本發(fā)明屬于舵機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于繼電器式控制的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)及控制方法。

背景技術(shù)：

近年來隨著航空航天領(lǐng)域的迅速發(fā)展，人們對(duì)舵機(jī)的性能要求越來越高，舵機(jī)逐漸向著結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，質(zhì)量輕的方向發(fā)展。采用液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的舵機(jī)控制機(jī)構(gòu)往往存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量及體積大等缺點(diǎn)。而傳統(tǒng)電動(dòng)舵機(jī)則需要加減速裝置，設(shè)備復(fù)雜，質(zhì)量大。一般地，繼電器式控制具有在兩組給定值間進(jìn)行無中間狀態(tài)的控制作用，常用于導(dǎo)彈或無人駕駛飛機(jī)的控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于繼電器式控制的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)及控制方法，在高頻驅(qū)動(dòng)條件下，能夠快速響應(yīng)并雙向驅(qū)動(dòng)舵片，具有加工簡(jiǎn)單，變形穩(wěn)定，大行程，低能耗，響應(yīng)迅速和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，能夠斷電后位置保持并實(shí)現(xiàn)雙向大角度控制。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于繼電器式控制的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)，包括框架1、十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5以及與十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5相連接的舵片12；其中框架1與十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5采用線切割一體化成型，整體結(jié)構(gòu)呈軸對(duì)稱分布，矩形框架1內(nèi)部設(shè)有“凸”形槽，槽內(nèi)下方的兩側(cè)分別設(shè)有左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2，左懸臂梁2-1的自由端上側(cè)設(shè)有第二壓電堆3-2，自由端下側(cè)設(shè)有第一壓電堆3-1，右懸臂梁2-2的自由端上側(cè)設(shè)有第一壓電堆3-1，自由端下側(cè)設(shè)有第二壓電堆3-2，第一壓電堆3-1上固接有第一質(zhì)量塊4-1，第二壓電堆3-2上固接有第二質(zhì)量塊4-2；十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5包括預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8、縱向梁9和橫向梁10，其中預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8通過左右兩側(cè)的水平彈性梁7與框架1槽內(nèi)上方兩側(cè)壁面相連，預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8的頂部平面受到螺釘6的擠壓，該螺釘6與框架1螺紋連接，預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8下部連接有縱向梁9，縱向梁9由第一柔性梁9-1、第二柔性梁9-2、剛性梁9-3以及與框架1槽內(nèi)下方連接的第三柔性梁9-4自上而下依次組成，在縱向梁9的第一柔性梁9-1和第二柔性梁9-2之間布置有橫向梁10，兩者相互垂直呈十字形連接，橫向梁10由結(jié)構(gòu)和尺寸相同的第一剛性梁10-1和第二剛性梁10-2組成，兩者自由端正對(duì)于質(zhì)量塊；舵片12連接在橫向梁10上部；舵機(jī)裝配完成后，螺釘6通過擠壓預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8對(duì)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5施加縱向預(yù)壓力，縱向梁9中的柔性梁受壓變形并導(dǎo)致橫向梁10繞十字中心順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，即形成雙穩(wěn)態(tài)，該雙穩(wěn)態(tài)間的轉(zhuǎn)換由第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2的通斷電進(jìn)行控制，由此隨橫向梁10運(yùn)動(dòng)的舵片12實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整。

所述第一柔性梁9-1、第二柔性梁9-2、第三柔性梁9-4和水平彈性梁7均屬于柔性部件，其截面尺寸遠(yuǎn)小于軸向尺寸，當(dāng)受到外力時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大變形；所述第一剛性梁10-1和第二剛性梁10-2的截面尺寸與軸向尺寸在同一數(shù)量級(jí)，剛度較大且能抵御外力。

所述螺釘6穿過框架1上方并與預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8頂部緊密接觸，當(dāng)向下旋轉(zhuǎn)螺釘6預(yù)設(shè)距離，預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8下移且?guī)?dòng)水平彈性梁7產(chǎn)生變形，其中水平彈性梁7能夠防止預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8的旋轉(zhuǎn)和橫向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5受到預(yù)設(shè)預(yù)壓力，該預(yù)壓力導(dǎo)致縱向梁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彈性變形，該變形對(duì)應(yīng)于橫向梁10繞十字中心產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角度相同而方向相反的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)螺釘6的縱向位置來改變雙穩(wěn)態(tài)狀態(tài)即舵機(jī)角度的功能。

所述雙穩(wěn)態(tài)間的轉(zhuǎn)換是激振的左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2通過上端部的第二質(zhì)量塊4-2和第一質(zhì)量塊4-1敲擊橫向梁10末端實(shí)現(xiàn)的，左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2端部雙側(cè)壓電堆3的作動(dòng)頻率即控制電壓頻率與懸臂梁2固有頻率相同，第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2的控制電壓相位相差180度，當(dāng)通電時(shí)，第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2交替伸長(zhǎng)和縮短，第一質(zhì)量塊4-1和第二質(zhì)量塊4-2產(chǎn)生慣性力，該慣性力相當(dāng)于頻率為左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2固有頻率的激振力，使得左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2產(chǎn)生共振且端部運(yùn)動(dòng)的位移幅值最大，該幅值大于橫向梁10與質(zhì)量塊4之間的間隙，由此橫向梁10端部受到左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2端部質(zhì)量塊的敲擊后會(huì)經(jīng)過平衡位置轉(zhuǎn)換至另一穩(wěn)態(tài)。

所述基于繼電器式控制的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)的控制方法，其特征在于：首先，安裝時(shí)，通過調(diào)節(jié)螺釘6的位置對(duì)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5施加預(yù)壓力，橫向梁10對(duì)應(yīng)地繞十字中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度達(dá)到第一穩(wěn)態(tài)；為使橫向梁10順時(shí)針旋轉(zhuǎn)從第一穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換至第二穩(wěn)態(tài)，對(duì)左懸臂梁2-1的第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2通電，質(zhì)量塊4-1和質(zhì)量塊4-2相應(yīng)產(chǎn)生的激振力使得左懸臂梁2-1共振，橫向梁10受第二慣性塊4-2敲擊第一剛性梁10-1的作用力后，經(jīng)過平衡位置轉(zhuǎn)換為第二穩(wěn)態(tài)；同理，為使橫向梁10逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)從第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換至第一穩(wěn)態(tài)，對(duì)右懸臂梁2-2的第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2通電，質(zhì)量塊4-1和質(zhì)量塊4-2相應(yīng)產(chǎn)生的激振力使得右懸臂梁2-2共振，橫向梁10受第一慣性塊4-1敲擊第二剛性梁10-2的作用力后，經(jīng)過平衡位置轉(zhuǎn)換為第一穩(wěn)態(tài)；如此便可實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的雙向大角度控制。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明含有剛性梁與柔性梁結(jié)合形成的混合梁，該混合梁受壓產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)且不需要施加外界能力即可保持當(dāng)前狀態(tài)，因此該舵機(jī)可以控制舵片12輸出方向相反兩個(gè)偏轉(zhuǎn)角。且本發(fā)明在控制舵片12偏轉(zhuǎn)時(shí)只需要在切換兩個(gè)偏轉(zhuǎn)角時(shí)通電，而在舵片12保持目前狀態(tài)持續(xù)輸出偏轉(zhuǎn)角時(shí)無需通電。不但實(shí)現(xiàn)了斷電后位置保持，而且具有能耗低的特點(diǎn)。

2)本發(fā)明可通過調(diào)節(jié)螺釘改變舵面偏角，方法簡(jiǎn)單可靠，能夠?qū)崟r(shí)滿足舵機(jī)需求，具有應(yīng)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

3)本發(fā)明機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，便于實(shí)現(xiàn)小體積輕量化設(shè)計(jì)，為小型飛行器節(jié)省了寶貴的內(nèi)部空間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明去舵片俯視圖。

圖3為本發(fā)明側(cè)視圖。

圖4為本發(fā)明第一穩(wěn)態(tài)示意圖。

圖5為本發(fā)明第二穩(wěn)態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明基于繼電器式控制的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)，包括框架1、十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5以及與十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5相連接的舵片12；其中框架1與十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5采用線切割一體化成型，整體結(jié)構(gòu)呈軸對(duì)稱分布，矩形框架1內(nèi)部設(shè)有“凸”形槽，槽內(nèi)下方的兩側(cè)分別設(shè)有左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2，左懸臂梁2-1的自由端上側(cè)設(shè)有第二壓電堆3-2，自由端下側(cè)設(shè)有第一壓電堆3-1，右懸臂梁2-2的自由端上側(cè)設(shè)有第一壓電堆3-1，自由端下側(cè)設(shè)有第二壓電堆3-2，第一壓電堆3-1上固接有第一質(zhì)量塊4-1，第二壓電堆3-2上固接有第二質(zhì)量塊4-2；十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5包括預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8、縱向梁9和橫向梁10，其中預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8通過左右兩側(cè)的水平彈性梁7與框架1槽內(nèi)上方兩側(cè)壁面相連，預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8的頂部平面受到螺釘6的擠壓，該螺釘6與框架1螺紋連接，預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8下部連接有縱向梁9，縱向梁9由第一柔性梁9-1、第二柔性梁9-2、剛性梁9-3以及與框架1槽內(nèi)下方連接的第三柔性梁9-4自上而下依次組成，在縱向梁9的第一柔性梁9-1和第二柔性梁9-2之間布置有橫向梁10，兩者相互垂直呈十字形連接，橫向梁10由結(jié)構(gòu)和尺寸相同的第一剛性梁10-1和第二剛性梁10-2組成，兩者自由端正對(duì)于質(zhì)量塊；舵片12連接在橫向梁10上部；舵機(jī)裝配完成后，螺釘6通過擠壓預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8對(duì)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5施加縱向預(yù)壓力，縱向梁9中的柔性梁受壓變形并導(dǎo)致橫向梁10繞十字中心順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，即形成雙穩(wěn)態(tài)，該雙穩(wěn)態(tài)間的轉(zhuǎn)換由第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2的通斷電進(jìn)行控制，由此隨橫向梁10運(yùn)動(dòng)的舵片12實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一柔性梁9-1、第二柔性梁9-2、第三柔性梁9-4和水平彈性梁7均屬于柔性部件，其截面尺寸遠(yuǎn)小于軸向尺寸，當(dāng)受到外力時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大變形；所述第一剛性梁10-1和第二剛性梁10-2的截面尺寸與軸向尺寸在同一數(shù)量級(jí)，剛度較大且能抵御外力。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述螺釘6穿過框架1上方并與預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8頂部緊密接觸，當(dāng)向下旋轉(zhuǎn)螺釘6預(yù)設(shè)距離，預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8下移且?guī)?dòng)水平彈性梁7產(chǎn)生變形，其中水平彈性梁7能夠防止預(yù)壓調(diào)節(jié)塊8的旋轉(zhuǎn)和橫向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5受到預(yù)設(shè)預(yù)壓力，該預(yù)壓力導(dǎo)致縱向梁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彈性變形，該變形對(duì)應(yīng)于橫向梁10繞十字中心產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角度相同而方向相反的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)螺釘6的縱向位置來改變雙穩(wěn)態(tài)狀態(tài)即舵機(jī)角度的功能。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述雙穩(wěn)態(tài)間的轉(zhuǎn)換是激振的左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2通過上端部的第二質(zhì)量塊4-2和第一質(zhì)量塊4-1敲擊橫向梁10末端實(shí)現(xiàn)的，左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2端部雙側(cè)壓電堆3的作動(dòng)頻率即控制電壓頻率與懸臂梁2固有頻率相同，第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2的控制電壓相位相差180度，當(dāng)通電時(shí)，第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2交替伸長(zhǎng)和縮短，第一質(zhì)量塊4-1和第二質(zhì)量塊4-2產(chǎn)生慣性力，該慣性力相當(dāng)于頻率為左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2固有頻率的激振力，使得左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2產(chǎn)生共振且端部運(yùn)動(dòng)的位移幅值最大，該幅值大于橫向梁10與質(zhì)量塊4之間的間隙，由此橫向梁10端部受到左懸臂梁2-1和右懸臂梁2-2端部質(zhì)量塊的敲擊后會(huì)經(jīng)過平衡位置轉(zhuǎn)換至另一穩(wěn)態(tài)。

如圖4和圖5所示，基于繼電器式控制的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)的控制方法，首先，安裝時(shí)，通過調(diào)節(jié)螺釘6的位置對(duì)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置5施加預(yù)壓力，橫向梁10對(duì)應(yīng)地繞十字中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度達(dá)到第一穩(wěn)態(tài)；為使橫向梁10順時(shí)針旋轉(zhuǎn)從第一穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換至第二穩(wěn)態(tài)，對(duì)左懸臂梁2-1的第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2通電，質(zhì)量塊4-1和質(zhì)量塊4-2相應(yīng)產(chǎn)生的激振力使得左懸臂梁2-1共振，橫向梁10受第二慣性塊4-2敲擊第一剛性梁10-1的作用力后，經(jīng)過平衡位置轉(zhuǎn)換為第二穩(wěn)態(tài)；同理，為使橫向梁10逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)從第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換至第一穩(wěn)態(tài)，對(duì)右懸臂梁2-2的第一壓電堆3-1和第二壓電堆3-2通電，質(zhì)量塊4-1和質(zhì)量塊4-2相應(yīng)產(chǎn)生的激振力使得右懸臂梁2-2共振，橫向梁10受第一慣性塊4-1敲擊第二剛性梁10-2的作用力后，經(jīng)過平衡位置轉(zhuǎn)換為第一穩(wěn)態(tài)；如此便可實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的雙向大角度控制。