Controllo di Attuatori Piezo e Sistemi di Posizionamento Piezoelettrici

I drivers piezo e i controllori di PI offrono:
 

  • Elevata linearità e stabilità a lungo termine
  • Posizionamento con accuratezza subnanometrica
  • Rumore di circa 1 mV (valore RMS)
  • Basso consumo di energia
  • Filtri Notch per un'ampiezza di banda maggiore
  • Tensione in uscita adattata ai vari attuatori piezo e dispositivi piezo
  • Interfacce analogiche per un veloce comando diretto e in real time
  • Protezione da corto circuiti

Amplificatori Piezo a Basso Rumore e Senza Deriva

Le proprietà caratteristiche degli attuatori piezo includono la generazione di ampie forze e una risposta rapida. In termini elettrici un elemento piezo corrisponde ad una capacità. Un cambio rapido della tensione operativa porta ad un rapido spostamento dell'attuatore e quindi ad un cambio nella posizione. Mentre la tensione di controllo improvvisamente aumenta, l'attuatore può raggiungere il suo spostamento nominale in pochi microsecondi. Un pre-requisito per questo è che l'alimentatore fornisca corrente a sufficienza per caricare la capacità. Per il funzionamento a regime, ad esempio, quando si mantiene una determinata posizione, la stabilità dell'amplificatore diventa cruciale, in quanto gli attuatori piezoelettrici risponde con un movimento già ai minimi cambiamenti di tensione. Il rumore o la deriva devono pertanto essere evitati il più possibile.


Amplificatori di Commutazione con Recupero di Energia per Uso Dinamico o Duraturo

Nelle lavorazioni dei materiali o in ingegneria meccanica durante il processo di regolazione nelle macchine per la fresatura e il taglio, per esempio, esistono applicazioni con elevati cicli di carico. Gli attuatori qui impiegati operano con elevate forze ed elevata dinamica e generalmente hanno anche un'alta capacità elettrica. Per quanto concerne il controllo degli attuatori, il consumo di energia dell'amplificatore è importante. PI offre elettroniche di commutazione dell'amplificatore, con i quali viene modulata l'ampiezza dell'impulso del segnale di controllo (PWM) e viene quindi controllata la tensione piezoelettrica. Ciò si traduce in una efficienza particolarmente elevata. In aggiunta, un circuito brevettato per recupero di energia è integrato; Quando l'attuatore piezo si scarica, parte dell'energia di ritorno viene immagazzinata in un accumulatore capacitivo e viene resa disponibile ancora per l'operazione successiva di ricarica. Questo consente un risparmio di energia fino all'80% da realizzare.

A differenza degli amplificatori di commutazione tradizionali di classe D, gli amplificatori di commutazione di PI per gli elementi piezo sono controllati in corrente e tensione. Questo sistema brevettato li rende inoltre particolarmente adatti per applicazioni di abbattimento attivo delle vibrazioni. In questo caso, è importante un adeguamento al range dinamico attualmente richiesto. 

Protezione dell'Attuatore Piezo attraverso la Protezione dal Surriscaldamento

Le elettroniche ad alte prestazioni possono valutare il segnale di un sensore di temperature del piezo. Questo permette di proteggere le ceramiche da surriscaldamento e invecchiamento precoce.

Esempi di Applicazione

Test di accelerazione
Analisi strutturale
Test di materiali e ingegneria di precisione
Shock test
Test di macchine
Abbattimento attivo delle vibrazioni
Applicazioni di switching
Controllo di valvole ad iniezione

Amplificatori di Carica per Controlli Piezo senza Isteresi

Il controllo di carica si basa sul principio per il quale lo spostamento di un attuatore piezo è molto più lineare quando viene applicata una carica elettrica invece di una tensione. Nel primo caso, l'isteresi è approssimativamente di solo il due percento in confronto con circa il 10 / 15 percento di quando si utilizza il controllo della tensione.

Quindi, il controllo della carica può spesso essere utilizzato per ottenere la precisione richiesta anche senza un servo loop. Questo migliora le dinamiche e riduce i costi. Il controllo della carica non avvantaggia solo le applicazioni in alta dinamica ma anche quando viene applicato ad operazioni a bassissime frequenze.

Dato che il drift della posizione dell'attuatore piezo non viene regolato, il controllo di carica non sostituisce le operazioni di controllo della posizione in attività nelle quali le posizioni devono essere mantenute per lunghi periodi.

Esempi di Applicazione

Abbattimento attivo delle vibrazioni
Controllo di valvole (es. pneumatici)
Tecnologia di sistemi adattivi
Dosaggio
Interruttori meccanici ad alta velocità

Controllo della Posizione: Elettroniche di Controllo Ottimizzano le Proprietà del Sistema

Il controllo di posizione in closed loop confronta la posizione di target con la posizione misurata dal sensore (valore reale) e compensa automaticamente le proprietà di non-linearità dell'attuatore piezo quali isteresi e drift.

Il controllo della posizione si basa su un ciclo di controllo integrale proporzionato specificatamente ottimizzato per il funzionamento del piezo. Uno o più filtri notch regolabili migliorano notevolmente l'ampiezza di banda utilizzabile e la dinamica perchè gli effetti collaterali dovuti alle risonanze intrinseche del sistema vengono soppressi prima che possano influire sulla stabilità del sistema.

Algoritmi di controllo ottimizzati riducono il settling time in modo che il sistema di posizionamento piezo in closed-loop di PI possa raggiungere ripetibilità fino al range dei sub-nanometri e ampiezza di bande fino a 10 kHz.


Regolazione del Controllore / Calibrazione

Per ottimizzare le prestazioni del sistema, è necessario conoscere diverse informazioni sull'applicazione, quali la frequenza operativa desiderata, la dimensione e il peso del  carico, o la costante di molla di un precarico in relazione all'attuatore piezo viene utilizzato.

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Catalog

Precision Motion Control

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TEC68 2017-10
Lingua documento inglese
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