piezosystemjena d-Drive Instruction Manual Download Page 1

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Geschäftsführer: Dr. Bernt G

ötz • Telefon 03641/66880 • Fax 03641/668866 • www.piezojena.com

Bedienungsanleitung

Digitalsystem d-Drive

instruction manual

digital system d-Drive

Bitte lesen Sie sorgfältig die Bedienungsanleitung vor dem Einschalten des Gerätes. Beachten Sie

bitte insbesondere die Sicherheitshinweise!

Read carefully before switching on the power! Please see safety instructions for using piezoelectric

actuators and power supplies!

Summary of Contents for d-Drive

Page 1: ...em d Drive instruction manual digital system d Drive Bitte lesen Sie sorgfältig die Bedienungsanleitung vor dem Einschalten des Gerätes Beachten Sie bitte insbesondere die Sicherheitshinweise 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 piezojena com 2 Bedienungsanleitung Seite 3 43 deutsch instruction manual pages 44 81 english Deutsche Version Letzte Änderung 13 10 2017 von MK English version last change 2017 10 13 by MK ...

Page 3: ...zteil 10 8 2 1 Funktion 10 8 2 2 Technische Daten Systemgehäuse mit Netzteil 10 8 3 Verstärkermodule EVD50 EVD125 EVD300 11 8 3 1 Funktion 11 8 3 2 MOD MON 15 8 3 3 Anschlussbelegungen 17 8 3 4 Technische Daten EVDxxx 19 8 4 Interfacemodul EDS1 EDS2 20 8 4 1 Funktion 20 8 4 2 Menüführung EDS2 21 8 4 3 Anschlussbelegungen 22 8 4 4 Technische Daten EDSx 23 8 5 Kommunikation und Befehlssatz 23 8 5 1 ...

Page 4: ...Anleitung beschreibt das Digitalsystem d Drive von piezosystem jena GmbH Weiterhin finden Sie Sicherheitshinweise beim Umgang mit Piezoelementen Bei Problemen wenden Sie sich bitte an den Hersteller des Gerätes piezosystem jena GmbH Stockholmer Straße 12 07747 Jena Tel 0 36 41 66 88 0 2 Zertifizierung von piezosystem jena GmbH Die Firma piezosystem jena GmbH arbeitet seit 1999 nach einem nach DIN ...

Page 5: ...g 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 Curietemperatur übliche Werte ca 140 C 250 C lässt den piezoelektrischen Effekt verschwinden Piezo Aktoren können elektrisch als Kondensatoren angeseh...

Page 6: ...ätes 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 abweichenden Umg...

Page 7: ... 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 S...

Page 8: ...rs wenn vorhanden müssen parallel zueinander stehen keine Kratzer auf Grund und Deckplatte Bitte informieren Sie piezosystem jena sofort bei Beschädigungen des Systems Bitte lassen Sie sich Transportschäden vom Lieferanten Paketdienst o ä bestätigen Netzschalter ist ausgeschaltet vorhandene Betriebsspannung ist mit der am Gerät angegebenen identisch Schließen Sie die Stromversorgung an Schließen S...

Page 9: ... 8 1 Allgemeines Die digitale Steuerelektronik d Drive in Kombination mit den hochauflösenden piezoelektrischen Antriebs und Positioniersystemen ermöglicht die vollständig digitale Realisierung hochpräziser Positionieraufgaben Sie wurde speziell für mehrkanalige Feinpositionieraufgaben entwickelt Dank des schnellen Digitalen Signal Prozessors DSP und dem hohen Bedienkomfort setzt d Drive neue Maßs...

Page 10: ...kern EVD50 und einem Datenaustauschmodul mit oder ohne Display Das tiefe Gehäuse mit großer Leistung kann maximal 3 digitale Piezoverstärker EVD300 und ein Datenaustauschmodul mit oder ohne Display aufnehmen Die Verbindung der Module geschieht über eine Rückverdrahtungsleiterplatte 8 2 2 Technische Daten Systemgehäuse mit Netzteil 84TE 315mm tief 84TE 375mm tief Eingangsspannung 100 240 VAC 50 60 ...

Page 11: ...uschmodul EDS zu steuern Mittels digitaler Sollwertvorgabe sind höchste Auflösung und Genauigkeiten erzielbar Durch die hervorragende Restwelligkeit von kleiner 0 5mVRMS eignet sich der Verstärker besonders gut für Positionieraufgaben mit sub nm Auflösung Die Position des Aktors und Statusmeldungen werden auf dem grafischen Display des Datenaustauschmoduls EDS2 angezeigt Ist das Gerät mit dem Inte...

Page 12: ...Geschäftsführer Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezojena com 12 Im folgenden Blockschaltbild sind die Funktionsgruppen der Verstärkermodule dargestellt ...

Page 13: ...enüber dem P Regler wird die bleibende Regelabweichung beseitigt Die charakteristische Kenngröße des I Anteiles ist die Nachstellzeit ki Das ist die Zeit die der I Anteil bei einer sprunghaften Änderung der Regelabweichung benötigt um das Stellglied in die vorgegebene Position zu bringen Die Eingabe großer Werte von ki ergeben kleine Nachstellzeiten und damit kürzere Regelzeiten yi 1 ki err Ts Ts ...

Page 14: ...r den PID Regler dar Der Tiefpass ist werksseitig auf 180Hz Grenzfrequenz und 1 Ordnung eingestellt Der Filter tf wirkt auf den Differenzial Teil der Regelung und kann hier eine Rauschunterdrückung bewirken Typische Einstellwerte sind tf 0 01 kd Aus Gründen der Kompatibilität zu vorhergehenden Versionen wird er werksseitig mit tf 0 deaktiviert ausgeliefert Um die Bahnabweichungen besonders im kont...

Page 15: ...enswert Bitte beachten Sie den Innenwiderstand des Monitorausgangs MON Monitorausgang default 0 Umess CL Usoll Ustell Uerr Uerrabs Uout Umess OL 0 Positionswert im geregelten Betrieb 1 Sollwert 2 Reglerausgangsspannung 3 Regelabweichung mit Vorzeichen 4 Betrag der Regelabweichung 5 Aktorspannung 6 Positionswert im ungeregelten Betrieb Tabelle 4 Monitor 0 Umes CL Der Positionswert des Messsystems i...

Page 16: ...atz zur Reglerausgangsspannung im Punkt 2 Eingang Endstufe von der Dynamik der Endstufe und der Kapazität des Aktors abhängig 20V 130V entsprechen 0V 10V Monitorspannung Die Aktorspannung kann wie folgt aus der gemessenen Monitorspannung rückgerechnet werden Uaktor Umon 15 20V 6 Umes OL Im Gegensatz zum geregelten Betrieb wo der Nullpunkt der Aktordehnung auf den Positionswert 0V kalibriert ist li...

Page 17: ...iezojena com 17 8 3 3 Anschlussbelegungen ANALOG 9pol SUB D Buchse Pin Bezeichnung Beschreibung 1 MON Monitorausgang 0 10V 2 MON Signalmasse 4 MOD Modulationseingang 0 10V 5 MOD Signalmasse 7 TRG Triggerausgang low aktiv 8 TRG Digitalmasse für Trigger Tabelle 3 Pinbelegung ...

Page 18: ...tormasse Tabelle 5 Pinbelegung nicht für externen Gebrauch Über diesen Stecker wird der Aktor angeschlossen Es gehen gleichzeitig die Steuerspannung zum Piezoaktor 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 SUB D Griffsc...

Page 19: ...Messsystemstecker PIEZO 15pol SUB D Stecker Monitorausgang 0 10V Signalquelle programmierbar Ausgangsimpedanz 50Ω Modulationseingang 0 10V abschaltbar Eingangsimpedanz 25kΩ Triggerausgang low aktiv 5V 0V mit pull up Drainwiderstand 240Ω Mod Mon Buchse ANALOG 9pol SUB D Buchse Offsetspannung 20V 130V über Offset Potentiometer Überlastungsschutz kurzschlussfest Temperatursicherung Schutzschaltung 4 ...

Page 20: ... oder Laptop zu nutzen Der umfangreiche Befehlssatz ist in Punkt 8 5 3 erläutert Mit der POWER Einschalttaste wird das Gerät eingeschaltet Durch Druck länger als 2 Sek schaltet das Gerät ab Die Betriebsbereitschaft wird durch die grüne READY LED angezeigt Das PC Interface RS232 bzw USB stellt die Verbindung zu einem PC bzw Laptop her Die Navigation durch die Menüs erfolgt mit den Cursortasten Durc...

Page 21: ...llen Untermenüs Auswahlmenü Kanal Funktionsgenerator Anstieg Filter Digitalregler Analog I O Information Zurück Fkt Generator Kanal Funktion Sinus Status ein Amp 1 000 Off 0 000 Freq Hz 1 0 Sym 1 0 Zurück Anstieg Filter Kanal Ans V ms 0 2 Filtertyp notch Status ein Freq Hz 200 Bandb Hz 100 Zurück X Y Z Aktorname X Kanal 0 1 Einschub v l op cl open loop closed loop xxx xxx bei op Aktorspannung in V...

Page 22: ...hl zurück springt von jedem Untermenü aus ins Hauptmenü Ein Stern vor dem Wert zeigt eine Werteänderung an Durch Druck auf den Knopf wird der Eingabewert übernommen Stern vor dem Wert erlischt Wird ohne Wertebestätigung das Menü verlassen werden die vorherigen Werte wieder hergestellt 8 4 3 Anschlussbelegungen RS232 9pol SUB D Buchse Pin Bezeichnung Beschreibung 2 TxD RS232 Sender 3 RxD RS232 Empf...

Page 23: ...dy LED grün vollfarbiges TFT Display 320x240 dots mit weißer Hintergrundbeleuchtung Ready LED grün Bedienelemente Standby Power Taste Reset Taste Standby Power Taste Cursor Tasten zur Menüwahl inkrement Drehgeber zur Werteeingabe Reset Taste Masse H B T 3HE 24TE 160mm Gewicht 0 2kg 0 3kg Tabelle 9 Technische Daten 8 5 Kommunikation und Befehlssatz 8 5 1 Kommunikation RS232 Die Kommunikation mit de...

Page 24: ...n zwei Treiber benötigt ein Treiber stellt die USB Verbindung zwischen Digitalsystem und PC her der zweite Treiber ermöglicht dem Anwender den einfachen Zugriff auf das Gerät über eine serielle COM Schnittstelle Treiberinstallation Zuerst bitte den Bus Treiber FTDIBUS inf installieren danach den COM Port Treiber FTDIPORT inf installieren Das folgende Beispiel zeigt die Installation unter Windows X...

Page 25: ...on 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezojena com 25 Den extrahierten Ordner psjUSB auswählen z B C psjUSB Der Windows Logo Test ist für diese Anwendung nicht relevant bitte Installation fortsetzen drücken Der USB Treiber ist installiert ...

Page 26: ...641 668866 www piezojena com 26 Der zweite Treiber wird installiert COM Port gleiches Vorgehen wie oben Den Ordner psjUSB auswählen Der Windows Logo Test ist für dies Anwendung nicht relevant Installation fortsetzen Der COM Port Treiber wird nun installiert ...

Page 27: ...stems über ein Terminalprogramm zu gewährleisten muss die COM Schnittstelle bestimmt bzw festgelegt werden Im Gerätemanager unter Anschlüsse muss das Digitalsystem d Drive aufgeführt sein Ein Rechtsklick auf piezojena ermöglicht unter Eigenschaften die Einstellung verschiedener Parameter normalerweise nicht erforderlich Das angeschlossenen Digitalsystem ist also auf diesem Rechner über COM5 anzust...

Page 28: ...häftsführer Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezojena com 28 Einrichten des Terminalprogramms Hyper Terminal Verbindung benennen z B dDrive Bitte den entsprechenden COM Port auswählen ...

Page 29: ... USB1 1 Geschwindigkeit übertragen Wichtig sind 8 Datenbits keine Parität 1 Stoppbit Software Handshake Xon Xoff Für bessere Bedienbarkeit diese Haken setzen Fertig Beispiel Bedienung über das Hyper Terminal Oben ist der Prompt des Digitalsystems als Bestätigung auf Enter zu sehen Darunter die Antwort auf den Befehl stat ...

Page 30: ...ten Wert aus Befehl Beschreibung Wertebereich stat Statusabfrage Register siehe Tabelle 11 mess Positionswertabfrage 1 μm ktemp Temperaturabfrage Verstärker C rohm Betriebszeit des Aktors seit Auslieferung min rgver gibt die Versionsnummer des Digitalreglers aus N setf schaltet das Ausgabeformat für den Messwert mess um 0 drei Nachkommastellen 1 wissenschaftliches Format setg schaltet das Ausgabef...

Page 31: ... 0 20000 max 2 notch_fr Hz Ipon Tiefpassfilter ein ausschalten 0 ausgeschaltet 1 eingeschaltet Ipf Tiefpass Schnittfrequenz 1 20000 Hz sstd Stellt werkseitig eingestellte Standardwerte des Reglers wieder her gfkt interner Frequenzgenerator siehe auch Tabelle 12 0 ausgeschaltet 1 Sinus 2 Dreieck 3 Rechteck 4 Rauschen 5 Wobbeln gasin Gen Amplitude Sinus 0 100 gosin Gen Offset Sinus 0 100 gfsin Gen F...

Page 32: ...r Triggererzeugung 0 Positionswert Messwert Istwert default 1 Sollwert trgoffs Offset für Tiggerpunkte nur bei Triggerung auf den Sollwert aktiv in Aktoreinheiten µm bzw mrad default 0 reclen Länge der Aufzeichnung in Samples 0 500000 recstride Schrittweite n für die Aufzeichnung 1 1000 Sampleintervall n 20µs recrdptr Startadresse für Auslesezeiger 0 500000 recstart Startet den Datenrecorder m gib...

Page 33: ... Der Aktor steckt am Verstärkerkanal 2 Pos 3 v l Dabei soll er 50ms auf 20μm und 150ms auf 50μm verharren Die Reaktion des Messsystems soll am Monitorausgang sichtbar gemacht werden Befehle cl 2 1 Enter Regelung Verstärker 2 einschalten gfkt 2 3 Enter Frequenzgenerator auf Rechteck gfrec 2 5 Enter Rechteckfrequenz 1 50ms 150ms 5 Hz garec 2 37 5 Enter Rechteckamplitude 50μm 20μm 80μm 100 37 5 gorec...

Page 34: ... angesteckt 1 Aktor angesteckt 0 1 2 1 22 21 0 0 Aktor ohne Messsystem 0 1 Dehnmessstreifen 1 0 kapazitives Messsystem 0 2 4 3 23 4 24 0 geregeltes System 1 ungeregeltes System 0 16 5 25 6 26 0 Aktorsteuerspannung nicht freigegeben 1 Aktorsteuerspannung freigegeben 0 64 7 27 0 Regelung aus 1 Regelung ein 0 128 8 28 11 10 9 211 210 29 0 0 0 Generator aus 0 0 1 Sinus ein 0 1 0 Dreieck ein 0 1 1 Rech...

Page 35: ...eieckfunktion Rechteckfunktion Die Symmetrie eines Signals beschreibt im Fall der Dreieck funktion das Verhältnis von Anstiegszeit t zu Periodenzeit T Damit kann zwischen schnellem Anstieg mit langsamen Abfall und langsamen Anstieg mit schnellem Abfall variiert werden Im Fall der Rechteck funktion wird das Tastverhältnis von High Zeit zu Periodenzeit beschrieben Die eingegebene Amplitude ist die S...

Page 36: ...s und trgse eingegrenzte Bereich vollständig durchlaufen wird zuzüglich 0 2 des Gesamthubes andernfalls werden keine Triggerpunkte generiert da kein Flankenwechsel erkannt wird Die Punkte Triggerstart Triggerende und Triggerintervall sind so zu wählen dass die Rechnung Triggerende Triggerstart Triggerintervall eine ganze Zahl n ohne Rest ergibt Die Anzahl der ausgegebenen Triggerpunkte ist dann n ...

Page 37: ...se n trgsi trgse Endpunkt trgse Endpunkt Trigger bei trgss n trgsi n 2 Trigger bei trgss n trgsi n 1 Startpunkt trgss Funktionsprinzip der Flankenerkennung Die Flankenerkennung funktioniert wie folgt Bei steigender Flanke wird immer der höchste Messwert Weg gemerkt Sinkt der Messwert um mehr als 0 2 des Weges unter den gemerkten Weg so wird eine fallende Flanke erkannt Danach wird immer der kleins...

Page 38: ...tant Zur einfachen Korrektur der Triggerpunkte wurde der Parameter trgos Triggeroffset eingeführt Wenn der Offset trgos auf den Wert des Folgefehlers gesetzt wird so wird die Ausgabe der Triggerpunkte um den angegebenen Wert so verschoben dass die Triggerpunkte mit dem realen Positionswerten möglichst gut übereinstimmen Der Wert für den Offset ist positiv wenn der Positionswert dem Sollwert nachei...

Page 39: ...ngestellt werden Frequenz Amplitude Offset ggf Symmetrie der Funktionsgenerator braucht jedoch nicht aktiviert zu werden gfkt 0 Um einen Scan auszuwählen wird der Scantyp auf Sinus sct 1 oder Dreieck sct 2 gesetzt Der Scan wird mit ss 1 gestartet Während eines Scans kann der Status abgefragt werden mit ss CR Die Antwort ss 2 bedeutet der Scan läuft noch ss 0 bedeutet der Scan ist abgeschlossen Ein...

Page 40: ...e hochgenaue Abrasterung einer Probe Durch die Verwendung einer Sinusfunktion werden Beschleunigungskräfte und damit Schwingungen minimiert durch die Triggererzeugung können Aktionen in genau definierten Aktorpositionen ausgelöst werden Abb Sinusscan mit Triggerimpulsen auf der steigenden bzw auf beiden Flanken Abb Dreieckscan mit Triggerimpulsen auf der steigenden Flanke ...

Page 41: ...fzeichnung Auslesen des Datenrecorders Zum Auslesen des Datenrecorders dienen die Kommandos m Positionswert und u Spannung Das Auslesen des Recorders kann von beliebiger Stelle an erfolgen die Ausleseadresse wird mit recrdptr n n 0 499999 eingestellt Danach kann mit m bzw u ein Sample des Recorders ausgelesen werden der Adresszeiger wird intern automatisch inkrementiert so dass ein weiteres Komman...

Page 42: ...e Danach werden zuerst die Positionswerte ausgelesen anschließend der Aktorspannungsverlauf cl 0 open loop set 10 auf Initialspannung 10V stellen etwas warten bis Position erreicht ist z B 0 5s recstride 5 5x20µs 100µs reclen 2000 200ms 100µs 2000 Samples set 110 Sprung in OL auf 110V ausführen Recorder startet automatisch warten bis Sprung ausgeführt wurde recrdptr 0 rec_read_pointer Leseadresse ...

Page 43: ... loop und die Aktorausgangsspannung 20 000 V an Die Steckplätze in denen kein Verstärker steckt bzw an dem kein Aktor angeschlossen ist sind mit Fragezeichen ausgefüllt Bei Nichtbetätigen des OFFSET Potentiometers befindet sich der Aktor unterhalb des Regelbereiches am negativsten Punkt linke Pos s Abb 3 des Gesamtstellbereiches rechte Pos s Abb 3 Wird anschließend in den geregelten Betriebsmodus ...

Page 44: ...ezielle Anbauten vorhanden ändert sich die Resonanzfrequenz des Gesamtsystems größere Masse niedrigere Resonanzfrequenz Die Werte des Kerbfilters sind über das Auswahlmenü Anstieg Filter erreichbar Bei Filtertyp ist Notch Kerbfilter auszuwählen Die Wobbelfunktion des internen Funktionsgenerators kann zur Ermittlung der Hauptresonanz genutzt werden Dazu wählt man im Auswahlmenü des Aktors den Punkt...

Page 45: ...e eines Defekts bitte nur Sicherungen gleichen Wertes und Typs einsetzen UDL OVL LEDs blinken Überprüfen Sie ob der Aktor richtig angesteckt und die Verriegelungsschrauben des SUB D Steckers angezogen sind Kontrollieren Sie bitte die Kabel auf Beschädigung oder Kurzschlüsse UDL OVL LEDs im geregelten Betrieb closed loop leuchten auf Überprüfen Sie die mechanische Ankopplung des Aktors an die Perip...

Page 46: ... an den jeweiligen Verstärker übergeben plug play Zur Durchführung hochgenauer Verstellungen im sub μm Bereich ist es sinnvoll das Gerät ca 2 Stunden vor der Messung in Betrieb zu nehmen Erst nach dieser Zeit haben sich stabile Temperaturverhältnisse eingestellt Die höchste Auflösung und Genauigkeit ist mit der digitalen Sollwertvorgabe erreichbar Aus diesem Grund sollte der analoge Modulationsein...

Page 47: ...Geschäftsführer Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezojena com 47 12 Ihre Notizen ...

Page 48: ...Drive 54 8 1 common introduction 54 8 2 system housing 84TE with power supply 55 8 2 1 function 55 8 2 2 technical data system housings 55 8 3 power amplifier EVD50 EVD125 EVD300 56 8 3 1 function 56 8 3 2 MOD MON 59 8 3 3 pinning 61 8 3 4 technical data EVDxxx 62 8 4 interface EDS1 EDS2 63 8 4 1 function EDS2 63 8 4 2 menus EDS2 64 8 4 3 pinning EDSx 65 8 4 4 technical data EDSx 66 8 5 communicat...

Page 49: ... 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 Strasse 12 07747 Jena Phone 49 36 41 66 88 0 2 certification of piezosystem jena The company piezosystem je...

Page 50: ... 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 the specified values cited below With...

Page 51: ...pt 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 or conne...

Page 52: ...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 53: ...y 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 should be parallel each to each other and not contain any scratches If there is any damage to the system please contact our local representative immediately If the packaging material is damaged please ...

Page 54: ...itch off the switch on the back side of the system The function check is complete If there were errors during the procedure read the troubleshooting chapter 8 how to operate the digital system d Drive 8 1 common introduction The new digital generation of piezo controllers of piezosystem jena d Drive combines the highest positioning accuracy with a unique handling comfort This means that a PC can c...

Page 55: ...splay The deep housing with high power is prepared to operate a maximum of 3 EVD300 digital piezo amplifiers and a data exchange module with or without display All modules are connected by a back plate 8 2 2 technical data system housings 84TE 315mm depth 84TE 375mm depth Operating voltage 100 240 VAC 50 60 Hz Input current typ 0 9A 115V typ 0 5A 230V typ 1 7A 115V typ 1 0A 230V Power consumption ...

Page 56: ...ion and accuracy can only be achieved by setting the digital target values Because of the very low noise lower than 0 5mVRMS the d Drive is particularly suitable for nanopositioning The position of the actuator and all status messages are shown on the EDS2 display If there is an EDS1 without display included you can check the status with the command stat Enter by using a terminal program via RS232...

Page 57: ...Geschäftsführer Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezojena com 57 The following sketch shows the function groups of the amplifiers sketch 1 function groups of the amplifiers xxx ...

Page 58: ...justed 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 ki is the time constant governing the time it takes for the output to get to a certain value For a step input it is the time taken for the output to equal the input yi...

Page 59: ...lt in noise reduction Typical values are tf 0 01 kd For compatibility with earlier versions the factory setting for tf is 0 deactivated To reduce the tracking error especially during continuous operation e g sinusoidal movements or similar a pilot control with the setpoint can be used The related command is pcf value with value ranging from 0 not active to 1 0 full setpoint feed forward Depending ...

Page 60: ...ital value by the OFFSET potentiometer and the digital value from the EDS2 via CAN Bus 2 Uact output of the controller set value for the power amplifier 3 Uerr closed loop control deviation including sign the value can be positive or negative Uerr Ucom Umes Ucom 0 10V Umes 0 10V Uerr 10V 10V To generate an output of 0 10 V the control deviation is divided by 2 and 5 V is added To calculate the con...

Page 61: ... monitor output 0 10V 2 MON signal ground 4 MOD modulation input 0 10V 5 MOD signal ground 7 TRG trigger output low active 8 TRG digital ground trigger table 4 pinning PIEZO SUB D plug 15pin pin designation description 1 2 11 AGND analog ground 3 15V operating voltage measurement 15V 4 14 GND digital ground 5 SDA I C Bus SDA 6 5Veeprom operating voltage ID Chip 7 Vout2 actuator voltage 2 130 20V f...

Page 62: ...ontinuous 50mA 2x 50mA for nanoX 125mA 2x125mA for nanoX 300mA 2x150mA for nanoX output noise 0 3mVRMS 500Hz 0 5mVRMS 500Hz actuator measurement connector 15pin SUB D plug monitor output 0 10V programmable signal source monitor output impedance 50Ω modulation input 0 10V disconnectable modulation input impedance 25kΩ trigger output low active 5V 0V with pull up drain resistor 240Ω MOD MON connecto...

Page 63: ...C or laptop running the terminal program The command set is the same that is used in EDS2 For full control and comfortable adjustment we recommend using a PC or laptop running the control program The full command set is explained in chapter titled commands The POWER button switches the device on By pressing the button for longer than 2 seconds the device gets switched off The PC interface enables ...

Page 64: ...w rate filter digital controller analog i o information back fct generator channel function sine state on ampl 1 000 offset 0 000 freq Hz 1 000 sym 1 000 back slew rate filter channel slewr V ms 0 2 filter type notch state on freq Hz 200 bandw Hz 100 back X Y Z actuator name X channel 0 1 from left op cl open closed loop xxx xxx at op actuator voltage in Volts at cl displacement in μm german engli...

Page 65: ...jumps back to the main menu from each sub menu A star before the value indicates a changed parameter By pressing the knob the value is accepted the star disappears If you leave the menu without acknowledging it the old value will be restored 8 4 3 pinning EDSx RS232 SUB D socket 9pin Pin designation description 2 TxD RS232 transceiver 3 RxD RS232 receiver 5 GND RS232 ground table 7 pinning 0 to 99...

Page 66: ...ector SUB D socket 9pin CAN baud rate 1MBaud Display no Ready LED green Full Color TFT Display 320x240 dots with white back light led Ready LED green Control elements Standby Power button Reset button Standby Power button Cursor buttons incremental encoder Reset button Dimensions H W D 3HE 24TE 160mm Weight 0 2kg 0 3kg table 9 technical data 8 5 communication commands 8 5 1 communication via RS232...

Page 67: ...ivers are necessary to use the device The first is responsible for the USB connection between PC and digital amplifier unit the second is responsible for communication by the RS232 COM interface driver installation Please first install the Bus driver FTDIBUS inf and then the COM port driver FTDIPORT inf The following example shows the installation procedure with Windows XP Please connect the PC an...

Page 68: ... 66880 Fax 03641 668866 www piezojena com 68 Please select the source Please select the extracted path psjUSB e g C psjUSB The Windows Logo testing is not relevant for this application please continue installation The USB driver is now installed ...

Page 69: ...68866 www piezojena com 69 The second driver needs to be installed like the first one COM port It s the same procedure as before Please select the path psjUSB e g C psjUSB The Windows Logo testing is not relevant for this application please continue installation ...

Page 70: ... The installation is finished To use the d Drive via the terminal program please select the COM port The d Drive system must be listed in device manager ports Clicking the right button of your mouse on the device piezojena enables you to change several parameters not required In this example the d Drive is connected to COM5 ...

Page 71: ... Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezojena com 71 Connection setup for terminal program Hyper Terminal Please select a name for the connection e g dDrive Please select the corresponding COM port ...

Page 72: ...eed is based on USB1 1 Important parameters are 8 data bits no parity 1 stop bit software handshake Xon Xoff For better handling please set the following check marks ready Example operation via hyper terminal On top you can see the prompt DSM Vx xxx after pressing Enter After this you can see the response to the stat command ...

Page 73: ...thout a value reads out the current value command description value stat status request see table 11 mess position value request 1 micron ktemp amplifier temperature value degree Celsius rohm operation time of actuator since shipping minutes rgver displays the version number of loop controller number fan switches the fan on off 0 off 1 on setf set the output format of measurement value mess 0 thre...

Page 74: ...tchb bandwidth 3dB 0 to 20000 max 2 notch_fr Hz Ipon low pass filter 0 off 1 on Ipf low pass cut frequency 1 to 20000 Hz sstd set default factory settings gfkt internal function generator see table 12 0 off 1 sine 2 triangle 3 rectangle 4 noise 5 sweep gasin generator amplitude sine 0 to 100 gosin amplitude offset sine 0 to 100 gfsin generator frequency sine 0 1 to 9999 9 Hz gatri generator amplit...

Page 75: ...trigger values only active by triggering on set value in units of actuator µm or mrad reclen record length samples 0 500000 recstride stride n for recording 1 1000 sample interval n 20µs recrdptr record read pointer 0 500000 recstart starts data recording m responds actuator position increments record read pointer m without parameter m xxxx m 1 xxxx m 0 n block with length n with m xxxx m 1 n bloc...

Page 76: ...asurement system is then sent to the monitor output commands cl 2 1 Enter closed loop amplifier 3 on gfkt 2 3 Enter generator function rectangle gfrec 2 5 Enter frequency rectangle 1 50ms 150ms 5Hz garec 2 37 5 Enter amplitude rectangle 50μm 20μm 80μm 100 37 5 gorec 2 25 Enter offset rectangle 20μm 80μm 100 25 gsrec 2 25 Enter symmetry rectangle 50ms 50ms 150ms 100 25 monsrc 2 0 Enter set monitor ...

Page 77: ...ltage enabled 0 64 7 27 0 open loop 1 closed loop 0 128 8 28 11 10 9 211 210 29 0 0 0 generator off 0 0 1 sine on 0 1 0 triangle on 0 1 1 rectangle on 1 0 0 noise on 1 0 1 sweep on 0 512 1024 1536 2048 2560 12 212 0 notch filter off 1 notch filter on 0 4096 13 213 0 low pass filter off 1 low pass filter on 0 8192 14 214 15 215 table 11 status register 8 6 function generator Each EVDxxx amplifier i...

Page 78: ...actuator Furthermore you must be sure that the trigger range between trgss and trgse passes through plus 0 2 of the total stroke otherwise no trigger will be generated because no change between the rising and falling edges will be detected The points start end and interval must be set that the calculation endpoint startpoint interval gives a integer number n without a remainder The counts of outpu...

Page 79: ...trigger output will be reset after n 20 µs trglen n and the trigger function is waiting to reach the next trigger position 15 µm and so on After reaching the 30 µm position the next Trigger position is set to 10 µm the trigger impulse will be generated when the 10 µm position is reached from a lower position than 10 µm rising edge Extended trigger functions trgedge 4 5 7 The function trgedge 4 tri...

Page 80: ...ger distances near 1 1000 of total actuator stroke the influence of internally electrical noise of the position value becomes noticeable Wrong trigger outputs can be happen A difference between the expected counts of triggers and the happened can indicate this A solution for this problem can be triggering on setpoint This principle uses following circumstances The real positioning noise at the act...

Page 81: ...ling edge 3 trigger at both edges trglen trigger length this values depends on the duration of a trigger impulse n 20µs n 1 255 trgsrc trigger source selects real position value or setpoint for trigger generation 0 real position value measured 1 setpoint trgos trigger offset shifts the trigger points when triggering on setpoint µm or mrad table 13 commands for trigger generation Hardware The outpu...

Page 82: ...he status to zero ss 0 CR scan type function number of periods 1 sinus 1 2 triangle 1 3 sinus 2 4 triangle 2 Example scan sine 100 amplitude 0 offset frequency 0 2Hz gfsin 0 2 CR gasin 100 CR gosin 0 CR scan type sct 1 start scan ss 1 sketch 4 output voltage of a sine scan open loop Application The combined use of trigger generation and scan function permits a highly exact scan of a probe Accelera...

Page 83: ...ecording Readout the data recorder To readout the data recorder the commands m position value and u actuator voltage are used The readout can start at any recorded position the pointer to the start address can be set with recrdptr n n 0 499999 After this the readout of the recorded position value or actuator voltage value by commands m or u can be executed The address pointer will be automatically...

Page 84: ... t 100µs shall be recorded From this follows a sample count of 2000 you can always sample more but minimum the desired readout length Afterwards the position values are read out followed by the voltage values Thus the minimum sample count is 2000 based on the calculation 2000 100 200 rectlenmin µs ms t t Command history for the issue described above cl 0 open loop set 10 set initial voltage to 10V...

Page 85: ...e EDS When an EDS2 is part of your system all initialized channels are displayed The amplifiers from left to right are shown from top to bottom meaning that the amplifier in position1 left is shown in row 1 top For example if positions 1 2 and 3 are used with amplifiers the display shows the actuator name X Y Z in rows 1 2 and 3 ol for open loop and the actuator voltage 20 000 V Rows 4 5 and 6 rem...

Page 86: ...eset the last values entered First of all check the function of the notch filter This has been factory adjusted so that the main resonant frequency is suppressed in an actuator with standard mass loading If your application has a different mass the resonant frequency changes higher mass lower frequency The notch parameters are adjustable in the choose menu slewrate filter In filter type one has to...

Page 87: ...k the actuator cable for damage UDL OVL LED light up in closed loop mode The actuator is not able to reach the commanded position Check the modulation input and offset Check your actuator for mechanical blocking Check whether your actuators move properly in open loop mode actuator oscillates in resonant frequency in closed loop Check the PID controller adjustments reduce the ki value Reduce the kd...

Page 88: ...5 error register For high precision positioning with nm resolution you must warm up the amplifier 2 hours before use A constant temperature is beneficial Consider that a variation of 5 Kelvin results in an elongation of 13 μm in steel with a length of 200 mm The best results for resolution and accuracy can only be achieved by setting the digital target values Therefore please switch off the analog...

Page 89: ...Geschäftsführer Dr Bernt Götz Telefon 03641 66880 Fax 03641 668866 www piezojena com 89 12 your notes ...

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