专利名称：提高压电马达步进精度和低步距扭矩的差分复动法及系统的制作方法
技术领域：
一种提高压电马达步进精度和低步距扭矩的差分复动法及系统属于步进压电马达技术领域。
本发明的特征在于压电马达采用正转-反转地组合式运行方法，其每次组合所行走的角度Δ同时满足(1)Δ＝α＇-β＇，Δ＜α，Δ＜β；(2)α＇≠β＇，α≠β；其中，α＇压电马达正转转动角度，β＇压电马达反转转动角度，α压电马达正转极限转动角度，β压电马达反转极限转动角度。
也可使所述的α＇＝α，同时β＇＝β。
所设计的系统，其特征在于，它含有时序控制电路，输入端与时序控制电路输出端相连的换向控制电路，输入端同时受控于换向控制电路和时序控制电路而输出端与马达驱动电路输入端相连的马达单方向步进脉冲精确控制电路部件以及输入端受控于换向控制电路而输出端与马达单方向步进脉冲精确控制电路相连的马达正、反转角度调节电路；其中，所述的马达单方向步进脉冲精确控制电路部件包含时钟电路，输入端与时钟电路相连且同时受控于换向控制电路和时序控制电路的时序变换电路，由输入端受控于时序控制电路和时序变换电路的待选脉冲同步电路和单稳电路两者依次相串而成的待选脉冲精确控制信号形成电路，输入端同时与时序变换电路和待选脉冲精确控制信号形成电路，两者的输出端相连而输出端又与马达驱动电路输入端相连的与门；所述的马达正、反转角度调节电路是一个可调节上述单稳电路外接电阻的电子开关；所述的换向控制电路是一个T＇触发器；所述的时序控制电路是一个555定时器。
在马达单方向步进脉冲精确控制电路部件中，时钟电路用芯片4046，时序变换电路用芯片L297，待选脉冲同步电路用芯片40174，单稳电路用芯片4098；与门用芯片4081；换向控制电路用芯片4027；时序控制电路用芯片555；马达正、反转角度调节电路用电子开关4066。
所述的马达驱动电路由依次和与门输出端相连的用芯片L298制的功率放大电路，二极管门阵列，副边有限流电感的变压器和马达串联而成。
本发明使马达的运转方式如
图1所示，即通过马达正转-反转结合的方式来实现。给压电马达正转控制脉冲以极限宽度值时，其正转的极限转动角度为α，给压电马达反转控制脉冲以极限宽度值时，其反转的极限转动角度为β，则正、反转结合使马达的一次组合的行走角度为Δ＝α-β，当正、反转对称度较高时，行走角度Δ将很小，从而突破极限转动角度α和β的限制，达到极高的步进精度；也可不必对正、反转分别施以极限控制脉冲宽度，只要分别施以一定宽度的脉冲，使正转的角度α＇＞α，反转的角度β＇＞β，只要正、反转角有一点不对称，就能使正、反转组合的行走角度Δ＝α＇-β＇同时小于α和β，就可突破极限限制。
使用证明它达到了预期目的。
图2，提高压电马达步进精度和低步距扭矩的差分复动系统的电路原理框图。
图3，与图2相应的控制电路原理图。
图4，马达驱动电路的电路原理图。
图5，一般使用开关方法获得的脉冲的波形图。
图6，利用单稳态方法获得可精确控制的脉冲的波形图。
整个系统是在555定时器控制下运行的。它首先发出图6所示的正转控制信号A，使触发器芯片4027翻转的同时也使待选脉冲B的同步电路芯片40174置零；待芯片4027翻转后，其输出端Q向芯片L297的CW/CCW端发出待选脉冲形成控制信号，同时也向电子开关4066发出正转信号，使其切换成控制正转角度的单稳芯片4098的外接电阻；在待选脉冲形成控制信号作用下，芯片L297向与门芯片4081发出有固定时间间隔的四列待选脉冲，其第一列待选脉冲B同时触发用芯片40174做的D触发器，令其触发单稳电路芯片4098，相应地，单稳芯4098就向与门4081的所有芯片发出马达正向步进脉冲精确控制信号，在待选脉冲B的共同作用下，与门芯片4081便向马达驱动电路输出经过精确控制的第一个已选步进脉冲E。单稳电路芯片4098在分别保证正、反转重复精度的同时，又可调整正、反转不同的转动角度。
在马达驱动电路中，二极管门阵列由8个二极管D组成，变压器用TRANS表示，限流电感用L表示，压电步进马达用M表示。
由此可见，它具有步进精度高、低步距下扭矩大以及马达单方向低步距运转时重复精度高等优点。
本发明适用于一般的行波、柱状等压电马达。
权利要求
1.一种提高压电马达步进精度和低步距扭矩的差分复动法，其特征在于压电马达采用正转-反转地组合式运行方法，其每次组合所行走的角度Δ同时满足(1)Δ＝α＇-β＇，Δ＜α，Δ＜β；(2)α＇≠β＇，α≠β；其中，α＇压电马达正转转动角度，β＇压电马达反转转动角度，α压电马达正转极限转动角度，β压电马达反转极限转动角度。
2.根据权利要求1的提高步压电马达进精度和低步距扭矩的差分复动法，其特征在于所述的α＇＝α，同时β＇＝β。
3.根据权利要求1的提高压电马达步进精度和低步距扭矩的差分复动法所设计的系统，其特征在于，它含有时序控制电路，输入端与时序控制电路输出端相连的换向控制电路，输入端同时受控于换向控制电路和时序控制电路而输出端与马达驱动电路输入端相连的马达单方向步进脉冲精确控制电路部件以及输入端受控于换向控制电路而输出端与马达单方向步进脉冲精确控制电路相连的马达正、反转角度调节电路；其中，所述的马达单方向步进脉冲精确控制电路部件包含时钟电路，输入端与时钟电路相连且同时受控于换向控制电路和时序控制电路的时序变换电路，由输入端受控于时序控制电路和时序变换电路的待选脉冲同步电路和单稳电路两者依次相串而成的待选脉冲精确控制信号形成电路，输入端同时与时序变换电路和待选脉冲精确控制信号形成电路，两者的输出端相连而输出端又与马达驱动电路输入端相连的与门；所述的马达正、反转角度调节电路是一个可调节上述单稳电路外接电阻的电子开关；所述的换向控制电路是一个T′触发器；所述的时序控制电路是一个555定时器。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于在马达单方向步进脉冲精确控制电路部件中，时钟电路用芯片4046，时序变换电路用芯片L297，待选脉冲同步电路用芯片40174，单稳电路用芯片4098；与门用芯片4081；换向控制电路用芯片4027；时序控制电路用芯片555；马达正、反转角度调节电路用电子开关4066。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述的马达驱动电路由依次和与门输出端相连的用芯片L298制的功率放大电路，二极管门阵列，副边有限流电感的变压器和马达串联而成。
全文摘要
提高压电马达步进精度和低步距扭矩的差分复动法及系统属于压电马达技术领域，其特征在于压电马达采用正转－反转相结合的组合式运转方法，其每次组合所行走的角度Δ要同时满足1.Δ＝α′－β′，使Δ＜α，同时也使Δ＜β；2.α′≠β′，α≠β，其中α′、β′分别为压电马达正、反转转动角度，α、β分别为正、反转极限转动角度。相应地提出了马达差分复动控制系统，它含有时序控制电路，受其控制的换向控制电路，分别同时受控于时序控制电路和换向控制电路的马达单方向步进脉冲精确控制电路和马达正、反转角度调节电路，其中，马达正、反转角度调节电路可对上述精确控制电路发出的正、反转步进脉冲实行精确调节。它具有步进精度高、低步距下扭矩大以及马达单方向低步距运转时重复精度高等优点。
文档编号H02N2/10GK1421989SQ0114006
公开日2003年6月4日 申请日期2001年11月23日 优先权日2001年11月23日
发明者李龙土, 邢增平, 褚祥诚, 桂治轮 申请人:清华大学