[发明专利]一种压电陶瓷伸长量的控制方法

说明书

本发明涉及压电陶瓷驱动技术领域，尤其涉及一种压电陶瓷伸长量的控制方法，包括以下步骤：S1、硬件结构为MCU控制大功率同步半桥驱动电路，建立压电陶瓷叠堆电压与驱动波形之间的模型关系；S2、利用设定伏秒积模型建立MCU输出的PWM占空比D与陶瓷驱动电压V_out的关系；S3、实时采集电压电流，根据模型调制输出驱动信号，用模糊PID算法修正输出波形；对S3的模糊PID算法修正输出波形，包括：S31、控制器根据点胶参数确定驱动电压波形的目标电压值V_t；S32、确定偏差E和偏差变化率EC的模糊子集及其论域，建立模糊规则库，设计模糊控制器；S33、清析化得到比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd；S34、根据增量式PID算出修正值。精确控制压电陶瓷的电压驱动波形，通过模糊PID算法进行修正，从而保证压电陶瓷点胶阀领域应用时得到精准的出胶量。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷驱动技术领域，尤其涉及一种压电陶瓷伸长量的控制方法。

背景技术

压电陶瓷叠堆其推力大，微运动迅速，广泛运用于电子装备、精加工等领域；压电喷射点胶阀是非接触式喷射点胶阀，压电陶瓷叠堆是实现高效、高精度、非接触点胶的核心部件，在电子封装领域中应用越来越广泛；压电陶瓷喷射阀的主要结构为阀体、压电致动器、放大机构及流道组件等组成，其主要原理为：压电阀喷射阀开始时刻，胶体充满阀体通道，撞针上部受压紧靠在喷嘴底部并封住喷嘴出口，压电制动器被施以高电频，压电致动器横向伸长，撞针向上抬起，此时喷嘴打开，外部气压驱动胶液填充撞针上移所形成的阀体空隙，并使一定量的胶液流出喷嘴，压电制动器被施以低电频，压电制动器和菱形放大机构收缩，同时在弹簧回复力的作用下，撞针向下高速撞击喷嘴内腔体并封住喷口，被挤在喷嘴内的腔体在惯性力作用下喷射出去，形成胶滴；在驱动信号高低电频交替作用下，撞针不断上下往复振动，从而实现高速喷射点胶，通过改变驱动电压幅值、频率、占空比等可对撞针振幅、频率进行调节，进而实现对胶滴喷射性能的控制；目前压电驱动技术是压电喷射点胶阀的一个技术核心，驱动控制技术直接影响点胶产品的优良率。

发明内容

针对现有技术存在的问题：本发明精确控制压电陶瓷的电压驱动波形，通过模糊PID算法进行修正，从而保证压电陶瓷点胶阀领域应用时得到精准的出胶量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压电陶瓷伸长量的控制方法，包括以下步骤：

S1、硬件结构为MCU控制大功率同步半桥驱动电路，建立压电陶瓷驱动电压与MCU输出的PWM占空比之间的模型关系；

压电陶瓷在电压的激励作用下，由于逆压电效应，会伸长；而当压电陶瓷受到外部压力缩短时，由于正压电效应，压电陶瓷两端会产生电荷，以抵消此部分变形；因此，MCU输出的PWM占空比需随压电陶瓷的工作状态有所调整，以保证驱动波形完好，从而实现精准控制；

S2、利用设定伏秒积模型建立MCU输出的PWM占空比D与陶瓷驱动电压V_out的关系；

测得压电陶瓷的驱动电压和MCU输出的PWM占空比的对应表，根据伏秒积关系得到拟合曲线关系，从而得到精确模型，电感伏秒积关系方程如下：

V_on·t_on＝V_off·t_off (1)

半桥下管开时电感电压降等于驱动电压：

V_off＝V_out (2)

半桥上管开时电感电压和MCU电源电压、驱动电压关系：

V_power＝V_on+V_out (3)