НЕСКОЛЬКО ОПРЕДЕЛЕНИЙ КАСАЮЩИХСЯ АКТУАТОРОВ

(Каталога CEDRAT TECHNOLOGIES Глава 10.1.2 стр. 124-126)

 

Точность, относительная и абсолютная: Существует различие между относительной и абсолютной точностью, несмотря на то что обе величины определяются в результате расчета погрешности. Относительная точность определяется погрешностью величины смещения между двумя определенным позициям. Абсолютная точность определяется погрешностью позиции. Эти погрешности появляются в результате действия нескольких факторов, таких как: гистерезис, свойственный пьезоэлектрической керамике; диапазон температур; отношение сигнал-шум электроники в конфигурации с открытой петлей обратной связи. Точность может быть улучшена с помощью датчика положения, при конфигурации с петлей обратной связи, и в этом случае погрешность положения зависит от точности датчика и подключенной электроники.

Частотный диапазон: Частотный интервал между 0 Гц и максимальной рабочей частотой актуатора. Максимальная рабочая частота зависит от резонансной частоты актуатора, которая, обычно, указывается пользователем и определяет выбор задающей электроники. Учитывая эту величину, будет необходимо выполнить калибровку петли обратной связи, связанной с актуатором.

Блокирующая сила: Минимальная величина силы, которая полностью блокирует перемещение актуатора при максимальном приложенном напряжении (пьезо актуаторы) или токе (магнитные актуаторы).

Емкость: Как и все диэлектрические системы, электрические характеристики пьезоэлектрического привода аналогичны конденсатору. Значение емкости (в мкФ), которое приводится в спецификациях актуаторов CEDRAT TECHNOLOGIES соответствует квази-статическим свободным условиям. При динамических условиях, величина емкости увеличивается с температурой,  из-за диэлектрических потерь. Пьезо устройства приводятся в действие напряжением. В динамических условиях (режимы DS, DF), емкость определяет, через проводимость, ток и реактивную мощность, которые необходимы для питания актуатора.

Команда: Чтобы получить движение, сигнал посылается на задающий усилитель привода через внешний генератор сигналов. Команда может быть отправлена непосредственно на усилитель в режиме с открытой петлей обратной связи или через контроллер в режиме замкнутого контура.

Контроллер: Функция используется для стабилизации и улучшения характеристик контура управления (также называется регулятором).

Преобразователи (АЦП и ЦАП ): Входные и выходные блоки, используемые в цифровой петле. Аналого-цифровые преобразователи используются для преобразования аналоговых сигналов в дискретные сигналы. Цифро-аналоговые преобразователи используются для преобразования дискретных сигналов в аналоговые сигналы.

Ток: В статических приложениях, пьезо привод потребляет токи в несколько микроампер. В динамических условиях, ток увеличивается с рабочей частотой. Поэтому выбор оптимального усилителя мощности для применения зависит от максимального тока, потребляемого актуатором.

Дрейф или Скольжение: небольшое положительное или отрицательное изменение деформации в керамике с течением времени при постоянном напряжении, происходящее в результате уменьшения или увеличения электрической поляризации сегнетоэлектрика. Эффект дрейфа подавляется замкнутым контуром для точного и статического позиционирования.

Электрический бустер (компенсатор реактивной мощности): Дополнительная электрическая цепь, применяемая со стандартным усилителем мощности для уменьшения реактивной мощности, требуемой для актуатора.

Эффективная масса: Масса воспринимаемая актуатором при резонансе. Например, при отсутствии нагрузки, она не равна общей массе актуатора, и может быть определена по формуле, приведенной в разделе 2.8 Каталога. Поэтому эффективная масса зависит от характеристик механического интерфейса, иначе говоря, зависит от режимов работы актуатора: с разблокированными стенками “free-free” или с одной заблокированной стенкой “blocked-free”.

Срок службы: Срок службы пьезо актуатора зависит от условий его применения. При применении в циклических режимах, может быть достигнуто до 10^10 циклов полного хода. При статическом напряжении постоянного тока, время жизни может быть ограничено до нескольких сотен часов при высоком уровне влажности. В случае пьезоэлектрических двигателей, срок службы в значительной степени зависит от износа контактных поверхностей, а также от других параметров. Срок службы магнитного актуатора зависит от его направляющей. С эластичной направляющей он практически неограничен.

Время загрузки: Время, необходимое задающей электронике, чтобы загрузить актуатор заданным напряжением. Этот параметр зависит от напряжения, емкости или индуктивности актуатора и от ограничений по току или напряжению задающей электроники.

Максимальная сила: Это максимальная внешняя сила, которую может выдерживать актуатор без каких-либо повреждений самого актуатора.

Режимы работы: Зависит от диапазона частот, в котором пьезоэлектрическое устройство (включая актуатор и нагрузку) может работать. Указание одного или более режимов из списка, приведенного ниже, имеет важное значение для успешной оценки механизма на основе актуатора.

  • Режим Динамической деформации (Dinamic strain - DS) - Частота возбуждения ниже резонанса; несколько режимов могут быть возбуждены, и могут возникнуть электрические или тепловые ограничения.
  • Режим Динамической силы (Dynamic Force - DF) - Частота возбуждения выше резонанса, это обозначает, что актуатор производит силу против силы инерции.
  • Статический Режим (Static -S) - Частота равна нулю. Напряжение постоянного тока приложено к устройству, чтобы достичь и удерживать точное положение. Результирующее потребление тока низкое (несколько микроампер). Статический режим обычно используется в системах позиционирования.
  • Импульсный Режим - Используется для быстрого срабатывания и для использования преимущества пьезоэлектрических приводов в виде короткого времени отклика. На устройство подается импульс напряжения, который соответствует требуемому смещению.
  • Квазистатический Режим - частота значительно ниже резонанса (рабочая частота составляет менее одной трети резонансной частоты). Частота такова, что динамические эффекты (эффекты инерции и динамические нагрузки), не влияют на поведение устройства, на которое могут подаваться различные сигналы, в том числе синусоидальные, треугольные и прямоугольные, таким образом, что перемещение привода находится в фазе с напряжением возбуждения.
  • Резонансный Режим (Resonant - R) - Резонансный режим работы, при котором устройство приводится в действие на резонансной частоте, представляет особый интерес. APA®, которые демонстрируют высокую механическую добротность (Qm), подавляемую с опцией MD, могут быть также использованы в резонансном режиме в специальных приложениях. Тем не менее, так как это условие является серьезным, то, пожалуйста, свяжитесь с CEDRAT TECHNOLOGIES, чтобы воспользоваться преимуществом резонансных приложений при полном сроке службы APA® и PPA.

Полезная нагрузка: Определяет нагрузку, приложенную к актуатору. Она оценивается в ньютонах (Н), и может быть следующих типов:

  • Гравитационная - Сила тяжести, которая соответствует массе перемещаемой актуатором.
  • Упругая - Сила упругости (или жесткость) приложенная к актуатору.
  • Инерционная - Переходные или динамические силы, вызванные смещением (ускорением) привода.

Точное количественное и качественное описание характеристики полезной нагрузки имеет решающее значение для правильного выбора актуатора.

Запасы устойчивости по Фазе и Амплитуде: Критерии, используемые для описания характеристик Запаса устойчивости по Фазе и Запаса устойчивости по Амплитуде при замкнутой петле, рассчитываются при открытой петле и значениях 45 ° и + 6дБ соответствующих стабилизированной петле.

Предварительно нагрузка: Усилие требуемое для пьезо двигателей (LSPA ... ), чтобы обеспечить контакт между пьезоэлектрическим статором и подвижной частью. Восстанавливаемая система предварительной нагрузки, разработанная CEDRAT TECHNOLOGIES на линейных и поворотных двигателях, позволяет поддерживать уровень предварительной нагрузки с высокой точностью, что увеличивает эффективность контакта и срок службы пьезоэлектрических двигателей, запатентованных компанией CEDRAT TECHNOLOGIES.

Предварительное напряжение: Статическое давление, приложенное в состоянии покоя, на столбик пьезоэлектрической керамики внутри исполнительного механизма. Точная калибровка предварительного нагрузки до оптимального уровня этого пьезоэлектрического материала (определяется производителем пьезокерамики) улучшает динамические характеристики актуатора, а также повышает его устойчивость к вибрациям.

Повторяемость: Способность актуатора вернуться точно к предыдущей позиции. Из-за гистерезиса, дрейфа и других явлений высшего порядка, повторяемость может быть гарантирована только для приводов, работающих в условиях замкнутого цикла (обратная связь по положению). Исключением является повторяемым команда, где может быть достигнуто значение в 2 %.

Разрешение: Перемещение обеспечивается минимальным изменением приложенного напряжения. Разрешение не зависит от эффектов Гистерезиса и практически неограниченно при применении пьезо актуатора. Практические значения решения в открытом цикле, указанные в каталоге, вычисляются при отношении сигнал-шум 100 дБ.

Резонансная частота: Частота, на которой вызывается основной режим колебаний (актуатора и полезной нагрузки). Для актуатора без полезной нагрузки, резонансная частота зависит только от граничных механических условий:

  • Режим Free-Free – актуатор зафиксирован таким образом, что его механический интерфейс может двигаться свободно.
  • Режим Blocked-Free – одна из двух стенок актуатора зафиксирована на твердом основании; другая – может двигаться свободно.

Время отклика: Время, необходимое для актуатора, в открытом контуре, чтобы достичь полного движения, соответствующего данному уровню электрического сигнала. Этот параметр в основном зависит от резонансной частоты устройства.

Время успокоения: Время, необходимое актуатору в замкнутом контуре, чтобы достичь 95 % от максимального движения, соответствующего данному уровню электрического сигнала. Этот параметр зависит в основном от резонансной частоты устройства.

Выравнивающие фильтры: Универсальные фильтры, используемые при стабилизации в замкнутом контуре: НЧ ​​фильтры, узкополосные режекторные фильтры или заграждающие фильтры, опережающе-запаздывающие фильтры.

Жесткость: Коэффициент пропорциональности между упругой силой и смещением, генерируемым с помощью актуатора. Квази-статическое или динамическое механическое поведение пьезо актуатора аналогично пружине с жесткостью К (выраженной в Н/мкм).

Ход: максимальное смещение без нагрузки генерируемое с помощью актуатора. Выражается в микрометрах (1 мкм = 10 ^ -6 м) или в миллиметрах (1 мм = 10 ^ -3 м).

Диапазон напряжения: Определяет диапазон входного напряжения, который приводит к линейной деформации пьезоэлектрической керамики. Ход достигается для максимального значения напряжения.

Сопротивление: Электрические характеристики магнитных актуаторов аналогичны индуктивности. Их электрические сопротивления включают в себя сопротивление и индуктивность. Сопротивление (в Ом) приводится CEDRAT TECHNOLOGIES для постоянного тока при низком уровне тока возбуждения. При сохранении высокого уровня тока, происходит нагрев: Это увеличивает температуру катушки, которая вызывает увеличение сопротивления 0,39 % / ° C . При высокой частоте, из-за вихревых токов, сопротивление возрастает.

Индуктивность: Электрические характеристики магнитных актуаторов аналогичны индуктивности. Их электрические сопротивления включают в себя сопротивление и индуктивность. Индуктивность (мкГн или мГн) приводится компанией CEDRAT TECHNOLOGIES на частоте 10 Гц при низком уровне возбуждения. При высокой частоте, из-за вихревых токов, индуктивность уменьшается. Магнитные устройства приводятся в действие током. При динамических условиях, индуктивность и ток возбуждения существенно определяют требуемое напряжение. Это должно приниматься в расчет, чтобы определить усилители с соответствующими ограничениями тока и напряжения.

Диапазон частот на выходе под нагрузкой: эффективная пропускная способность электронного усилителя зависит от нагрузки. Чтобы дать подсказку о данной проблеме, в технических описаниях усилителей CEDRAT TEWCHNOLOGIES указан частотный диапазон выходного сигнала под нагрузкой. Диапазон приведен для следующих нормированных нагрузок:

  • 1,55 мкФ для усилителей пьезо актуаторов
  • 1,5 мГн для усилителей магнитных актуаторов