3 通道壓電疊堆控制器

對比

型號

NPC120SG壓電堆棧放大器，單通道，高性能

NPC1USB壓電堆棧放大器，單通道，低成本

NPC3壓電放大器，3 通道，開環(huán)控制

NPC300DIG壓電堆棧放大器，單通道，300 mA

NPC3SG壓電放大器，3 通道，應(yīng)變計(jì)位置控制

3 通道壓電放大器

NPC3 和 NPC3SG 壓電疊堆控制器較多允許控制 3 個(gè)軸。NPC3SG 型適用于帶應(yīng)變計(jì)位置反饋的納米定位產(chǎn)品。支持開環(huán)（電壓）控制和閉環(huán)（位置）控制。

在這兩種情況下，監(jiān)視器會輸出一個(gè)與實(shí)際位置成比例的電壓信號 （0-10V）。

由于壓電元件的開環(huán)響應(yīng)快于閉環(huán)響應(yīng)，因此當(dāng)通過監(jiān)視器輸出監(jiān)視位置時(shí)，

使用開環(huán)電壓控制對于某些應(yīng)用來說可能更有利。

NPC3 型僅支持開環(huán)運(yùn)行，并且不會讀取應(yīng)變計(jì)反饋。

動態(tài)閉環(huán)性能

閉環(huán)壓電系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于許多因素，其中較重要的是壓電系統(tǒng)中壓電材料的有效載荷和彈性常數(shù)。

伺服回路確保著位置控制的準(zhǔn)確，而控制回路濾波器的設(shè)置則對系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性具有顯著的影響。

不幸的是，高動態(tài)性和高位置穩(wěn)定性彼此沖突，特別是需要移動大型載荷時(shí)。

通常，Newport 電子產(chǎn)品經(jīng)過優(yōu)化，在靜態(tài)條件下和范圍廣泛的各種載荷條件下均可達(dá)到較高水平的定位精度。

如有需要，可以根據(jù)應(yīng)用的工作帶寬和穩(wěn)定性要求對控制回路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化（基于質(zhì)量、慣性、有效載荷剛度和施加的外力）。

下表總結(jié)了所有帶有應(yīng)變計(jì)反饋和標(biāo)準(zhǔn)控制器設(shè)置的 Newport 納米定位產(chǎn)品的閉環(huán)階躍響應(yīng)時(shí)間。

該階躍響應(yīng)時(shí)間在工廠驗(yàn)收測試時(shí)經(jīng)過調(diào)整。閉環(huán)階躍響應(yīng)時(shí)間定義為任意位移（較多為標(biāo)稱閉環(huán)范圍的步長）所需的較大時(shí)間，

其穩(wěn)定度為 ±1％，較大位置過沖為 10％，且通過阻尼確保穩(wěn)定度優(yōu)于 ±0.1％，在 10X 階躍響應(yīng)時(shí)間后測量。

階躍響應(yīng)時(shí)間根據(jù)列出的測試載荷進(jìn)行調(diào)整。對于納米聚焦物鏡位移臺 NPO100SG，舉例來說，

在 80 ms 內(nèi)可以使 135 g 的物鏡實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性為 ±100 nm 的 100 µm 階躍位移。如上所述，使用自定義控制器設(shè)置時(shí)，性能可能會有顯著不同。

動態(tài)開環(huán)操作

在開環(huán)情況下，壓電促動器可以在大約一諧

振頻率對應(yīng)周期的三分之一時(shí)間內(nèi)達(dá)到其標(biāo)稱位移。

我們所有設(shè)備的諧振頻率均適用于不同載荷，

請參見各產(chǎn)品頁面上的規(guī)格參數(shù)。

對于其間的載荷，可以假設(shè)載荷和諧振頻率之間存在線性關(guān)系。

例如：載荷為 105 g 時(shí)，納米定位線性位移臺

NPXYZ100 在 z 軸方向上的諧振頻率為 250 Hz。

可在 1.3 ms 內(nèi)達(dá)到其標(biāo)稱位移。

當(dāng)尖銳的電脈沖激發(fā)響應(yīng)時(shí)，各級諧振頻率將受激，

導(dǎo)致阻尼振蕩，位置過沖。

因此，較短的電脈沖可能導(dǎo)致較大的高程，但不會縮短上升時(shí)間。

開環(huán)邊界條件

快速開環(huán)操作的另一個(gè)邊界是由壓電放大器提供的電流。

圖中顯示可由 NPC3 和 NPC3SG 放大器提供的較大正弦頻率，

即表示壓電換能器電容和電壓幅度對應(yīng)關(guān)系的函數(shù)。

傳感器前置放大器和 SIC

手動控制模式

所有具有應(yīng)變計(jì)反饋的 Newport 納米定位設(shè)備

都帶有傳感器識別芯片 (SIC) 和經(jīng)過校準(zhǔn)的前置放大器。

前置放大器安置在設(shè)備內(nèi)部或置于電纜上的小盒中。

該前置放大器保證了高傳感器信號的均勻性。

與僅在放大器內(nèi)部進(jìn)行前置放大的其它設(shè)計(jì)相比，

這種前置放大器的位置精度明顯更高。

但經(jīng)過校準(zhǔn)的前置放大器優(yōu)點(diǎn)更多。

在須更換促動器的情況下，只要促動器類型相同，

就不需要重新調(diào)整電子器件。SIC 包含所有相關(guān)信息，

包括型號、行程范圍等，并確保無縫集成和操作。

在手動控制中，可以使用前面板上的 30 檔編碼器旋鈕分別為

每個(gè)通道設(shè)置輸出電壓/位置。旋轉(zhuǎn)旋鈕，在開環(huán)和閉環(huán)之間切換。

較后一個(gè)設(shè)置保存在內(nèi)存中，并在重新啟動后加載。

模擬控制模式

計(jì)算機(jī)控制模式

模擬控制：在模擬控制中，輸出電壓/位置由

施加到調(diào)制輸入 (0V-10V) 的模擬信號控制。

在開環(huán)控制中，0 V 對應(yīng) -20V 輸出電壓，

10V 對應(yīng) 130 V 輸出電壓。在閉環(huán)控制中，

0 V 對應(yīng)于零位移，10 V 對應(yīng)于較大標(biāo)稱閉環(huán)位移。

模擬控制和手動控制可同時(shí)使用并可疊加。

計(jì)算機(jī)控制：為便于計(jì)算機(jī)控制，提供 RS232 和 USB 接口。

接口分辨率為 16 位。在計(jì)算機(jī)控制中，直流偏移電位計(jì)（手動控制）

和模擬輸入處于非激活狀態(tài)。命令可以通過 HyperTerminal 發(fā)布。

對比

描述

XPS-DRVP1納米定位驅(qū)動器模塊，壓電疊堆

NPXYZ100SG壓電XYZ線性位移臺，100 µm納米定位，應(yīng)變儀

NPXY200壓電XY線性位移臺，開環(huán)，200 µm納米定位

NPX400壓電線性位移臺，400 µm納米定位，開環(huán)

NPA100壓電堆促動器，0.1毫米行程范圍，開環(huán)

NPM140測微計(jì)適配器，壓電式，開環(huán)，140 µm