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Geschäftsführer: Dr. Bernt Götz • Telefon 03641/66880 • Fax 03641/668866 • www.piezosystem.com

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Beschreibung des digitalen Piezoverstärkers 24DV40

8.1 Allgemeines

Der digitale Verstärker

24DV40

wurde zur Ansteuerung der D-Aktuatoren von

piezosystem jena

konzipiert. Wahlweise können Aktoren mit und ohne integriertes Messsystem betrieben werden.
Aktoren mit integriertem Messsystem werden durch den digitalen PID-Regler frei von Drift und
Hysterese positioniert.
Der Verstärker wird ausschließlich über USB gesteuert und erreicht eine Auflösung von 16-bit. Von

piezosystem jena

werden die Treiber für Windows® zur Verfügung gestellt.

Der integrierte Digitalregler ist als PID-Regler ausgelegt, zusätzlich stehen eine Anstiegs-
begrenzung (slew rate) und ein Tiefpassfilter 4. Ordnung zur Sollwertfilterung zur Verfügung.
Der digitale Piezoverstärker

24DV40

ermöglicht die getrennte Austauschbarkeit von Aktor und

Steuerelektronik. Alle relevanten Daten sind eigenständig auf einem ID-Chip im Aktor-Stecker
gespeichert und werden beim Einschalten an den Verstärker übergeben.

8.2 Anschlüsse

Anschluss
Piezo-Aktor

USB
Anschluss

Stromversorgungs-
Anschluss
(beide parallel
geschaltet)

LED
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Summary of Contents for 24DV40

Page 1: ...er 24DV40 instruction manual digital piezo amplifier 24DV40 Bitte lesen Sie sorgfältig die Bedienungsanleitung vor dem Einschalten des Gerätes Beachten Sie bitte insbesondere die Sicherheitshinweise Please read carefully before switching on the power Please see safety instructions for using piezoelectric actuators and power supplies ...

Page 2: ...Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezosystem com 2 Bedienungsanleitung Seite 3 20 deutsch instruction manual pages 21 38 english Deutsche Version Letzte Änderung 04 09 2018 von TM English version last change 2018 09 04 by TM ...

Page 3: ...Sicherheitshinweise 6 6 1 Installation Stromanschluss 7 6 2 Betrieb 7 6 3 Pflege und Wartung 8 6 4 Umgebungsbedingungen 8 7 Kurzanleitung Funktionskontrolle 8 8 Beschreibung des digitalen Piezoverstärkers 24DV40 9 8 1 Allgemeines 9 8 2 Anschlüsse 9 8 3 Funktion 10 8 4 Technische Daten 13 8 5 Anschlussbelegungen 14 8 6 Kommunikation 15 8 7 Befehlssatz 16 8 8 Statusregister 17 8 9 Fehlermeldungen 17...

Page 4: ...iese Anleitung beschreibt die digitalen Piezoverstärker der Serie 24DV40 von piezosystem jena Weiterhin finden Sie Sicherheitshinweise beim Umgang mit Piezoelementen Bei Problemen wenden Sie sich bitte an den Hersteller des Gerätes piezosystem jena Stockholmer Str 12 07747 Jena Tel 0 36 41 66 88 0 2 Zertifizierung von piezosystem jena Die Firma piezosystem jena GmbH arbeitet seit 1999 nach einem n...

Page 5: ...ektrische Gegenspannung erzeugt werden die zu Überschlägen führen kann Durch strukturbedingte Verlustprozesse innerhalb der Keramik kommt es zu einer Erwärmung beim dynamischen Betrieb Bei ungenügenden Kühlungsmaßnahmen kann es zu Ausfällen kommen Eine Erwärmung über der Curie Temperatur übliche Werte ca 140 C 250 C lässt den piezoelektrischen Effekt verschwinden Piezo Aktoren können elektrisch al...

Page 6: ...unktionen des Gerätes führen ACHTUNG Achten Sie auf ausreichende Belüftung der Steuerelektronik Lüftungsschlitze dürfen nicht blockiert werden Die Geräte sollten nicht in unmittelbarer Nähe von Wärmequellen z B Heizung Ofen usw aufgestellt werden Betreiben Sie die Geräte von piezosystem jena nur in sauberer und trockener Umgebung Nur dafür speziell vorgesehene Geräte und Piezoelemente dürfen unter...

Page 7: ...nn Stellen Sie niemals Geräte auf das Netzkabel Stellen Sie das Gerät so auf dass die Lüftungsschlitze nicht blockiert werden und eine ausreichende Belüftung der Steuerelektronik gewährleistet wird Stecken Sie den Netzstecker vollständig in die Schutzleitersteckdose damit es sich nicht versehentlich lösen kann Halten Sie den Netzstecker immer frei zugänglich damit er im Notfall gezogen werden kann...

Page 8: ...ve Luftfeuchte 5 80 nicht kondensierend 7 Kurzanleitung Funktionskontrolle Bitte überprüfen Sie die Lieferung auf Vollständigkeit siehe Packliste und auf Unversehrtheit aller angegebenen Lieferpositionen Es folgt eine Sichtprüfung von Aktor und Verstärker Kopf und Deckplatte des Aktors wenn vorhanden müssen parallel zueinander sein keine Kratzer auf Grund und Deckplatte Bitte informieren Sie piezo...

Page 9: ...lich über USB gesteuert und erreicht eine Auflösung von 16 bit Von piezosystem jena werden die Treiber für Windows zur Verfügung gestellt Der integrierte Digitalregler ist als PID Regler ausgelegt zusätzlich stehen eine Anstiegs begrenzung slew rate und ein Tiefpassfilter 4 Ordnung zur Sollwertfilterung zur Verfügung Der digitale Piezoverstärker 24DV40 ermöglicht die getrennte Austauschbarkeit von...

Page 10: ...r Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezosystem com 10 8 3 Funktion Im folgenden Blockschaltbild sind die Funktionsgruppen des Verstärkers dargestellt Abbildung 1 Funktionsgruppen des Verstärkers ...

Page 11: ...is sich der Positionswert dem vorgegebenen Sollwert angleicht yp kp err kp einstellbare Proportionalverstärkung yp Ausgangsspannung des P Anteiles Typisch für das Verhalten eines reinen P Reglers ist dass er Positionsänderungen nicht vollständig ausregelt und somit eine bleibende Regelabweichung hinterlässt die zur proportionalen Steuerung des Stellgliedes gebraucht wird Durch Überlagerung eines I...

Page 12: ...ler überbrückt d h der Sollwert wird als Stellgröße ausgegeben Die Reaktionen der Komponenten des Reglers sind in folgendem Diagramm dargestellt Abbildung 1 Übertragungsfunktion Die spezifischen Kennwerte kp ki kd des Reglers sowie verschiedenen Filterparameter sind im ID Chip des Aktors standardmäßig voreingestellt Diese sind aber meist keine optimalen Einstellungen da sich mit dem kundenspezifis...

Page 13: ...fnahme max 7 2W Ausgangsleistung 6W max 12W für NanoX Aktoren Ausgangsspannungen 20V 130V Ausgangsstrom 40mA maximal 2x 40mA für NanoX Aktoren Ausgangsspannungsrauschen 0 7mVRMS 500Hz Bandbreite Aktor Messsystemstecker PIEZO 15pol D Sub Stecker Überlastungsschutz kurzschlussfest Temperatursicherung Anzeigen LED grün orange rot Schnittstelle USB USB Anschluss mini USB Kühlung passiv Masse B x H x T...

Page 14: ...sse Aktormasse Tabelle Pinbelegung nicht für externen Gebrauch Über den 15pol D Sub Stecker wird der Aktor angeschlossen Es gehen gleichzeitig die Steuerspannung zum Piezo Aktor das vom integrierten Messsystem generierte Positionssignal zum digitalen Regler und die im ID Chip des Aktors gespeicherten spezifischen Kennwerte seriell zum Steuerprozessor Wichtig ist dass die Verriegelungsschrauben der...

Page 15: ...erm hergestellt werden Notwendig ist ein USB Verbindungskabel zwischen PC und Verstärker Die Eigenschaften der Verbindung sind wie folgt zu setzen 115200 Baud 8 bit keine Parität 1 Stoppbit Flusssteuerung Software XON XOFF Abbildung 2 Terminal Einstellungen am Beispiel des Programms HTerm Ist das Gerät angeschaltet und verbunden so antwortet es auf den Empfang eines CR Zeichens Enter Taste mit dem...

Page 16: ...oop Modus 0 xxx xxx μm Maximalhub des Aktors siehe Datenblatt Aktor im closed loop Modus cl ungeregelt geregelt open loop closed loop 0 ungeregelt 1 geregelt x sr Anstiegsgeschwindigkeit der Sollwertes slew rate 0 0000008 2000 0 ms x kp Proportional Anteil PID Regler 0 10000 x ki Integral Anteil PID Regler 0 10000 x kd Differential Anteil PID Regler 0 10000 x Ipon Tiefpassfilter für Sollwert ein a...

Page 17: ...eitverarbeitung an ist immer an 128 12 212 interner Speicherfehler 4096 13 213 I C Fehler ID chip interner EEProm 8192 14 214 underload 16384 15 215 overload 32768 Tabelle Statusregister Definition zu overload und underload Kann ein Piezoaktor im geregelten Betrieb aufgrund von übermäßiger Belastung bzw Defekt eine gewünschte Dehnung nicht erreichen aktuelle Position ist kleiner als die Gewünschte...

Page 18: ... Positionen anfahren zu können werden geregelte Aktuatoren mit integriertem Messsystem benutzt Diese erzeugen im geregelten Betrieb eine geringere Dehnung der verbleibende nicht genutzte Teil wird als Regelreserve bezeichnet und garantiert dass auch unter einer zulässigen Belastung die geregelten Endpositionen Pos 2 bis Pos 3 erreicht werden können Kann innerhalb 0 5s nach einem Kommando die Sollp...

Page 19: ...und der Aktuatorkapazität Diese kann unabhängig vom eingestellten sr Wert nicht überschritten werden Um hohe Frequenzanteile im Bereich der Resonanzfrequenz und darüber aus dem Sollwert zu filtern verfügt das System über einen Tiefpassfilter 4 Ordnung für den Sollwert Dieser Filter ist mit lpon 0 1 aus oder einzuschalten Mit lpf wert kann die Grenzfrequenz in Hz eingestellt werden 11 Fehlersuche B...

Page 20: ...Geschäftsführer Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezosystem com 20 12 Ihre Notizen ...

Page 21: ...structions 24 6 1 installation power supply 25 6 2 operation 25 6 3 maintenance and inspection 26 6 4 environmental conditions 26 7 instructions for checking the function of the system quick start 26 8 how to operate the digital amplifier 24DV40 27 8 1 common introduction 27 8 2 connections 27 8 3 function 28 8 4 technical data 31 8 5 pinning 32 8 6 communication 33 8 7 commands 34 8 8 status regi...

Page 22: ... from piezosystem jena You will also find additional information regarding piezoelectric products Definition All systems from piezosystem jena such as electronics actuators and optical systems are called units If you have any problems please contact the manufacturer of the system piezosystem jena Stockholmer Str 12 07747 Jena Phone 49 36 41 66 88 0 2 certification of piezosystem jena The company p...

Page 23: ...own discharging or high dynamic application will occur After excitation of the actuators by a voltage in the upper control range the ceramic will move and generate an opposite high voltage after disconnection Heating of the ceramic material will occur during dynamic operation and is caused by structure conditional loss processes This may cause failure if the temperature exceeds specified values ci...

Page 24: ...its except those that are designed for that purpose e g actuators Only work with the units in a clean and dry environment Only specially prepared units e g actuators can work under other conditions Please only use original parts from piezosystem jena piezosystem jena does not give any warranty for damages or malfunction caused by additional parts not supplied by piezosystem jena Additional cables ...

Page 25: ...s Do not place heavy objects on any cables e g power cords sensor cables actuator cables optical cables Do not block ventilated openings or place the units near a radiator oven or other heat sources Plug in the power cord completely so that it cannot loosen inadvertently Leave sufficient space around the power plug so that it can be unplugged easily If objects are placed around the power plug you ...

Page 26: ...etween 20 22 C at a relative humidity between 5 80 non condensing 7 instructions for checking the function of the system quick start When you open the package please check to make sure all the necessary parts are included see packing list and nothing is damaged Check the electronics and the actuator for any visible damage The top and bottom plates of the actuator if it does not have another shape ...

Page 27: ...ntrol The amplifier is controlled by USB only and reach a resolution of 16 bit piezosystem jena supports driver for Windows operating systems The integrated digital loop controller comes as PID controller additionally a slew rate limiter and a low pass filter 4th order for set point filtering are available The digital amplifier 24DV40 allows the interchangeability from D actuators and amplifier Al...

Page 28: ...chäftsführer Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezosystem com 28 8 3 function The following sketch shows the function groups of the amplifier sketch 1 function groups of the amplifier ...

Page 29: ... command yp kp err kp adjustable gain yp output of p term The P controller can t eliminate the error completely because it needs a deviation to drive To minimize the permanent offset of the P term an integral action I term is required Ts is the time constant governing the time it takes for the output to get a certain value For a step input it is the time taken for the output to equal the input yi ...

Page 30: ...epending on your special application and load the mechanical response can be optimized The following sketch describes the step response of the different terms sketch 2 transfer function The PID specific parameters kp ki kd and the several filters are stored in the actuator s ID chip by default These parameters will work for most applications Depending on your special application and load the mecha...

Page 31: ...n max 7 2W Output power 6W max 12W for NanoX actuators Output voltages 20V 130V Output current constant current 40mA maximum 2x 40mA for NanoX actuators Output noise 0 7mVRMS 500Hz bandwidth Actuator measurement connector PIEZO 15pin D Sub plug Safety functions short circuit proof temperature fuse Display LED green orange red Interface USB Interface connector mini USB Cooling passive Dimensions W ...

Page 32: ...perating voltage measurement 15V 12 SCL I C Bus SCL 13 DETECT actuator detection 15 Piezo ground actuator ground Not for external use table pinning The actuator is connected to this plug The actuator voltage goes to the piezo the position signal from the measurement system goes to the DSP and the integrated actuator information is stored on an ID chip which goes to the main controller It is import...

Page 33: ...h your PC with the use of a terminal program such as HTerm A USB connection cable included is required to connect to your computer The properties of the COM port are 115200baud 8bit no parity 1 stop bit software handshake XON XOFF When the device is powered and connected it answers after receiving CR carriage return Enter Key with its prompt PSJ ...

Page 34: ...n 0 100 x set command value actuator voltage ol displacement cl 20 to 130 000 V 0 to xxx xxx μm maximum actuator displacement see datasheet cl open loop closed loop mode 0 open loop 1 closed loop x sr slew rate limit 0 0000008 2000 0 ms x kp proportional term 0 10000 x ki integral term 0 10000 x kd differential term 0 10000 x Ipon low pass filter for setpoint activating 0 off 1 on x Ipf low pass c...

Page 35: ...rviert 0 6 26 reserviert 0 7 27 1 real time signal processing always on 128 12 212 internal memory error 4096 13 213 I C error 8192 14 214 underload 16384 15 215 overload 32768 table status register Definition for overload and underload If it s impossible to reach the desired position in CL mode because of too much load or defect of the actuator actual position is lower than desired the overload c...

Page 36: ... mode it moves to the set position General to the OL and CL modes In OL mode the actuator is direct controlled by a voltage between 20 V and 130 V The reached stroke pos 1 to pos 4 can be seen on actuators calibration protocol The stroke is non linear and shows hysteresis and also dependent by the actuators load The stroke decreases by higher loads To reach a defined position actuators with integr...

Page 37: ...by parameter ki kp und kd can be set 0 For filtering the set point a slew rate limiter command sr is implemented The limit is given in ms it means that a value of 1 ms would realize that a jump off the full range 100 is converted to a ramp with 100 ms duration The devices maximum slew rate depends on maximum output current and the actuators capacity Independent from the sr value this maximum slew ...

Page 38: ...Geschäftsführer Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezosystem com 38 12 your notes ...

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