Anregungskonzepte und Modellierung piezoelektrischer Trägheitsmotoren

Hunstig, Matthias; Hemsel, Tobias; Sextro, Walter

by Matthias Hunstig, Tobias Hemsel, Walter Sextro

Abstract:

Piezoelektrische Trägheitsmotoren nutzen die Trägheit einer bewegten Masse, um diese in kleinen Schritten durch abwechselnde Haft- und Gleitphasen voranzutreiben. Eine Kernfrage bei der Entwicklung eines piezoelektrischen Trägheitsmotors ist, welches elektrische Ansteuersignal für das gewünschte Motorverhalten optimal ist. Das elektrische Signal führt zu einer Bewegung des piezoelektrischen Aktors und damit der Antriebsstange, die den reibschlüssigen Vortrieb bewirkt. Entsprechend wird diese Fragestellung in zwei Teilen untersucht: Anhand eines Starrkörpermodells werden zunächst Bewegungsverläufe für die Antriebsstange ermittelt, mit denen die maximale Geschwindigkeit erreicht wird. Dabei werden drei Antriebsmodi identifiziert. Mit allen kann eine höhere Geschwindigkeit als mit der heute häufig verwendeten Sägezahnanregung erreicht werden. Anschließend wird ein einfaches dynamisches Modell eines piezoelektrischen Aktors genutzt, um die notwendigen elektrischen Ansteuersignale für die verschiedenen Antriebsmodi zu bestimmen. Es zeigt sich, dass das gewählte einfache Modell hierzu nur bedingt geeignet ist.

Reference:

Hunstig, M.; Hemsel, T.; Sextro, W.: Anregungskonzepte und Modellierung piezoelektrischer Trägheitsmotoren. 7. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme (Jürgen Gausemeier, Franz Rammig, Wilhelm Schäfer, Ansgar Trächtler, eds.), Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn, volume 272, 2010. (Preprint: http://digital.ub.uni-paderborn.de/ubpb/urn/urn:nbn:de:hbz:466:2-7883; https://groups.uni-paderborn.de/ldm/publications/download/Hunstig2010c.pdf)

Bibtex Entry:

@INPROCEEDINGS{Hunstig2010c,
  author = {Matthias Hunstig and Tobias Hemsel and Walter Sextro},
  title = {Anregungskonzepte und Modellierung piezoelektrischer Tr{\"a}gheitsmotoren},
  booktitle = {7. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme},
  year = {2010},
  editor = {J{\"u}rgen Gausemeier AND Franz Rammig AND Wilhelm Sch{\"a}fer AND
	Ansgar Tr{\"a}chtler},
  volume = {272},
  series = {HNI-Verlagsschriftenreihe},
  pages = {129-141},
  address = {Paderborn},
  publisher = {Heinz Nixdorf Institut, Universit{\"a}t Paderborn},
  abstract = {Piezoelektrische Tr{\"a}gheitsmotoren nutzen die Tr{\"a}gheit einer
	bewegten Masse, um diese in kleinen Schritten durch abwechselnde
	Haft- und Gleitphasen voranzutreiben. Eine Kernfrage bei der Entwicklung
	eines piezoelektrischen Tr{\"a}gheitsmotors ist, welches elektrische
	Ansteuersignal f{\"u}r das gew{\"u}nschte Motorverhalten optimal
	ist. Das elektrische Signal f{\"u}hrt zu einer Bewegung des piezoelektrischen
	Aktors und damit der Antriebsstange, die den reibschl{\"u}ssigen
	Vortrieb bewirkt. Entsprechend wird diese Fragestellung in zwei Teilen
	untersucht: Anhand eines Starrk{\"o}rpermodells werden zun{\"a}chst
	Bewegungsverl{\"a}ufe f{\"u}r die Antriebsstange ermittelt, mit denen
	die maximale Geschwindigkeit erreicht wird. Dabei werden drei Antriebsmodi
	identifiziert. Mit allen kann eine h{\"o}here Geschwindigkeit als
	mit der heute h{\"a}ufig verwendeten S{\"a}gezahnanregung erreicht
	werden. Anschlie{\ss}end wird ein einfaches dynamisches Modell eines
	piezoelektrischen Aktors genutzt, um die notwendigen elektrischen
	Ansteuersignale f{\"u}r die verschiedenen Antriebsmodi zu bestimmen.
	Es zeigt sich, dass das gew{\"a}hlte einfache Modell hierzu nur bedingt
	geeignet ist.},
  comment = {Preprint: \url{http://digital.ub.uni-paderborn.de/ubpb/urn/urn:nbn:de:hbz:466:2-7883};
	\url{https://groups.uni-paderborn.de/ldm/publications/download/Hunstig2010c.pdf}},
  file = {Hunstig2010c.pdf:Hunstig2010c.pdf:PDF},
  issn = {0924-4247},
  journal = {7. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme},
  keywords = {Piezoelektrischer Tr{\"a}gheitsmotor, Stick-Slip-Motor, Modellierung},
  timestamp = {2013.09.26}
}