用于操作驱动单元的方法和驱动单元与流程

1.本发明涉及小型驱动器例如压电驱动器的领域。更特别地，本发明涉及如在相应独立权利要求的前序部分中描述的一种用于操作驱动单元的方法和驱动单元。


背景技术：

2.例如，在申请人的wo 2006/000118 a1或us 7'429'812 b2和wo 2019/068708 a1中公开了这种驱动器。这种驱动器包括一个、两个或更多个被制成振荡的臂，并且通过臂端部的振荡运动驱动被动元件。可以选择驱动振荡运动的激励装置的频率，以生成一种振荡模式，该模式使得臂使被动元件在第一方向上或在相反的第二方向上移动。需要进一步改进这种驱动器，特别是增加可以使被动元件移动的速度范围。
3.us 4 952 834公开了一种用于驱动超声波电机的电路，其中转子由压电效应生成的行波驱动。通过将调制信号与锯齿信号进行比较来生成pwm信号。当调制信号处于最大值时，pwm信号也保持在最大值，在调制信号处于最大值的整个持续时间内不会下降到零。行波电机的有效操作范围不受影响。


技术实现要素：

4.因此，本发明的目的是提供一种用于操作开头所述类型的驱动单元的方法，该方法允许驱动单元的更大操作范围。
5.这些目的通过根据权利要求的用于操作驱动单元的方法和驱动单元来实现。
6.该方法用于操作用于相对于主动元件驱动被动元件的驱动单元，其中，主动元件包括
7.谐振器和用于激励谐振器中的振荡的至少一个激励装置，
8.谐振器包括从谐振器的连接区域延伸的至少一个臂，
9.至少一个臂在臂的外端包括接触元件，
10.接触元件能够通过至少一个臂的振荡运动而移动，
11.被动元件被布置成通过这些振荡运动相对于主动元件被驱动和移动；
12.被动元件包括第一接触区域，第一接触区域被布置成与第一接触元件接触；
13.主动元件和被动元件被布置成用于将至少第一接触元件推向第一接触区域的预应力，特别是当主动元件没有被激励时；
14.该方法包括以下步骤
15.·
用驱动信号驱动激励装置，该驱动信号是包括以激励频率重复的驱动脉冲的周期信号；
16.·
根据控制信号，通过以下方式修改驱动信号：
17.о如果控制信号在第一范围内，则修改激励频率或修改驱动脉冲的形状，同时保持激励频率相同，同时将每个驱动脉冲传输的能量保持在非零最小脉冲能量值之上，特别地其中，最小脉冲能量值是脉冲的最大能量的至少5％；以及
18.о如果控制信号在第二范围内，则重复地省略驱动脉冲。
19.在整个本文件中，每当提及驱动单元的速度和位置时，这通常表示被动元件相对于主动元件的运动的速度或位置。取决于机械构造和激励方式，运动可以是线性的或旋转的或组合。
20.根据本发明的一个方面，不执行以下步骤：如果控制信号在第二范围内，则重复地省略驱动脉冲。即，在不发生驱动脉冲的省略的情况下执行以下描述的方法步骤中的一个或多个。
21.在实施例中，该方法用于操作驱动单元以相对于主动元件驱动被动元件，其中，主动元件包括
22.谐振器和用于激励谐振器中的振荡的至少一个激励装置，
23.谐振器包括从谐振器的连接区域延伸的至少两个臂，
24.每个臂在臂的外端包括相应的接触元件，
25.接触元件能够通过相应的臂的振荡运动而移动，
26.被动元件被布置成通过这些振荡运动相对于主动元件被驱动和移动；
27.被动元件包括第一接触区域和第二接触区域，每个接触区域被布置成与第一接触元件和第二接触元件中的相应一个接触，
28.主动元件和被动元件被布置成用于将第一接触元件和第二接触元件推向相应的第一接触区域和第二接触区域的预应力，特别是当主动元件没有被激励时。
29.在实施例中，第一范围和第二范围重叠。
30.在实施例中，修改驱动脉冲的形状是通过以下至少之一来完成的
31.·
根据控制信号修改驱动脉冲的幅度；以及
32.·
根据控制信号修改驱动脉冲的宽度。
33.在实施例中，将每个驱动脉冲传输的能量保持在非零最小脉冲能量值之上是通过将所述驱动脉冲的脉冲占空比保持在最小脉冲占空比值之上并且通过将所述驱动脉冲的幅度保持在最小幅度值之上来实现的。
34.在实施例中，最小脉冲能量值是脉冲的最大能量的至少5％或至少10％。
35.在实施例中，根据控制信号修改激励频率包括将所述激励频率修改的量不改变所述振荡模式而仅降低在这种振荡模式下的驱动单元的所述激励频率和固有频率之间的匹配。这减少了对机械振荡的能量传递，从而减小了它的幅度。
36.在实施例中，重复地省略驱动脉冲包括根据所述控制信号修改省略驱动脉冲的关闭时间段的持续时间。
37.这允许以相对较低的平均速度以准连续方式驱动被动元件。
38.在实施例中，当重复地省略驱动脉冲时，在省略驱动脉冲的关闭时间段期间，预应力保持被动元件相对于主动元件的位置。
39.在实施例中，当重复地省略驱动脉冲时，施加驱动脉冲的开启时间段的持续时间足以使主动元件的振荡达到主动元件驱动被动元件的幅度。
40.在实施例中，激励频率在50khz和1000khz之间的范围内，并且驱动脉冲的重复省略以激励频率的1/10到1/100(10to 100times lower than the excitation frequency)的频率发生。
41.在实施例中，控制信号对应于速度设定点，并且第一范围对应于较高的速度而第二范围对应于较低的速度。
42.因此，该方法可以包括，如果控制信号表示较高范围内的速度，则修改激励频率或修改驱动脉冲的形状，同时保持激励频率相同，同时将每个驱动脉冲传输的能量保持在非零最小脉冲能量值之上；以及如果控制信号表示较低范围内的速度，则重复地省略驱动脉冲。
43.这允许实现给定的速度设定点，即使它低于可以通过单独减小驱动脉冲的形状来实现的速度，并且这会将驱动脉冲的能量降低到驱动器可靠地操作所需的阈值以下。
44.在实施例中，控制信号对应于位置设定点，并且通过修改驱动脉冲的形状或激励频率来控制位置在一个脉冲周期内改变的位置步长。
45.在实施例中，为了主动降低驱动单元的速度，该方法包括以下步骤：
46.·
用具有第一激励频率的第一驱动信号驱动激励装置，第一驱动信号在第一方向上驱动驱动器；
47.·
通过用具有第二激励频率的第二驱动信号驱动激励装置来降低速度，该第二驱动信号在与第一方向相反的第二方向上驱动驱动器。
48.在实施例中，降低驱动器的速度是通过在保持激励频率相同的同时降低驱动脉冲的占空比和/或幅度，或者通过在基本上保持其振荡模式的同时使激励频率与驱动单元的固有频率失谐来实现的。
49.在实施例中，降低所述驱动器的速度是通过省略驱动脉冲并且通过利用所述预应力制动所述驱动器来实现的。
50.在实施例中，为了通过在至少两个激励频率之间切换来控制驱动单元的运动，该方法包括重复执行以下步骤
51.·
对于第一数量的脉冲，用具有第一激励频率的第一驱动信号驱动激励装置；
52.·
对于第二数量的脉冲，用具有第二激励频率的第二驱动信号驱动激励装置。
53.在实施例中，脉冲的第一数量和第二数量低于使谐振器进入稳定振荡状态所需的脉冲数量。即，由第一驱动信号和第二驱动信号生成的振荡从一个瞬态(从第一激励频率切换到第二激励频率之后)转移到另一个瞬态(从第二激励频率切换到第一激励频率之后)，然后再返回。总体效果是修改了接触元件推动和驱动被动元件的方向。它可以通过选择两个激励频率以及脉冲的第一数量和第二数量来控制。要使用的实际值取决于活动元件的几何形状，并且可以通过模拟和/或实验来确定。
54.这种在两个或更多个激励频率之间切换的方法可以独立于也无需重复地省略驱动脉冲的步骤来实现。
55.在实施例中，该方法包括以下步骤：根据谐振器的期望振荡模式，特别地根据被动元件相对于主动元件的相对运动的期望方向，通过以下步骤确定激励频率：
56.·
以不同的激励频率重复地驱动主动元件，并针对每个激励频率测量驱动单元的相关响应，特别地响应是被动元件相对于主动元件的移动速度或位移；
57.·
为驱动单元的未来操作选择优化所述响应、特别地最大化所述响应的最佳激励频率。
58.这允许调整驱动频率，从而调整来自激励信号的能量在主动元件的振荡中转换为
机械能的效率。
59.在实施例中，对于被评估的不同激励频率中的每一个，将一定数量的驱动脉冲施加到主动元件，并且测量得到的线性或旋转或组合位移，以表示响应。
60.在实施例中，对于被评估的不同激励频率中的每一个，将驱动脉冲施加到主动元件，并且测量达到的稳态速度(线性或旋转或组合，视情况而定)，以表示响应。
61.在实施例中，对于不同的操作模式，特别是对于引起相反的运动方向的操作模式，用于确定所述激励频率的步骤是单独执行的。
62.用于确定激励频率的这个步骤对应于一种操作模式。通常，它至少会针对几种不同的操作模式重复。这种不同的模式可以对应于两个相反方向上的运动(线性或旋转)。不同的模式可以对应于不同方向上的线性运动，特别是通过以不同幅度激励在谐振器的相对两侧上的激励装置。
63.在实施例中，并且考虑对应于与驱动器在相反方向上的运动相对应的两种振荡模式的两个激励频率，确定两种振荡模式的最佳激励频率以使得驱动单元的响应在两个方向上相同。
64.这允许平衡驱动器本质上不对称的特性，以在两个方向上实现例如关于每个驱动脉冲的速度或位移的相同的性能。
65.在实施例中，对于一种或多种不同的操作模式中的每一种，用于确定激励频率的步骤在组装驱动单元之后执行一次，并且最佳激励频率被存储在驱动单元的控制器中并用于驱动单元的后续操作。
66.在实施例中，对于一种或多种不同的操作模式中的每一种，用于确定所述激励频率的步骤在所述驱动单元的寿命期间重复执行，并且每次最佳激励频率被存储在驱动单元的控制器中并用于驱动单元的后续操作。
67.在实施例中，该方法包括以下步骤：利用施加到相对的激励装置的激励信号的功率之间的不同关系来激励在所述谐振器的相对两侧上的激励装置，从而根据所述关系在不同方向上相对于主动元件驱动被动元件，这些不同方向在共同平面内并且彼此成角度，该角度不同于0
°
和180
°
。
68.在实施例中，该方法包括以下步骤：利用相对于彼此相移的激励信号来激励在所述谐振器的相对两侧上的激励装置，从而根据相移在不同方向上相对于主动元件驱动被动元件，这些不同方向在共同平面内并且彼此成角度，该角度不同于0
°
和180
°
。
69.控制器被配置为连接到驱动单元的激励装置并为其供电，并且被配置为执行如本文所述的方法。
70.在实施例中，驱动单元是压电驱动单元，激励装置是压电元件。在其他实施例中，驱动单元可以使用电磁致动器(例如音圈)、磁致伸缩致动器或基于形状记忆合金的致动器。
71.典型地，接触元件的运动用于间歇地接触被动元件并且每次在根据接触元件的运动的方向上推动它。如申请人在先的wo 2006/000118 a1或us 7'429’812 b2中所解释的，可以通过激励装置的激励频率控制被动元件的最终运动方向，这取决于支撑其例如线性移动和/或旋转的方式。
72.在实施例中，谐振器及其部件由单片板材、特别是金属板材制造。
73.在实施例中，第二臂被布置成以与第一臂的振荡运动相平衡的振荡运动而移动。
74.即，当以用于相对于主动元件驱动被动元件的频率来激励激励装置时，第一臂和第二臂以彼此平衡的运动进行振动。
75.这里提出的这种谐振器通常具有对应于谐振器几何形状的对称轴的谐振器轴。对于通常为平面形状的谐振器，谐振器轴位于其参考平面内。相对于谐振器轴的对称性被理解为对应于臂的一般形状，并且关于臂的形状的细节可能并不完美。
76.因此，尽管至少两个臂以基本对称的方式从连接区域延伸，但它们的形状或轮廓的细节可以不同。例如，在臂延伸的方向上测量，一个臂可以比另一臂短。例如，它可以比另一臂短最多10％或最多20％或最多30％或最多40％。
77.关于谐振器轴或对称点彼此对称布置的臂允许臂的运动在它们振荡时彼此平衡。结果，可以使谐振器的振荡运动关于谐振器轴基本对称。
78.在实施例中，被动元件被布置成当被第一臂驱动时以线性运动而移动。
79.在实施例中，被动元件被布置成当被第一臂驱动时以旋转运动而移动。
80.在实施例中，连接区域基本上为矩形。激励装置通常也基本上是矩形的。对应于连接区域的近似矩形的矩形的边可以与对应于激励装置的近似矩形的矩形的边平行地对齐。
81.谐振器及其部件为一体成型意味着，换言之，谐振器的部件，例如连接区域、第一臂和第二臂、附接区域以及可选的轴承臂，与谐振器一起被制造为单个部件。例如，这可以通过从一块金属板材上冲压或切割谐振器、或通过铸造、或通过增材制造工艺来完成。
82.根据频率，主动元件可以驱动被动元件在第一方向上移动，或在与第一方向相反的第二方向上移动。在实施例中，被动元件的运动是平移运动。在其他情况下，它是旋转运动。
83.进一步的实施例在从属专利权利要求中是显而易见的。方法权利要求的特征可以与装置权利要求的特征相结合，反之亦然。
附图说明
84.本发明的主题将在下文中参照附图中所示的示例性实施例更详细地解释，附图示意性地示出：
85.图1至3示出用于振荡驱动器的驱动单元；
86.图4示出调制驱动脉冲的形状时的驱动信号和产生的振荡幅度；以及
87.图5示出调制驱动脉冲的存在时的驱动信号和产生的振荡幅度。
88.图6示出驱动速度v对脉冲占空比dp的依赖关系；
89.图7示出驱动速度v对激励频率f的依赖关系；
90.图8示出对于不同的激励频率的随时间变化的速度轨迹以及稳态值；
91.图9示出对于不同的激励频率的固定数量的激励脉冲覆盖的距离s；
92.图10示出两个激励装置的不对称供电的不同操作模式；以及
93.图11示出用于操作驱动单元的方法的流程图。
94.原则上，相同或功能相同的部件在附图中设置有相同的附图标记。
具体实施方式
95.图1示出了具有主动元件1的驱动器，该主动元件1包括具有一对臂(第一臂21和第二臂22)的谐振器2。臂21、22和附接区域14附接到谐振器2的连接区域20。附接区域14用于将谐振器2安装到另一部分，例如基座元件。激励装置23，例如压电元件，被布置在连接区域20上。控制器90被布置成生成激励信号或激励电压以用于驱动激励装置23。位置和/或速度和/或加速度传感器91被布置成测量被动元件4相对于主动元件1的位置和/或速度。传感器91可以基于受被动元件4的位置影响的磁场的测量。传感器91可以是霍尔传感器，或者可以是mems(微机电)装置。激励装置23可以包括布置在激励装置23的相对两侧上的两个单独的元件。谐振器2和激励装置23是扁平元件，彼此堆叠并平行于参考平面28延伸(参见图3)。在由具有激励频率的交流电压激励时，臂21、22振荡，并且根据频率，使第一臂21的第一接触元件31进行大致线性运动。线性振荡可以具有正交分量，因此可以认为整体运动是椭圆的。根据频率，线性振荡(往复)运动的方向可以改变。第一接触元件31反复接触并驱动被动元件4相对于主动元件1的第一接触区域41。第二接触元件32和第二接触区域42的情况也是如此。取决于线性往复运动的方向，被动元件在相应方向上被反复推动，并且根据被动元件的悬挂方式，它将执行例如线性和/或旋转运动。在图1的实施例中，被动元件4可以相对于主动元件1旋转。
96.给定部件的特定几何形状和被动元件4被布置成相对于主动元件1移动的方式，对于期望的运动(旋转或线性)的方向，可以确定，针对每次振荡或针对每个脉冲的激励频率和由此产生的推动运动都会导致期望运动的最大能量传递。为了减少每个脉冲的能量传递，可以稍微改变激励频率，以保持振荡运动的相同大致方向，但仍然稍微改变方向。这改变了接触元件31、32撞击各个接触区域41、42的入射角以及振荡的幅度，使得与最佳角度相比，每个脉冲传递的能量减少。以这种方式，可以使用激励频率的较小相对变化来控制被动元件4移动的速度。
97.预应力分别作用在第一接触元件31和第一接触区域41之间，以及第二接触元件32和第二接触区域42之间。预应力可以由第一臂21和第二臂22的弹性生成，当被动元件4被布置在接触元件31、32之间时，这些臂被迫分开。
98.第一臂21和第二臂22以基本对称的方式从连接区域20延伸，并且如果它们由扁平材料片制成，则它们的形状细节特别是它们的轮廓可以不同。谐振器轴24对应于对称轴，在该对称轴上谐振器2特别是连接区域20和臂21、22可以被镜像，除了臂的上述细节之外。当由激励装置23激励时，连接区域20和臂21、22的运动可以是大致对称的，具有相同的对称轴。该运动的节点，即最小运动的区域，可以位于谐振器轴24上。用于将主动元件1安装在另一个元件上的附接区域14也可以位于谐振器轴24上。
99.图2显示了主动元件1的变体，为清楚起见省略了被动元件4。a)是如图1中的主动元件1。在b)中，主动元件1适用于在线性方向上、特别是在两个臂21、22所在的平面内驱动被动元件，线性方向如由双箭头所示，对应于谐振器轴24。在a)和b)中，激励装置23附接到谐振器2的相对两侧。在c)中，激励装置23附接到单独的表面，第一臂21和第二臂22附接到所述单独的表面。
100.图3显示了具有与图1的驱动器基本相同的元件的驱动器，也具有一对臂，但只有第一臂21接触并驱动被动元件4。被动元件的运动沿线性运动轴26。
101.在迄今为止呈现的实施例中，被动元件4被布置在臂21、22之间，在臂的端部处的接触元件31、32向内指向彼此。在未示出的其他实施例中，臂21、22成形为接触元件31、32指向外部，彼此远离。被动元件4被布置成从外部接触接触元件31、32之一或两者。
102.在上述wo 2006/000118 a1或us 7'429'812 b2和wo 2019/068708 a1中公开了可以应用在此提出的用于驱动的方法的驱动器的其他实施例，它们的全部内容通过引用并入本文。
103.图4显示了沿同一时间轴t的三个驱动信号d1、d2、d3和主动元件1的相应的振荡幅度a1、a2、a3。
104.第一驱动信号d1为矩形信号，其周期长度为te，也称为脉冲周期，对应于激励频率fe＝1/te，矩形信号的最大脉冲宽度为te/2，即占空比dp为50％。假设d1的脉冲序列在开始时间t0开始，则相应的第一振荡幅度a1上升，因为随后的脉冲通过激励装置23将机械能传输到主动元件1的振荡中，特别是谐振器2及其臂。在多个脉冲之后，振荡达到最大值，然后保持基本恒定，处于稳态条件。如果幅度低于激活阈值at，则臂不向被动元件4施加驱动力。如果幅度高于阈值，则臂向被动元件4施加驱动力，并且被动元件4相对于主动元件1被驱动。
105.第二驱动信号d2由第一驱动信号d1的幅度调制产生，相对于其最大值减小幅度。第三驱动信号d3由第一驱动信号d1的脉冲宽度调制产生，相对于其最大值减小其脉冲宽度或脉冲占空比。对于第二驱动信号d2和第三驱动信号d3，每个脉冲传输到主动元件1的机械能相对于第一驱动信号d1减少。相应地，第二幅度轨迹a2和第三幅度轨迹a3比第一幅度a1上升得慢，并且在较低的恒定或稳态值处趋于平稳。超过激活阈值所需的时间比第一驱动信号d1长。
106.主动元件的振荡幅度对应于被动元件4相对于主动元件1移动的速度。因此，可以通过控制每个脉冲赋予主动元件1的能量来控制驱动单元的速度，该能量又是脉冲形状的函数。形状可以通过不同类型的调制来控制，其中脉冲幅度和/或脉冲宽度调制是众所周知的示例。
107.进一步减少每个脉冲传输的能量会导致幅度绝不会超过激活阈值at或仅偶尔以不可靠的方式出现的情况。因此，不能将驱动单元的速度降低到速度阈值以下。通常，速度阈值对应于幅度阈值。取决于驱动单元的物理和电气特性，速度阈值可以在最大速度的20％到40％的范围内。
108.图6以脉冲宽度或脉冲占空比dp与所产生的速度v之间的关系示出了上述情况：将脉冲占空比从50％(对应于最大功率)降低，导致速度降低，降至阈值，在阈值处，速度下降到零。
109.为了获得较低的速度，保持驱动信号的形状，使得在稳态下主动元件的振荡幅度比激活阈值高出安全裕度。驱动器被间歇地操作，如图5所示。该图显示沿同一时间轴t的第四驱动信号d4、主动元件1的相应振荡幅度a4和被动元件4相对于主动元件1的相应位移s。该时间轴与图4的时间轴相比被压缩。第四驱动信号d4在开启时间ton期间包括脉冲，而在关闭时间toff期间不包括脉冲。带有和不带有脉冲的序列可以以脉冲块周期tb周期性地重复，该脉冲块周期tb可以等于ton+toff。脉冲块周期也可以被指定为激励周期。脉冲块重复的相应频率fb＝1/tb应被指定为脉冲块频率。开启时间ton与脉冲块周期tb的关系即ton/
tb被指定为脉冲块占空比值dpb。它的最大值，对应于最大功率，为100％。
110.因此，驱动器通过仅在开启周期期间向驱动单元施加脉冲而在关闭周期期间省略或抑制脉冲而被间歇地操作。在幅度足以超过激活阈值的开启周期期间，并且在相应的延迟之后，被动元件4相对于主动元件1被驱动。在关闭周期期间，在振荡衰减的延迟之后，预应力使主动元件1将被动元件4保持在适当位置。位移s通过重复的步骤序列和静止周期增加。位移的平均斜率，如图5所示，代表被动元件4相对于主动元件1的平均速度。
111.一般来说，速度是指主动元件1和被动元件4之间沿线性轴可见的相对运动。对于旋转驱动器，角速度对应于速度除以主动元件1驱动被动元件4的半径。
112.对于典型应用，脉冲块周期可以对应于5khz和100khz之间的脉冲块频率fb＝1/tb，通常约为25khz。脉冲本身的频率可以在50khz和1000khz之间，通常约为500khz。
113.产生的最大速度约为80毫米/秒。每个振荡周期的步长可以在0.01到1微米的范围内。主动元件1施加到被动元件4上的力可以高达100mn(即，高达0.1n)。施加到激励装置23的电压可以约为3v。
114.在需要获得驱动单元的位置的情况下，无论速度如何，控制器都可以修改位置在一个脉冲周期内改变的位置步长，例如，
115.·
通过修改驱动脉冲的形状，从而减少每个脉冲传递的能量，由此减小驱动被动元件的机械振荡的幅度；
116.·
或通过修改激励频率，从而减少传递给机械振荡的能量，由此减小它们的幅度，和/或从而改变机械振荡的方向，由此改变它们对作用在被动元件4的运动方向上的驱动力的贡献。
117.图7示出了激励频率f和产生的速度v之间的关系：在第一频率f1，谐振器2处于第一操作模式或振荡模式，并且在第一方向上以最大速度驱动被动元件4。在第二频率f2，谐振器2处于第二操作模式，并且在与第一方向相反的第二方向上以最大速度驱动被动元件4。对于分别对应于在相应振荡模式下主动元件1的激励频率相对于固有频率的失谐的大约f1或f2的小偏差，相应的速度降低。
118.由于通过使激励频率失谐而导致的速度降低可以部分归因于能量传递的减少，部分归因于第一接触元件在运动方向上的运动的贡献的减少，因此可以通过增加脉冲占空比(假设它尚未达到其最大值)来补偿减少的能量传递。最终效果是，转换为机械运动的功率的量可以被保持在与最佳调谐(未失谐)激励相同的水平，并且接触元件施加在被动元件上的机械幅度和力也可以被保持。
119.给定两个机械频率和对应于两个运动方向的相应激励频率f1和f2，就出现了将电能有效地传递到机电系统中的问题。这在两个频率处都应该是可能的。解决方案是引入与压电激励装置23串联的串联电感。作为第一近似，压电激励装置23可以建模为电容cp。给定频率f1和f2，根据相应实施例选择串联电感的值l，使得包括l和cp的谐振电路的振荡频率fr为(以赫兹为单位)
[0120][0121]
其位于f1和f2之间。特别地，振荡频率fr可以置于f1和f2之间的中间频率。串联电感l可以集中在激励装置23通过其供电的两个连接之一中，或者在两个连接上分流。
[0122]
可替代地或另外地，可以使用并联电感，其中以相同方式选择振荡频率fr。
[0123]
上述示例是根据具有矩形脉冲的驱动信号来解释的。相同的原理，特别是关于幅度和脉冲宽度调制以及脉冲的省略，可以应用于不同形状的脉冲。例如，正弦、三角形、梯形或锯齿脉冲，或任意形状的脉冲。
[0124]
用于相反运动方向的最佳激励频率f1和f2，以及可能用于不同模式和方向的其他激励频率，通常取决于驱动单元特别是谐振器2和激励装置23的各个机械和电气特性。由于磨损和参数漂移，这些特性会随着时间而改变，这取决于环境条件，例如温度、湿度，还取决于驱动单元相对于重力方向的定向。相应地，激励频率的最佳值可以改变。为了确定最佳值，驱动器可以在不同的频率下被操作，测量目标响应，并确定目标响应最佳的频率。
[0125]
图8在可以进行速度测量的环境中示出了这一点。不同的曲线显示驱动速度随时间的演变，其取决于激励频率。在频率f1处，在一个方向上达到最大稳态速度，在频率f2处，在另一方向上达到最大稳态速度。分别偏离f1和f2的非最佳频率f1’和f2’会导致较低的稳态速度。这种确定最佳激励频率的方式可以在驱动单元组装之后在校准环境中执行，其中速度测量装置在驱动单元被结合到其目标环境中时可能不可用。
[0126]
图9示出了仅基于位置测量来确定最佳频率：以固定数量的步数或驱动脉冲操作驱动单元，例如，在各种激励频率下的2000个驱动脉冲。然后，测量位置的变化，用s表示。在两个相反方向上具有最大位移的频率被选为最佳频率f1和f2。该程序可以在驱动单元在安装于装置中的其目标环境中操作期间执行。例如，它可以在装置的每次启动时和/或以规则的时间间隔和/或当检测到驱动单元的条件或性能的变化时执行。
[0127]
图10示出了通过利用施加到两个激励装置23的激励信号的功率之间的不同关系驱动位于谐振器2的相对两侧的两个激励装置23获得的不同操作模式。谐振器对应于例如那些如图1、2a)、2b)和3所示的谐振器。在每种情况下，当接触元件31、32与被动元件接触时，被动元件在x-z平面中被推动的方向由箭头指示。中间行显示了如下的情况：利用两个激励频率f1和f2将相同的激励信号施加到两个激励装置23，导致在相反方向上和在谐振器2的平面内的运动。其他行显示驱动一个激励装置23的信号的功率p1、p2的效果大于另一个。驱动每个激励装置23的功率又可以通过脉冲占空比和/或激励信号的脉冲幅度来调制。
[0128]
谐振器2的厚度决定了将被激励的弯曲模式，因此它将确定驱动两个激励装置23的功率p1、p2的不平衡在多大程度上影响第一接触元件31和第二接触元件32在谐振器平面之外的方向上的运动幅度。因此，可以根据运动方向的要求选择厚度。
[0129]
与图10中类似的操作模式和相应的运动模式可以通过使驱动谐振器2的相对两侧上的激励装置23的激励信号相移来获得。特别地，相移可以是90
°
。
[0130]
图11示出了根据实施例的用于操作驱动单元的方法的流程图。在初始化步骤10之后，在控制步骤11中，确定控制信号。在分支步骤12中，根据控制信号的值，该方法分支到以下步骤之一：
[0131]
·
如果控制信号在第一范围r1内，则在第一分支步骤13中，修改驱动脉冲的形状和/或频率；
[0132]
·
如果控制信号在第二范围r2内，则在第三分支步骤16中，重复地省略驱动脉冲；
[0133]
·
如果控制信号在第一和第二范围内，则在第二分支步骤15中修改驱动脉冲的形状和/或频率，并且重复地省略驱动脉冲。
[0134]
然后，通过继续控制步骤11迭代地重复该方法。
[0135]
例如，控制信号可以基于误差信号，误差信号是驱动单元的实际速度与速度设定点的偏差，或者误差信号是驱动单元的实际位置与位置设定点的偏差。
[0136]
可以使用多种策略来驱动电机。可以使用基于pid的解决方案，如下面的时间离散控制器的表示所示：
[0137]
error(n)＝target(n)-feedback(n)
[0138][0139]
其中error(n)表示时间步长n中的误差信号的值，target(n)表示相应的设定点值，以及feedback(n)表示实际值。cmd(n)表示驱动单元的输入值，以及p、i、d表示pid控制器的比例、积分和微分系数。
[0140]
驱动单元的输入值可以控制驱动脉冲的幅度和/或形状和/或频率，和/或驱动脉冲的省略。可以修改输入值以补偿驱动单元响应的非线性特性。
[0141]
从以上给出的标准公式开始，在实施例中，可以实施以下修改来驱动驱动单元：
[0142]
根据目标和电机反馈之间的误差范围，应用预定义的设置。例如：
[0143][0144]
这种分段方法对于需要低精度的应用来说已经足够了。
[0145]
在用于位置控制的实施例中，使用定义控制器速度的不同常数值组：如果位置误差大于上限阈值，则为高速值，中等位置误差范围为中速值，以及如果位置误差小于下限阈值，则为低速值。
[0146]
对于需要高定位精度和/或低稳定时间的应用，线性方法可能比分段方法更好，因为过渡更平滑。该解决方案对应于具有固定系数的经典pid控制器。
[0147]
根据应用，可以应用对p或i或d系数的个别限制，以限制它们对控制器的影响。例如：
[0148][0149]
为了根据反馈误差或微分误差或求和误差增加或减少单个p或i或d参数的影响，可以根据范围区域改变p或i或d值。这对应于增益调度控制器。例如：
[0150][0151]
由于驱动单元的特性，p-i-d系数可以根据误差值而变化。例如：
[0152]
p(n)＝p2*error(n)2+p1*error(n)+p0[0153]
该解决方案可以提供更平滑的过渡，并且在出现机械非线性或反馈不准确的情况下可能会有所帮助。
[0154]
尽管本发明已在本实施例中进行了描述，但应清楚地理解本发明不限于此，而是可以在权利要求的范围内以其他方式不同地体现和实践。