预扭曲驱动信号减少了传动装置滞后误差

许多位移传感器在对驱动信号的响应上表现出滞后性。为观察这一现象，可采用三角波来驱动传动装置，并同时使用线性位移传感器来测量传动装置的响应。然后，将命令和响应信号显示在示波器上。图1a示出了低重复频率下的凹凸式滞后显示器。一般来说，具有此类响应特性的传动装置会随着三角波频率的增加而呈现更多的滞后。如果我们把高频条件下的轨迹叠加在低频轨迹上，就会看到一个如图1b所示的显示。由于可以事先测量相对于三角波输入的传动装置响应，故可生成一个非线性驱动信号以对响应进行补偿。这是通过制作一个具有近乎相反的三角波输入响应特性的放大器来实现的。采用经适当扭曲的信号来驱动传动装置，使得相对于三角波输入信号的位置-位 在现代工业控制和精密机械系统中，传动装置的性能至关重要，尤其是其对驱动信号的响应速度和准确性。然而，很多位移传感器在处理驱动信号时会出现滞后现象，导致传动装置的输出不能精确地跟随输入指令，这在一定程度上影响了系统的整体性能。"预扭曲驱动信号"技术就是为了克服这种滞后误差而提出的一种创新解决方案。 滞后误差通常是由于传动装置内部的摩擦、惯性以及材料的非线性特性等引起的。为了研究这种滞后现象，工程师通常会使用三角波作为驱动信号，因为它的周期性和单调性有利于暴露滞后问题。通过同时监测传动装置的输入（命令信号）和输出（响应信号），并在示波器上对比，可以看到在不同频率下滞后误差的变化情况。图1a展示了低频率时的滞后现象，而图1b则揭示了在高频条件下滞后误差加剧的状况。 为了解决这个问题，预扭曲驱动信号技术的核心在于生成一个经过特殊设计的非线性驱动信号，这个信号的形状几乎与传动装置的滞后特性相反。具体来说，通过测量传动装置相对于三角波输入的响应，可以构建一个放大器，其响应特性与输入信号的滞后特性几乎相反。这样，当这个预扭曲信号驱动传动装置时，能够补偿因滞后产生的位置-位移误差，使得传动装置的输出更接近理想线性响应。 实现这一技术的一种方法是利用输入信号的微分（dv/dt）来创建一个上升和下降沿的信号VUP/DOWN。通过一个延迟的输入信号与当前输入值之间的差值，可以得到与输入电压变化率成正比的信号。接着，使用取样/保持放大器和差分放大器处理VUP/DOWN，进一步生成所需信号。然后，将VUP/DOWN的一个比例缩放且低通滤波的输出与原始三角波相加，产生扭曲驱动信号。这个扭曲程度会随着驱动信号频率的增加而增加，以适应不断加剧的传动装置非线性。 在实际应用中，如图5所示的电路板原理图，采用一阶低通滤波器作为VUP/DOWN滤波器，可以构建一个宽带型的预扭曲装置。这种装置能有效地调整驱动信号，使其在不同频率下都能有效地抵消传动装置的滞后误差，从而提高系统的精度和稳定性。 预扭曲驱动信号技术是一种有效解决传动装置滞后问题的方法。通过精心设计和优化驱动信号，可以显著改善位移传感器的响应性能，这对于需要高精度控制的应用，如自动化生产线、精密机械和航空航天等领域，具有重大的工程价值。