フィードバック コントローラー PosiCon 150/X Piezomechanik Dr. Lutz Pickelmann GmbH
Piezomechanik Dr. Lutz Pickelmann GmbH
フィードバックコントローラ PosiCon 150/X
◉ピエゾアクチュエータとストレインゲージを組み合わせたクローズドループ精密位置決め用の完全なフィードバッククローズドループコントローラ
◉PIEZOMECHANIK社製ストレインゲージを使用
◉ストレインゲージアンプ、フィードバックエレクトロニクス、ピエゾ電圧アンプを含む
◉最大ストロークで出力-30V/+150
写真は 3チャンネルPosiCon 150/3
Posiconコントローラ
1チャンネル PosiCon 150/1
3チャンネル PosiCon 150/3
ピエゾポジショニングシステム "PosiCon "は，ピエゾアクチュエーターの閉ループ制御に必要な電子サブシステムをすべて備えた完全なシステムです。
⦿ 位置センサー信号増幅器ステージ - フィードバック制御ロジック
⦿ ピエゾ電圧増幅器
⦿ ピエゾ電圧増幅器：-30V/+150V
ピエゾアクチュエータは、PosiConデバイスの電圧範囲に対応し、オプションの "ポジションセンサー "を表示する必要があります（アクチュエータのデータシートを参照）。
精度と応答時間の点で、幅広い位置決めアプリケーションに対応しています。また、アンプステージはセミバイポーラ方式を採用しているため、大きなストロークでもノイズが少なく、位置決めシステムのスムーズな反応を実現します。
デュアルユースPosiConデバイスは、「クローズドループ」または「オープンループ」モードで動作させることができます。
モードの選択は、フロントパネルのスイッチで簡単に行えます。
3チャンネルPosiCon 150/3
PosiConコントローラは、シングルチャンネルPosiCon 150/1
3チャンネルのPosiCon 150/3
マルチチャンネルデバイスでは、各チャンネルを個別に設定できます。オープンループ "モードでは、PosiConはシンプルなピエゾアンプとして動作します。
位置情報は "オープンループ "モードでも提供されます（"表示 "と "モニター "参照）。
フィードバック制御PosiConシステムのメリットとは？
ピエゾアクチュエーターのストロークは、ケーシング内のピエゾスタックに直接取り付けられた位置センサー（ストレインゲージ）によって測定されます。
これにより、センサはスタックのひずみ状態に影響を与えるすべての内部および外部の影響を検出します。
表面実装型ひずみゲージを用いた圧電部品の数々
結果として
● 入力基準信号に応じたアクチュエータの直線性と再現性の高い動作 (圧電材料のクリープ、ヒステリシス、非線形性の除去)。
● ピエゾ スタックの歪みを変化させる可能性のある、さまざまな負荷力に対する自動自己補償: PosiCon システムは、事実上無限の剛性を示します (さまざまな力の下で歪みが変化しません)。
● アクチュエータの潜在的な熱膨張も補償する特別な熱補償ひずみゲージが使用されています。
機能要素、動作
"オープン/クローズドループ選択スイッチ "フィードバック"
PosiConの各チャンネルは、スイッチで "オープンループ "と "クローズドループ "を選択することができます。オープンループ "モードでは、PosiConは通常のピエゾアンプのように動作します。
位置検出は引き続き行われるため、位置情報は "LC-Display "と "Monitor "で提供されます。
"オフセット"
閉ループ操作:
位置の手動設定を行うことができます。 位置は「オフセット」に比例して変化し、ヒステリシスやクリープはありません。
負荷力の変動による位置の変動は、自動的に補正されます。
「オフセット」設定は、外部信号にスーパーインポーズされます。
開ループ操作:
出力ピエゾ電圧の手動設定を行うことができます。
アクチュエータの位置は「オフセット」によって変化し、ヒステリシスとクリープを伴う通常の開ループ動作になります。
「オフセット」設定は、外部信号にスーパーインポーズされます。
LC-ディスプレイ：
チャンネルごとに "μm "と "Volt "を表示
ゼロ設定：
ピエゾアクチュエータの動作開始点は、取り付け力や予圧などの様々な条件に依存します。
適正な位置を読み取るために、PosiConの各チャンネルは、フロントパネルのポテンショメーターによって個別に「ゼロ」に設定することができます。
ゲインファクター：
PosiConの各チャンネルのアンプのゲインファクタは、スイッチで個別に設定することができ、フルストロークの動作のために5Vまたは10Vの入力信号を交互に受け入れることができます。
"モニター"
フロントパネルとリアパネルのBNCコネクタを介して，各チャネルの位置とピエゾ電圧のリアルタイム情報としてアナログ信号を提供します。
ピエゾ電圧は1:1000の割合で低減されます。位置はフルストローク相当の5Vの揺れで表されます。
センサー入力：
PosiConユニットの入力には、4つのアクティブエレメントを持つホイートストンブリッジからの信号が必要です。
このセンサー素子は、通常、ピエゾアクチュエータに取り付けられています（オプション：位置検出）。
しかし、このセンサーは、外部のメカニズムに取り付けることもできます。
電気コネクタは4極のLEMO 0S.304です。
ピエゾ電圧出力：
BNC
オプションで、LEMO 00 250などの他の接続システムも利用可能です。
出力電圧：
PosiCon 150：-30V～＋150V/。
最大電流：60mA
キャリブレーション：
校正は、PosiConの位置表示（"μm"-LCDおよび "Monitor"）をアクチュエータの性能に合わせるためにのみ必要です。
校正はPIEZOMECHANIKの工場で行われ、アクチュエータとPosiConの組み合わせごとに有効です。
校正されていないシステムは、"閉ループ "フィードバックモードでも動作しますが（ヒステリシス、クリープなどの補正）、位置の読み出しだけは有効ではありません。
リピータビリティ、感度：
精度とは、同等の入力信号を入力したときに、目的の位置に到達するための許容範囲を意味します。
A、ランダムアクセスで位置を指定する場合は
PosiConシステムでは、約±0.1%の繰り返しの許容範囲を示すことができます。
50mmのアクチュエーターは、±50ナノメートルの許容範囲内で動作します。
+/- 50ナノメートルの公差領域（残留ヒステリシス）で動作します。
B, 周期的な動きのプロファイルでは、再現性はさらに良くなります。
C, クローズドループモードでは、位置の相対的な変化を解決できる最小値は約5nmです。
ピエゾアクチュエーターによる精密位置決め
ピエゾアクチュエーターによる精密な位置決めピエゾアクチュエーターの特徴は、小さな電圧信号で無限に小さな動きをすることができることです。
一方で、ピエゾアクチュエーターに大きな電圧信号の変化を与えると、実際の位置のステップ幅に影響を与えることがあります。
一方、ピエゾアクチュエータに電圧信号を大きく変化させた場合、実際の位置ステップ幅は、アクチュエータに作用する多くの内部および外部パラメータに影響されるため、最初の瞬間には、電圧と誘導運動の関係は大まかにしか予測することができません。このことは、ピエゾアクチュエーターに一連のランダムな電圧ステップを適用したり、よく知られているヒステリシスループを生成する明確な電圧範囲でサイクルを実行することによって、簡単に実証することができます。
ランダムな電圧ステップのシーケンスに対するピエゾアクチュエーターの位置と駆動電圧のオープンループ相関。ランダムに生成された点の列が、ヒステリシスサイクルに囲まれた領域を埋めている。
さらに、フルスケールの電圧を連続的に変化させた場合の通常のヒステリシス・サイクルも示されている。
実際の位置に関するこの情報を得るために、アクチュエータは適切な種類の位置検出効果またはセンサーと組み合わされます。"適切"とは、精度、再現性、直線性が十分に高いことを意味します。
フィードバック制御により、アクチュエータの実際の位置は、入力信号の大きさによって定義される希望の位置と常に比較されます。欲しい位置（基準位置）と実位置の間に差がある場合、フィードバック制御はその差を直ちに打ち消し（アクチュエータ-センサーの閉ループ動作）、システムは完全な位置に落ち着きます。
A
オープンループ動作（標準アンプまたはPosiConの "フィードバックオフ "モードによる）。
結果：典型的なピエゾアクチュエーターの非線形ヒステリシス特性。ヒステリシスは約15%。
B
PosiConシステムと位置センサ付きアクチュエータの閉ループ動作。
結果：残留ヒステリシスのある線形特性。
結果：アクチュエータの最大ストロークの0.1％の大きさのオーダーを持つ線形特性。
