[发明专利]基于继电器式控制的角度可调节压电舵机及控制方法

说明书

基于继电器式控制的角度可调节压电舵机及控制方法，该舵机包括框架，十字梁双稳态装置以及与十字梁双稳态装置相连接的舵片；框架与十字梁双稳态装置采用线切割一体化成型，两者通过弹性梁相连且整体结构呈轴对称分布，螺钉与框架通过螺纹连接，其穿过框架顶部并紧压于预压调节块上方，十字梁双稳态装置因受预压力能够产生双稳态，该双稳态间的转换可由压电堆激振悬臂梁实现，由此舵片随运动的横向梁可实现姿态调整；本发明在高频驱动条件下，能够快速响应并双向驱动舵片，具有加工简单，变形稳定，大行程，低能耗，响应迅速和抗干扰能力强的优势；能够断电后位置保持并实现双向大角度控制。

技术领域

本发明属于舵机技术领域，具体涉及一种基于继电器式控制的角度可调节压电舵机及控制方法。

背景技术

近年来随着航空航天领域的迅速发展，人们对舵机的性能要求越来越高，舵机逐渐向着结构紧凑、体积小，质量轻的方向发展。采用液压、气动驱动的舵机控制机构往往存在结构复杂、质量及体积大等缺点。而传统电动舵机则需要加减速装置，设备复杂，质量大。一般地，继电器式控制具有在两组给定值间进行无中间状态的控制作用，常用于导弹或无人驾驶飞机的控制。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于继电器式控制的角度可调节压电舵机及控制方法，在高频驱动条件下，能够快速响应并双向驱动舵片，具有加工简单，变形稳定，大行程，低能耗，响应迅速和抗干扰能力强的优势，能够断电后位置保持并实现双向大角度控制。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于继电器式控制的角度可调节压电舵机，包括框架1、十字梁双稳态装置5以及与十字梁双稳态装置5相连接的舵片12；其中框架1与十字梁双稳态装置5采用线切割一体化成型，整体结构呈轴对称分布，矩形框架1内部设有“凸”形槽，槽内下方的两侧分别设有左悬臂梁2-1和右悬臂梁2-2，左悬臂梁2-1的自由端上侧设有第二压电堆3-2，自由端下侧设有第一压电堆3-1，右悬臂梁2-2的自由端上侧设有第一压电堆3-1，自由端下侧设有第二压电堆3-2，第一压电堆3-1上固接有第一质量块4-1，第二压电堆3-2上固接有第二质量块4-2；十字梁双稳态装置5包括预压调节块8、纵向梁9和横向梁10，其中预压调节块8通过左右两侧的水平弹性梁7与框架1槽内上方两侧壁面相连，预压调节块8的顶部平面受到螺钉6的挤压，该螺钉6与框架1螺纹连接，预压调节块8下部连接有纵向梁9，纵向梁9由第一柔性梁9-1、第二柔性梁9-2、刚性梁9-3以及与框架1槽内下方连接的第三柔性梁9-4自上而下依次组成，在纵向梁9的第一柔性梁9-1和第二柔性梁9-2之间布置有横向梁10，两者相互垂直呈十字形连接，横向梁10由结构和尺寸相同的第一刚性梁10-1和第二刚性梁10-2组成，两者自由端正对于质量块；舵片12连接在横向梁10上部；舵机装配完成后，螺钉6通过挤压预压调节块8对十字梁双稳态装置5施加纵向预压力，纵向梁9中的柔性梁受压变形并导致横向梁10绕十字中心顺时针或逆时针旋转预设角度，即形成双稳态，该双稳态间的转换由第一压电堆3-1和第二压电堆3-2的通断电进行控制，由此随横向梁10运动的舵片12实现姿态调整。

所述第一柔性梁9-1、第二柔性梁9-2、第三柔性梁9-4和水平弹性梁7均属于柔性部件，其截面尺寸远小于轴向尺寸，当受到外力时会产生较大变形；所述第一刚性梁10-1和第二刚性梁10-2的截面尺寸与轴向尺寸在同一数量级，刚度较大且能抵御外力。

所述螺钉6穿过框架1上方并与预压调节块8顶部紧密接触，当向下旋转螺钉6预设距离，预压调节块8下移且带动水平弹性梁7产生变形，其中水平弹性梁7能够防止预压调节块8的旋转和横向运动，此时十字梁双稳态装置5受到预设预压力，该预压力导致纵向梁9中的第一柔性梁9-1、第二柔性梁9-2以及第三柔性梁9-4弹性变形，该变形对应于横向梁10绕十字中心产生的旋转角度相同而方向相反的两个稳定状态，由此实现通过调节螺钉6的纵向位置来改变双稳态状态即舵机角度的功能。