的位移信息反馈至微处理器11，微处理器11依据测量模块13的反馈信号不断修正驱动信号，实现对压电陶瓷进行高频高精度控制。

进一步地，本实施例中电压放大驱动电路12可以包括误差放大电路，具体为：

图5示例性示出了本实施例中误差放大电路的结构，如图所示，本实施例中误差放大电路可以包括第一运算放大器21和第二运算放大器22。其中，第一运算放大器21的正输入端与微处理器11连接，输出端与第二运算放大器22的正输入端连接；第二运算放大器22的负输入端接地，输出端的一个连接端子与压电陶瓷执行器连接，一个连接端子与第一运算放大器21的负输入端连接。进一步地，依据第一运算放大器21和第二运算放大器22的连接关系，可以得到图5所示误差放大电路的放大倍数如下式(1)所示：

vout/vin＝(1+r2/r1)(1)

其中，vout为第一运算放大器21的输入电压信号，vin为第二运算放大器22的输出信号，r1为第一运算放大器21的负输入端与地电位之间的等效电阻，r2为第一运算放大器21的负输入端第二运算放大器22的输出端之间的等效电阻。

本实施例中第一运算放大器21和第二运算放大器22的复合结构为误差放大式电路，其中，第一运算放大器21可以采用高精度的低噪声放大器以降低第一运算放大器21的输入失调电压，第二运算放大器22可以采用高压、大功率的运算放大器，如高功率放大器，以降低驱动电压信号的波纹并提高驱动电压信号的频率响应范围。

进一步地，本实施例中电压放大驱动电路12还可以包括相位补偿电路，具体为：本实施例中相位补偿电路可以包括第一补偿电容、第二补偿电容和隔离电阻。

其中，第一补偿电容连接于电压放大驱动电路12中第一运算放大器21的负输入端与第一运算放大器21的输出端之间；第二补偿电容与连接于电压放大驱动电路12中第二运算放大器22的正输入端与第二运算放大器22的输出端之间的反馈电阻并联；隔离电阻与第二运算放大器22的输出端连接。

本实施例中通过设置第一补偿电容和第二补偿电容，可以在电压放大驱动电路12的感性元件引起相位偏差时进行容性补偿，改善电路电压特性；通过设置隔离电阻可以对第二运算放大器22的输出电压进行降级，避免发生短路故障。

进一步地，本实施例中电压放大驱动电路12还可以包括滤波电路和保护电路，具体为：

本实施例中滤波电路可以包括一个电容或多个分别并联的电容，滤波电路与电压放大驱动电路12的供电端子和/或驱动电压信号输入端子和/或驱动电压信号输出端子连接；

本实施例中保护电路可以包括稳压管电路和二极管。

其中，稳压管电路连接于电压放大驱动电路12中第二运算放大器22的正输入端与第二运算放大器22的负输入端之间。本实施例中稳压管电路可以包括两个并联的稳压管支路，每个稳压管支路可以包括一个稳压管，也可以包括多个串联的稳压管。同时，两个并联的稳压管支路形成的电流通路的方向相反，例如，每个稳压管支路分别包括一个稳压管时，两个稳压管反向并联。本实施例中通过在第二运算放大器22输入端之间设置稳压管电路，可以防止其正输入端和负输入端承受大电压冲击时造成损坏。

二极管分别与电压放大驱动电路12中第一运算放大器21的输出端和第二运算放大器21的输出端连接，本实施例中通过在运算放大器的输出端设置二极管可以防止电压反向或电压过大等问题造成运算放大器损坏。

进一步地，本实施例中电压放大驱动电路12还可以包括反馈补偿电路，具体为：本实施例中反馈补偿电路连接于电压放大驱动电路12中第一运算放大器21的负输入端与第二运算放大器22的输出端之间，同时可以包括并联的电阻和电容，形成一路电阻反馈电路和一路电容反馈电路，以对第一运算放大器21进行双通道反馈补偿。

优选的，本实施例提供了一种压放大驱动电路12的优选技术方案，下面结合附图对其进行具体说明。

图6示例性示出了本实施例中电压放大驱动电路结构，如图所示，本实施例中第一运算放大器采用高精度、低噪声的运算放大器opa2227，第二运算放大器采用高压、大功率的运算放大器pa96。

运算放大器opa2227的正输入端ina+为微处理器输出的驱动信号接收端，运算放大器opa2227的负输入端inb-的一个连接端子通过电阻r1接地，另一个连接端子与运算放大器pa96的输出端outd连接。运算放大器opa2227的输出端outb与运算放大器pa96的正输入端in+连接。

其中，反馈补偿电路连接与负输入端inb-与输出端outd之间，包括并联的电阻r8和电容c14。第一补偿电容c3连接于运算放大器opa2227的负输入端inb-与输出端outb之间；第二补偿电容c8与电阻r3并联，电阻r3连接与运算放大器pa96的负输入端in-与输出端outc之间；隔离电阻r4连接于运算放大器pa96的输出端outc与outd之间，隔离电阻r5与输出端outd连接。

其中，本实施例中包括多个滤波电路，具体是：电容c1和c2并联构成的滤波电路、电容c4和c5并联构成的滤波电路、电容c6和c7并联构成的滤波电路、电容c9和c10并联构成的滤波电路、电容c11和c12并联构成的滤波电路，及电容c15和c16并联构成的滤波电路。

其中，本实施例中稳压管电路包括由稳压管d3、d4、d5和d6构成的稳压管电路。二极管包括二极管d1、d2、d7和d8。

本实施例中电压放大驱动电路12中驱动电压信号的直流供电电源为150v，采用运算放大器opa2227和运算放大器pa96，可以将0v～10v的电压信号放大为0v～110v的功率电压，作为压电陶瓷执行器的驱动电压。

进一步地，本实施例中测量模块13可以包括下述结构，具体为：

本实施例中测量模块13可以包括惠斯通全桥应变电路和前置放大电路。其中，惠斯通全桥应变电路可以用于采集压电陶瓷执行器产生的位移信息，将该位移信息准换为电压信号，即实际位移信号，并将该电压信号发送至前置放大电路。前置放大电路可以用于对实际位移信号进行放大，并将放大后的实际位移信号发送至微处理器11。本实施例中前置放大器可以采用放大器amp002，对惠斯通全桥应变电路采集的位移信号进行放大。

进一步地，本实施例中压电陶瓷驱动控制系统还可以包括数模转换模块15和模数转换模块16，具体为：

1、数模转换模

如图1所示，本实施例中数模转换模块15连接于微处理器11与电压放大驱动电路12之间，并可以包括数模转换单元和第一高精度基准源。其中，数模转换单元可以用于将微处理器11输出的驱动电压信号转换为模拟信号，并将模拟信号输出至电压放大驱动电路12；第一高精度基准源可以用于向数模转换单元输出高精度的基准电压，使得数模转换单元可以产生精确的模拟电压。

优选的，本实施例提供了一种数模转换模15的优选技术方案，下面结合附图对其进行具体说明。

图3示例性示出了本实施例中数模转换模块的电路原理，如图所示，本实施例中数模转换单元采用数模转换器ad669，其为16位数模转换器，可以并行输入并具有灵活的单极性和双极性输出功能。第一高精度基准源采用基准源芯片ad688，其可以向数模转换器ad669输出±10v的基准电压，并具有误差小、漂移低的优点。

如图3所示，本实施例中还包括多个滤波电路，具体是：电容c18和c19并联构成的滤波电路、电容c20和c21并联构成的滤波电路、电容c23和c24并联构成的滤波电路、电容c25和c26并联构成的滤波电路，及电容c27和c28并联构成的滤波电路。其中，各滤波电路中一个电容采用0.1uf的无极性电容，另一个电容采用10uf的无极性电容。本实施例中通过在数模转换器ad669和基准源芯片ad688的供电引脚设置滤波电路，可以保证数模转换模块15准确采集数字信号，提高信号转换的准确性。

本实施例中通过在微处理器11与电压放大驱动电路12之间设置数模转换器15，可以将微处理器11输出的数字信号准确地转换为模拟信号，以便电压放大驱动电路12对该模拟信号进行功率放大。

2、模数转换模块

如图1所示，本实施例中模数转换模块16连接于微处理器11与测量模块13之间，并可以包括模数转换单元和第二高精度基准源。其中，模数换换单元可以用于将测量模块13输出的实际位移信号转换为数字信号，并将数字信号输出至微处理器11；第二高精度基准源可以用于向模数转换单元输出高精度的基准电压，使得模数转换单元可以准确采集实际位移信号的模拟信号。

优选的，本实施例提供了一种模数转换模16的优选技术方案，，下面结合附图对其进行具体说明。

图4示例性示出了本实施例中模数转换模块的电路，如图所示，本实施例中模数转换单元可以采用模数转换器ad7693，其为16位、逐次逼近型模数转换器，吞吐速率可以达到500ksps。第二高精度基准源可以采用基准源芯片adr421，其可以向模数转换器ad7693提供高精度、低噪声的2.50v的基准电压。

如图4所示，本实施例中还包括多个滤波电路，具体是：电容c1和c2并联构成的滤波电路、电容c14和c15并联构成的滤波电路、电容c16和c17并联构成的滤波电路、电容c4和c5并联构成的滤波电路，及电容c7和c8并联构成的滤波电路。其中，各滤波电路中一个电容采用0.1uf的无极性电容，另一个电容采用10uf的无极性电容。本实施例中通过在模数转换器ad7693和基准源芯片adr421的供电引脚设置滤波电路，可以保证模数转换模块16准确采集模拟信号，提高信号转换的准确性。

本实施例中通过在微处理器11与测量模块13之间设置数模转换模块16，可以将测量模块13输出的模拟信号准确地转换为数字信号，以便微处理器11准确地计算压电陶瓷执行器的位移误差，进而修正电陶瓷执行器的驱动电压。

进一步地，本实施例中压电陶瓷驱动控制系统还可以包括电源模块17，具体为：

本实施例中电源模块17可以包括电压转换单元和第一正负可调电源单元，如图1所示，电源模块17可以用于向压电陶瓷驱动控制系统供电。

1、电压转换单元

本实施例中电压转换单元可以用于将外部电源转换为预设的第一直流电压和第二直流电压，并将第一直流电压输出到电压放大驱动电路，将第二直流电压输出到第一正负可调电源单元。

其中，第一直流电压为电压放大驱动电路12中驱动电压信号的直流供电电源，第二直流电压为微处理器11、电压放大驱动电路12、测量模块13、数模转换模块15和模数转换模块16的直流供电电源。本实施例中第一直流电压可以设定为±24v，第二直流电压可以设定为150v，电压放大驱动电路11可以将0～10v的电压信号放大为0～110v的功率电压，作为压电陶瓷执行器的驱动电压。

2、第一正负可调电源单元

本实施例中第一正负可调电源单元可以用于对第二直流电压进行电压极性和电压幅值调整，得到期望的直流电压，并将期望的直流电压输出到微处理器11、电压放大驱动电路12、数模转换模块15和模数转换模块16，对微处理器11、电压放大驱动电路12、数模转换模块15和模数转换模块16内各元件进行供电。

图2示例性示出了本实施例中第一正负可调电源单元的电路原理，如图所示，本实施例中第一正负可调电源单元可以包括三端直流稳压器lm317、三端直流稳压器lm337、电位器r2、电位器r3和滤波电路。其中，三端直流稳压器lm337的输出电压可以为1.2v～3.7v，三端直流稳压器lm337输出电压可以为-1.2v～-3.7v。本实施例中可以通过调整电位器r2和电位器r3，使得第一正负可调电源单元将直流输入电源转换为不同极性、不同幅值的直流稳压电源。

如图3、4和6所示，当第二直流电压为±24v时，可以调整电位器r2和电位器r3，将±24v直流输入电源转换为+3.3v、+5v、-5v、+15v、-15v五个直流稳压电源。其中，+5v、+15v、-15v可以输出至数模转换模块15，对其各元件进行供电；+3.3v、+5v、-5v、+15v可以输出至模数转换模块16，对其各元件进行供电；+15v、-15v可以输出至电压放大驱动电路12，对其各元件进行供电；+5v、+3.3v可以输出至微处理器，对微处理器11进行供电。

如图2所示，本实施例中第一正负可调电源单元输入端的滤波电路可以包括电容c1和c3并联构成的滤波电路，及电容c7和c9并联构成的滤波电路。各滤波电路中一个电容采用0.1uf的无极性电容，另一个电容采用470uf的无极性电容。本实施例中通过在第一正负可调电源单元输入端设置滤波电路，可以保证第一正负可调电源单元的获得更加稳定的直流电压。

如图2所示，本实施例中第一正负可调电源单元输出端的滤波电路可以包括电容c4和c2并联构成的滤波电路，及电容c10和c8并联构成的滤波电路。各滤波电路中一个电容采用0.1uf的无极性电容，另一个电容采用220uf的无极性电容。本实施例中通过在第一正负可调电源单元输出端设置滤波电路，可以保证第一正负可调电源单元的输出更加稳定的直流电压。

优选的，本实施例还提供了一种用于向测量模块13供电的电桥激励电路，该电桥激励电路可以向测量模块中的惠斯通全桥应变电路提供激励电压，并向前置放大电路供电。下面结合附图对本实施例中的一种电桥激励电路进行具体说明。

图7示例性示出了本实施例中电桥激励电路的原理，如图所示，本实施例中电桥激励电路可以包括第二正负可调电源单元、第三高精度基准源和连接器。

其中，第二正负可调电源单元与连接器连接，可以用于对第二直流电压进行电压极性和电压幅值调整，得到期望的直流电压，并将期望的直流电压输出到连接器和第三高精度基准源。如图7所示，本实施例中第二正负可调电源单元可以包括三端直流稳压器lm317、三端直流稳压器lm337、电位器r3、电位器r5和滤波电路。其中，三端直流稳压器lm337的输出电压可以为1.2v～3.7v，三端直流稳压器lm337输出电压可以为-1.2v～-3.7v。本实施例中可以通过调整电位器r3和电位器r5，使得第二正负可调电源单元将直流输入电源转换为不同极性、不同幅值的直流稳压电源。

如图7所示，本实施例中第二正负可调电源单元输入端的滤波电路可以包括电容c3和c5并联构成的滤波电路，及电容c10和c12并联构成的滤波电路。各滤波电路中一个电容采用0.1uf的无极性电容，另一个电容采用470uf的无极性电容。本实施例中通过在第二正负可调电源单元输入端设置滤波电路，可以保证第二正负可调电源单元的获得更加稳定的直流电压。

如图7所示，本实施例中第二正负可调电源单元输出端的滤波电路可以包括电容c6和c4并联构成的滤波电路，及电容c13和c11并联构成的滤波电路。各滤波电路中一个电容采用0.1uf的无极性电容，另一个电容采用220uf的无极性电容。本实施例中通过在第二正负可调电源单元输出端设置滤波电路，可以保证第二正负可调电源单元的输出更加稳定的直流电压。

第三高精度基准源与连接器连接，可以用于向连接器输出基准电压。当第二直流电压为±24v时，可以调整电位器r3和电位器r5，将±24v直流输入电源转换为+15v、-15v两个直流稳压电源。其中，+15v可以输出至第三高精度基准源，对其各元件进行供电，第三高精度基准源向连接器输出+2.5v的基准电压。其中，本实施例中第三高精度基准源采用基准源芯片adr421。

连接器与测量模块连接，可以用于将期望的直流电压传输到测量模块。其中，期望的直流电压可以通过调整电位器r3和电位器r5得到。例如，如图7所示，通过调整电位器r3和电位器r5，可以将±24v直流输入电源转换为+15v、-15v两个直流稳压电源，并将其输出到连接器的引脚2和引脚3。

本实施例中通过电桥激励电路对测量模块13进行单独供电，可以减少测量模块13与压电陶瓷驱动控制系统内其他模块的相互影响，提高测量模块13的供电可靠性，进而提高测量结果的准确性。

进一步地，本实施例中压电陶瓷驱动控制系统还可以包括显示模块18，具体为：如图1所示，显示模块18与微处理器11连接，可以用于显示压电陶瓷执行器的实时位移信息。本实施例中显示模块18采用pc机。

下面以本发明提供的一个优选实施方案为例，并结合附图，对压电陶瓷驱动控制系统进行效果验证。

如图1所示，本实施例中压电陶瓷驱动控制系统包括微处理器11、电压放大驱动电路12、测量模块13、压电陶瓷执行器14、数模转换模块15、模数转换模块16、电源模块17和显示模块18。

其中，微处理器11包括数字信号控制器stm32f407，并通过该数字信号控制器stm32f407向模数转换模块输出驱动电压信号，该数字信号控制器stm32f407具有32位armcortex-m4内核，工作频率最高可以达到168mhz。压电陶瓷执行器14为thorlabs公司生产的压电陶瓷执行器pzs001，该压电陶瓷执行器pzs001的最高驱动电压为150v，最大位移为17.4um。

电压放大驱动电路12包括图6所示的电压放大驱动电路结构；测量模块13可以采用压电陶瓷执行器pzs001集成的传感器，也可以采用上述技术方案提出的测量模块；数模转换模块15包括图3所示的数模转换模块结构；模数转换模块16包括图4所示的数模转换模块结构；电源模块17包括图2所示的第一正负可调电源单元，同时也可以包括图7所示的电桥激励电路；显示模块18包括液晶显示屏。

本实施例中外部电源包括两个一体化线性电源：一个一体化线性电源用于向电压放大驱动电路提供第一直流电压，即作为驱动电压信号的直流供电电源；另一个一体化线性电源用于向第一正负可调电源单元提供第二直流电压，即作为微处理器11、电压放大驱动电路12、测量模块13、数模转换模块15和模数转换模块16的直流供电电源。

本实施例中压电陶瓷驱动控制系统的工作过程为：

1、控制电源模块17对外部电源进行电源转换，向系统供电。

2、控制微处理器11向数模转换模块15输出电压驱动信号，数模转换模块15将该电压驱动信号由数字信号转换为模拟信号，并将该模拟信号输出到电压放大驱动电路12。

3、压放大驱动电路12对数模转换模块15输出的电压驱动信号进行功率放大，并将功率放大后的驱动电压信号输出至压电陶瓷执行器14。压电陶瓷执行器14在该功率放大后的驱动电压信号的作用下动作，产生相应的位移。

4、测量模块13采集压电陶瓷执行器14产生的位移信息，并将该位移信息转换为电压信号，即实际位移信号，输出至模数转换模块16。

5、模数转换模块16将测量模块13输出的实际位移信号由模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号输出至微处理器11。

6、微处理器11计算模数转换模块16输出的信号与其期望值的偏差，依据该偏差修正向数模转换模块15输出电压驱动信号，以便进一步地调整压电陶瓷执行器14的执行动作。

本实施例中分别对压电陶瓷驱动控制系统进行直流测试和交流测试，具体包括：

1、直流测试

控制微处理器输出0v～10v的直流驱动信号，利用示波器测量经电压放大驱动电路12实际输出的驱动电压信号。

图8示例性示出了本实施例中驱动电压信号的均值，图9示例性示出了本实施例中驱动电压信号的峰峰值波纹。其中，曲线31为直流输入信号的均值测量曲线、曲线32为直流输出信号的均值测量曲线、曲线33为直流输入信号的峰峰值波纹测量曲线，曲线34为直流输出信号的峰峰值波纹测量曲线。如图8所示，直流输入信号的均值为10v，直流输出信号的均值为113v。如图9所示，驱动电压信号的峰峰值波纹均小于10mv，该压电陶瓷驱动控制系统具有稳定、精准的驱动能力。

2、交流测试

(1)控制微处理器输出峰峰值为110v、偏置电压为55v的正弦波信号，利用示波器测量经电压放大驱动电路12实际输出的驱动电压信号。

图10示例性示出了本实施例中高压正弦信号频率响应曲线，其中，曲线35为高压输入正弦信号的频率响应曲线，其横坐标的每个间隔表示10us，纵坐标的每个间隔表示4v；曲线36为高压输出正弦信号的频率响应曲线，其横坐标的每个间隔表示10us，纵坐标的每个间隔表示1v。如图10所示，本实施例中驱动电压信号频率可达到1.2kkz。

(2)控制微处理器输出峰峰值为10v、偏置电压为5v的正弦波信号，利用示波器测量经电压放大驱动电路12实际输出的驱动电压信号。

图11示例性示出了本实施例中低压正弦信号频率响应曲线，其中，曲线37为低压输入正弦信号的频率响应曲线，其横坐标的每个间隔表示4us，纵坐标的每个间隔表示0.4v；曲线38为低压输出正弦信号的频率响应曲线，其横坐标的每个间隔表示4us，纵坐标的每个间隔表示0.1v。如图10所示，本实施例中驱动电压信号频率可达到3kkz。

图12示例性示出了本实施例中压电陶瓷执行器的位移曲线，其中，横坐标为驱动电压，纵坐标为位移。如图所示，本实施例中压电陶瓷执行器在压电陶瓷驱动控制系统输出的驱动电压信号作用，其产生的位移具有迟滞性。综上所述，该压电陶瓷驱动控制系统具高频率、大功率的驱动能力。

本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的pc来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。