Дослідження супутнього ударно-вібраційного шуму п’єзоелектричного двигуна в режимі мікро- та наношвидкостей

Анотація

В роботі розглянуті методи керування швидкістю п’єзоелектричних двигунів в мікро- та нанодіапазонах. На основі фізичних принципів роботи п’єзоелектричного двигуна, з врахуванням специфіки сигналів керування і зворотнього зв`язку, досліджено ударно-вібраційні ефекти лінійного п’єзоелектричного двигуна квазірезонансного типу при різних режимах керування швидкістю в діапазоні 0,1мкм/с…10мм/с. Описано конструкцію та принцип роботи п’єзоелектричного двигуна класу LPM-5 фірми DTI (який широко застосовується на практиці і має типову конструкцію для лінійних типів двигунів), а також стенд для дослідження вібрацій при роботі двигуна в різних діапазонах швидкостей. Показано, що механічна ударна деформація формується при зупинці двигуна (при знятті збудження). Це вказує на те, що ударне перевантаження при самогальмуванні двигуна вище, ніж при розгоні, тобто двигун розганяється повільніше, ніж гальмує. З метою зменшення ударно-вібраційного ефекту, вся подальша методологія керування швидкістю будувалася за принципом або повного виключення ділянок розгону і гальмування шляхом безперервного керування, або їх максимального “згладжування“ при імпульсному керуванні. Запропоновані алгоритми керування швидкістю забезпечили зменшення в 2…10 разів ударно-вібраційного ефекту порівняно з широтно-імпульсною модуляцією. Встановлено, що в мікродіапазоні швидкостей найбільш ефективним є комбіновані алгоритми, які поєднують в собі як елементи безперервного керування шляхом сканування по частотній характеристиці двигуна, так і імпульсного — шляхом внутрішньої модуляції частоти збудження. Показано, що найбільш ефективним керуванням в нанодіапазоні є частотне керування при фіксованій тривалості імпульсу керування – нанокроку двигуна. Отримані результати дозволяють забезпечити діапазон керування швидкістю (5 порядків) лінійного п’єзоелектричного двигуна з врахуванням його умов експлуатації в мікроманіпуляційній системі, а також дають можливості для використання лінійних п`єзоелектричних двигунів квазірезонансного типу в робототехнічних і маніпуляційних системах мікро- і нанодіапазону і подальшого вдосконалення з точки зору мініатюризації і підвищення точності.