Вибродвигатели

ОТРАБОТКА ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ

Вопрос отработки заданных законов движения в многомерном случае при непрерывном и дискретном управлениях уже рассмотрен в 5-й главе. Пока­жем, как в отдельных случаях можно упростить схему управления, а также приведем конструктивные схемы устройств для осуществления периодических - движений и сканирующих механизмов.

Возбуждение периодических колебаний. Разделим электроды преобразо­вателя простейшего вибродвигателя с однокомпонентными колебаниями

(например, показанного на рис. 1.5) на две равные по длине части и присоеди-' ним к ним возбуждающие напряжения £/х и V2, имеющие вид

иг (?) = U01 cos (ых t - <рх);

^2 (О— ^02 COS (<i)2 t ^52),

где WjXoj; <i)2 —<!)!<§ wj; частоты мх, ы2 лежат в диапазоне одного из макси­мумов характеристики vK (/) (рис. 6.17 а)

Так как в преобразователе осуществляется суперпозиция двух колебаний с разными частотами, определяемых выражениями (6.7), приблизительно можно принять, что возбуждение производится эквивалентным напряжением типа

Uэ (t)=U0Э cos (co3 t - tp3),

где, как известно,

т. e. типа биений. При U01= U02

(6.9)

а подвижное звено с учетом нечувствительности по напряжению (см. рис. 4.1) совершает периодические движения

©к = vk max j cos 2 ^ J ПРИ ^ ^°3 (0 ^ U0э max’,

vK = 0 при 0*ZUb3(t)^U%, (6.10)

где U3 — амплитуда питающего напряжения, определяющая начало границы зоны нечувствительности; vK max устанавливается из характеристики vK (/) в сечении U=2U01.

Закон (6.10) обусловливает скорость подвижного звена в виде колебаний с остановками. Исключение участков с вк=0 производится при t/01^C/02, а иоэ=Щ. При и0э>Щ реализуются движения с постоянной составляющей скорости.

В преобразователях вибро двигателя с двумя активными элементами в зоне контакта (см., например, рис. 1.6 а) вызовем колебания с близкими час­тотами Oj и ыг. Тогда, ввиду зависимости знака скорости в зоне контакта от фазы колебаний обоих преобразователей, выражения (6.10) принимают вид

©к ~ ©к max COS 2" t ПрИ U, <С L * (V, (/) {70э тах

г>к = 0 при 0^ и0э Щ, (6-11)

а при Uq2, U03=U3

®к = ,®Кт, хСО (6.12)

т. е. возбуждаются гармонические колебания в частотном диапазоне, начина­ющемся от 0 Гц (при 0)2 = 0)!, vK = vKmax).

Режим движения, определяемый выражением (6.12), реализуется во всех вибродвигателях, допускающих изменение знака скорости. Так, в схемах на рис. 2.8 а, ж, и, к напряжения с частотами coj и со2 подключаются к разным электродам преобразователя, на рис. 2.8 б, г, д,е, з — к электродам, опреде­ляющим изгибные колебания в плоскости преобразователя и т. п.

Режим, определяемый уравнением (6.12), применяется в прецизионных вибростендах и сканирующих устройствах. На рис. 6.17 б приведена ампли - тудно-частотная характеристика прецизионного вибростенда, показанного на рис. 6.18. Характеристика не имеет резонансных пиков, а в реальной кон­струкции, ввиду ограничения хода хк, реализуется частотный диапазон от

значения. Однако при 0 ^ хк ^ хк тах возможна реализация участ-

/тіл

ков синусоиды любой частоты.

Прецизионный вибростенд (рис. 6.18) предназначен для снятия калиб­ровочных характеристик оптических датчиков и состоит из стола 1, при­крепленного к узловым окружностям вибропреобразователей 2 и 3, которые опираются своими внешними цилиндрическими поверхностями на три вибро­преобразователя 4, расположенные под углом 120° относительно друг друга. Используется вторая форма колебаний по длине. Напряжение частотой

подключается к электродам вибропреобразователей 2 и 5, частотой м2 — к преобразователям 4. Частота колебаний регулируется величиной щ — шх. Применение нескольких близких частот г=3, 4 ..реализует периодические негармонические законы движения.

Сканирующие устройства. Одна из важных задач при создании оптико­электронных приборов - сканирование в пространстве излучения в об­ласти видимых или невидимых частот - успешно решается с применением вибродвигателей, высокая разрешающая способность и малая постоянная

времени которых удовлетворяют требованиям, предъявляемым к устройст­вам подобного рода. Авторами создано несколько разновидностей сканирую­щих устройств, в основном для медицинской техники и астрономических исследований. Так, на рис. 6.19 и 6.20 приведен общий вид однокоординатных устройств с малой и средней величиной отклонения, а также устройства кругового обзора. Разрешающая способность всех трех устройств по углу

отклонения — 0,1 угл. с. Однокоординатные устройства в паре с перпенди­кулярными осями вращения позволяют реализовать матрицу действия ска­

нирующей системы зеркал

sin 2(3 sin2аcos 2(3 —cos2аcos 2(3

-cos 2(3 sin 2a sin 2(3 - cos 2a sin 2(3 , (6.13)

0 cos 2a sin 2a

где аи^ — углы поворота зеркал.

В конструкции двухкоординатного сканирующего устройства (рис. 6.21) зеркало 1 через опору 2 опирается на пьезоэлектрический стержень 3, за­крепленный в середине корпуса шарнирно. Другой конец стержня при помощи пружины 4 упруго прижат к боковой поверхности вибро преобразователя 5. Измерение положения вибропреобразователя 3 производится с помощью сопряжения растров 6, 7, сигнал о положении которых поступает через уси­литель формирования 8 к сравнивающему устройству 9. В зависимости от сигнала заданного положения А и реального положения выдается сигнал управления блоку коммутации 10, к входу которого подключен генератор электрических колебаний 11.

При гармоническом сканировании по каждой из координат к электродам преобразователей 3 и 5 подключаются напряжения близкой частоты. В режиме слежения производится питание обоих преобразователей напряжением одной частоты, а в зависимости от закона слежения модулируются напряжения по амплитуде или фазе.

С целью повышения чувствительности растрового сопряжения в устройст­ве применен интерполятор положения зеркала внутри каждого деления растра. На рис. 6.22 приведен общий вид устройства с блоком индикации, содержа­щим схему управления и интерполятор с цифровым выходом. Коэффициент интерполяции - 40 : 1, что при шаге растрового сопряжения, равном 4 угл. мин, дает точность установки положения, равную 3 угл. с. Быстродействие устройства по каждой координате — 4,2 рад/с.