CONTROL DE MOTOR PIEZOELECTRICO Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método y aparato para controlar motores piezoeléctricos y a la combinación resultante de motores piezoeléctricos y sistemas de control para los mismos. Antecedentes de la Invención En motores piezoeléctricos, uno o más elementos piezoeléctricos son excitados con señales eléctricas para extenderse y contraerse para generar un movimiento mecánico microscópico dentro del motor que es transformado en un movimiento macroscópico de un elemento excitado. En parte, los diseños de motores piezoeléctricos difieren en las señales eléctricas utilizadas para excitar los movimientos, en la forma del movimiento microscópico, y en el mecanismo utilizado para transformar el movimiento microscópico en un movimiento macroscópico. Los motores piezoeléctricos toman varias formas y tienen varios sistemas de control . Algunos motores piezoeléctricos operan principalmente con señales eléctricas sinusoidales de una frecuencia única, y son referidos aquí como motores de una sola frecuencia. Los motores piezoeléctricos de una sola frecuencia contrastan con los motores piezoeléctricos que requieren formas de ondas especiales para la operación, tales como las formas de ondas Re .157970 triangulares, tales formas de ondas conformadas tienen espectros de frecuencia que son el elemento compuesto de muchas frecuencias con el resultado total que es una forma de onda conformada. Algunos motores piezoeléctricos de una sola frecuencia también pueden ser operados con señales eléctricas que contienen otros componentes de la frecuencia, pero no es necesario incluir componentes de frecuencia adicional para la operación apropiada de un motor piezoeléctrico de una sola frecuencia. Los motores piezoeléctricos de una sola frecuencia también pueden tener más de una frecuencia-operativa la cual, cuando es utilizada en tiempos distintos, conduce a movimientos macroscópicos distintos del elemento excitado en estos tiempos. Por ejemplo, la Publicación de Patente U.S. No. 2002/0038987A1, el contenido completo de la cual es incorporado aquí para referencia, describe; modalidades que incluyen motores piezoeléctricos de una sola frecuencia que tienen dos frecuencias operativas distintas, una para un movimiento hacia delante y una para un movimiento hacia atrás de un elemento excitado. La frecuencia de operación óptima, es decir, la frecuencia a la cual el rendimiento mecánico y el funcionamiento de un motor piezoeléctrico es en algún sentido óptimo, está relacionada típicamente con una resonancia mecánica. La frecuencia óptima varía por lo tanto con varios factores, tales como la temperatura. La temperatura ambiental puede cambiar y variar el funcionamiento, y los motores piezoeléctricos se calientan durante la operación y esto puede afectar el funcionamiento. Los efectos adicionales que tienen influencia en la frecuencia óptima de un motor piezoeléctrico durante su vida útil incluyen la fatiga, el desgaste tal como la abrasión entre el motor piezoeléctrico y el elemento excitado, y otros factores. Además, las diferencias durante la fabricación y el montaje y las tolerancias generales conducen a una frecuencia óptima diferente para cualesquiera dos motores piezoeléctricos del mismo diseño y fabricación. Finalmente, aún si la frecuencia de operación óptima fuera conocida de antemano, esto no garantiza que el circuito electrónico que suministra la señal eléctrica sea capaz de generar la frecuencia óptima. exactamente, puesto que los propios circuitos son sometidos a efectos de cambios de temperatura, enve ecimiento, y tolerancias de fabricación. Por consiguiente existe una necesidad de un circuito de excitación eléctrica que excite un motor piezoeléctrico en o cerca de su frecuencia óptima de operación empleando medios de control. El arte previo incluye las soluciones de control de realimentación del Circuito de Sincronización de Fase (PLL) (por sus siglas en inglés) . Se sabe que cuando un motor piezoeléctrico típico es excitado cerca de su frecuencia de resonancia operativa, ocurre una diferencia de fase entre la señal de excitación y la vibración del motor piezoeléctrico. Si la vibración puede ser medida, un PLL puede ser capaz de explotar su diferencia de fase y rastrear continuamente la frecuencia de operación del motor piezoeléctrico. El PLL requiere un circuito de control de operación continua destinado, y está limitado por el intervalo de la frecuencia en el cual una diferencia de fase es discernible, y está limitado además por varios factores de ruido eléctrico. El PLL trabaja solamente para motores piezoeléctricos en donde exista una relación monótona clara entre la diferencia de fase medida y la calidad (resistencia, velocidad, etc.) del movimiento macroscópico resultante. Esta relación no puede existir para todos los diseños de motor piezoeléctrico . Existe asi una necesidad de esquemas de control, que puedan excitar un motor piezoeléctrico de una sola frecuencia suficientemente cerca de su frecuencia óptima de operación pero que sean menos dependientes de las particularidades del motor piezoeléctrico y que puedan adaptarse a una variación mayor en el diseño y fabricación del motor piezoeléctrico. Breve Descripción de la Invención Se proporciona un motor piezoeléctrico que está en contacto de excitación con un elemento excitado para mover el elemento excitado en respuesta a una señal eléctrica provista al motor. El motor tiene al menos una primera frecuencia operativa óptima a la cual el motor mueve el elemento excitado en una cantidad que satisface los criterios operativos predeterminados. El motor y el elemento excitado tienen un criterio de funcionamiento deseado cuando son operados a esta primera frecuencia operativa. Cuando el motor y/o el elemento excitado se degradan, o cuando las tolerancias de fabricación provocan que el motor y el elemento excitado funcionen menos eficientemente que lo deseado, o cuando la señal hacia el motor varia desde la frecuencia de excitación óptima, el funcionamiento empieza a degradarse fuera de los límites deseables, y por último se degrada hasta un punto en donde el funcionamiento está fuera de un intervalo aceptable de criterios de funcionamiento. Para compensar esta degradación de funcionamiento natural, una pluralidad de frecuencias de barrido concatenadas es suministrada repetidamente al motor piezoeléctrico . Al menos una de las frecuencias de barrido está suficientemente cercana a la primera frecuencia de operación o a una frecuencia de resonancia alternativa del motor y/o del motor y el elemento excitado combinados, para provocar el movimiento detectable del elemento excitado. Preferentemente, las frecuencias de barrido conducen a un funcionamiento promedio que excede el funcionamiento del motor y/o el elemento excitado cuando las mismas empiezan a desviarse del .criterio de funcionamiento deseado. La composición de las frecuencias de barrido se puede hacer variar para maximizar el funcionamiento de modo que el mismo se acerque/ y preferentemente se aproxime estrechamente o logre el criterio de funcionamiento deseado. El movimiento detectable es utilizado preferentemente para hacer variar las frecuencias de barrido para ayudar a optimizar un funcionamiento promedio durante el periodo de tiempo que le toma a las frecuencias de barrido complementar un ciclo. El movimiento detectable también es utilizado preferentemente para ayudar a seleccionar cuales frecuencias utilizar en las frecuencias de barrido. La composición de las frecuencias de barrido se puede hacer variar sobre una base periódica, o utilizando un criterio predeterminado para ayudar a optimizar el funcionamiento promedio. Por consiguiente, las frecuencias en la pluralidad de las frecuencias de barrido concatenadas se hacen variar preferentemente en respuesta al movimiento de al menos uno del motor y el elemento excitado para producir un funcionamiento promedio del motor y el elemento excitado durante un tiempo que corresponde al tiempo para un barrido de las frecuencias, que es mayor que un funcionamiento real del elemento excitado durante el mismo periodo de tiempo pero cuando el funcionamiento real es menor que el funcionamiento deseado.
Preferentemente, el criterio de funcionamiento deseado incluye al menos uno de la velocidad del motor o elemento excitado, la fuerza ejercida por el motor sobre el elemento excitado, la fuerza ejercida por el elemento excitado, y la energía consumida por el motor. La pluralidad de frecuencias de barrido concatenadas puede ser una serie crecientemente continua de frecuencias, una serie continuamente decreciente de frecuencias, o una variedad de frecuencias. Las frecuencias seleccionadas utilizadas para lograr un funcionamiento máximo variarán con la aplicación particular, pero preferentemente están lo suficientemente cercanas a un modo resonante del motor, elemento excitado, o el motor y el elemento excitado combinados de modo que el funcionamiento promedio sea maximizado y se aproxime al criterio de funcionamiento deseado. El período combinado de las frecuencias de barrido y el período de las frecuencias individuales dentro de las frecuencias de barrido se puede hacer variar para aproximarse o lograr el criterio de funcionamiento deseado. Preferentemente, pero de manera opcional, las frecuencias de barrido se hacen variar periódicamente o de acuerdo con algunos otros criterios para mantener el criterio de funcionamiento promedio en su valor deseado, y el valor deseado está usualmente tan cercano como sea posible al criterio de funcionamiento deseado. Cuando se hacen variar las frecuencias de barrido, las frecuencias de barrido que se han hecho variar incluyen al menos una frecuencia la cual provoca el movimiento suficiente de uno del motor o el elemento excitado para que sea detectado por un sensor, y la realimentación desde este sensor puede ayudar a optimizar el funcionamiento promedio porque ayudará bien a identificar cuales frecuencias pueden ser incluidas mejor dentro de las frecuencias de barrido. También se proporciona ventajosamente un método para controlar un motor piezoeléctrico en el cual el motor piezoeléctrico está configurado para mover un elemento excitado cuando una señal eléctrica sinusoidal de una primera frecuencia es suministrada al motor piezoeléctrico con una amplitud que es suficiente para mover un elemento excitado una distancia predeterminada. El método incluye la selección de una primera secuencia predeterminada de frecuencias, en donde la primera secuencia de frecuencias comprende al menos dos frecuencias sinusoidales mutuamente diferentes. Las formas de ondas individuales son creadas correspondiendo a cada frecuencia de la primera secuencia de frecuencias de modo que cada forma de onda individual tenga una duración y amplitud finitas predeterminadas y sea periódica con un periodo que es el inverso de la frecuencia correspondiente. Las formas de ondas individuales son concatenadas en una primera señal eléctrica y de modo que la primera señal sea suministrada repetidamente al motor piezoeléctrico para mover el elemento excitado. La primera secuencia seleccionada de frecuencias incluye un número suficiente de frecuencias que son distribuidas para provocar que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado aún cuando las propiedades del motor piezoeléctrico cambien dentro de un intervalo predecible . Asi, cuando el motor, el elemento excitado, la fuente de la señal, u otros componentes provoquen que el funcionamiento se desvie del criterio de funcionamiento deseado, la primera secuencia de frecuencias proporciona un funcionamiento que, cuando es promediado sobre la duración de la primera señal eléctrica única, de manera preferente, pero opcional, no varia más del 30% cuando cambian las propiedades del motor piezoeléctrico. Preferentemente, pero de manera opcional, la primera señal eléctrica única provoca que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado con un funcionamiento variable. Además, el método incluye de manera adicional venta osamente, pero opcional, la verificación del movimiento del elemento excitado. La primera secuencia de frecuencias es seleccionada además preferentemente para incluir un número suficiente de frecuencias que son distribuidas para provocar que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado de modo que el movimiento del elemento excitado sea mantenido dentro de un valor predeterminado como se determina por la verificación del elemento excitado. La verificación ventajosamente, pero de manera opcional, utiliza un detector de movimiento que proporciona una señal de realimentación cuando el movimiento del elemento excitado pasa al menos un umbral seleccionado. La señal de realimentación puede ser analizada para determinar una frecuencia estimada a la cual el motor piezoeléctrico puede mover el elemento excitado cuando una señal eléctrica sinusoidal de la frecuencia estimada es suministrada al motor piezoeléctrico. Una segunda secuencia de frecuencias puede ser seleccionada de modo que comprenda preferentemente al menos la frecuencia estimada y otra frecuencia que es diferente de la frecuencia estimada para generar una segunda señal eléctrica de acuerdo con el método de generación de la primera señal eléctrica para provocar que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado con un funcionamiento promedio que es más elevado que el funcionamiento promedio del motor piezoeléctrico antes de que la frecuencia estimada fuera determinada. Las etapas de analizar la señal de realimentación y seleccionar una segunda secuencia de frecuencias puede ser repetida tan frecuentemente como sea necesario para lograr una duración y distancia de movimiento deseadas y un funcionamiento promedio deseado. Ventajosamente, la segunda secuencia de frecuencias comprende al menos una frecuencia que es más pequeña que la frecuencia estimada y al menos una frecuencia que es más grande que la frecuencia estimada. El método también comprende ventajosamente analizar la señal de realimentación para determinar si el movimiento del elemento excitado ha sido menor que un valor predeterminado durante un periodo de tiempo predeterminado . La segunda secuencia de frecuencias puede ser modificada cuando el intervalo de tiempo predeterminado ha pasado de modo que exista al menos una diferencia entre la frecuencia más grande y más pequeña de la secuencia que es más grande que la diferencia entre la frecuencia más grande y la más pequeña de la segunda secuencia no modificada. Estas etapas de análisis de la señal de realimentación y modificación de la segunda secuencia - hasta que se determine que el movimiento del elemento excitado no es menos largo que el valor predeterminado para el periodo de tiempo predeterminado - pueden ser repetidas cuando sea necesario, preferentemente hasta que el criterio de funcionamiento deseado sea aproximado tan cercanamente como sea posible. El método anterior selecciona preferentemente la primera secuencia de frecuencias para provocar que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado en una distancia definida aún si cambian las propiedades del motor piezoeléctrico debido a causas predecibles. El método puede incluir además el suministro de la señal eléctrica un número predeterminado de veces por segundo para provocar que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado a una velocidad definida. Además, cualesquiera dos frecuencias consecutivas producen ventajosamente cada una un funcionamiento del motor piezoeléctrico que comprende al menos uno de (la velocidad del elemento excitado, el movimiento del elemento excitado, y el consumo de energía del motor) , con un funcionamiento diferente entre cada una de las dos frecuencias consecutivas, es decir no mayor que un valor predeterminado . En algunas modalidades, las frecuencias son seleccionadas para provocar que el motor piezoeléctrico produzca un sonido audible predeterminado. Esto podría tener una variedad de aplicaciones en varios tipos de juguetes y aplicaciones de entretenimiento. En una modalidad adicional, el método incluye seleccionar al menos dos frecuencias sinusoidales que son mutuamente diferentes para formar una secuencia de frecuencias para provocar que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado cuando las formas de ondas individuales que corresponden a cada frecuencia de la secuencia de las frecuencias sean concatenadas para formar una señal eléctrica que es suministrada repetidamente al motor piezoeléctrico para mover el elemento excitado. Cada una de estas formas de ondas individuales tiene una duración y amplitud finitas predeterminadas y son periódicas con un período que es el inverso de la frecuencia correspondiente. Al menos dos frecuencias sinusoidales son seleccionadas para provocar además que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado aún si cuando las propiedades del motor piezoeléctrico cambiaran dentro de un intervalo predecible. La desviación del criterio de funcionamiento deseado una cantidad predeterminada, podría ser tal cambio. En variaciones adicionales de esta modalidad adicional, al menos dos frecuencias son seleccionadas para provocar que el motor piezoeléctrico mueva al elemento excitado a una distancia definida. Además, la duración de cada una de las formas de ondas individuales puede ser seleccionada para provocar que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado con una velocidad definida. Todavía adicionalmente, al menos dos frecuencias pueden provocar cada una que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado con un funcionamiento diferente. Como con las modalidades anteriores, esta modalidad adicional puede incluir la verificación del movimiento del elemento excitado y seleccionar la secuencia de al menos dos frecuencias para incluir además un número suficiente de frecuencias que son distribuidas para provocar que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado de modo que el movimiento verificado del elemento excitado satisfaga un criterio predeterminado. Preferentemente, esta modalidad adicional del motor piezoeléctrico incluye un detector de movimiento que proporciona una señal de realimentación cuando el movimiento del elemento excitado pasa al menos un umbral seleccionado. La señal de realimentación puede ser analizada para determinar una frecuencia estimada a la cual el motor piezoeléctrico pueda mover el elemento excitado cuando una señal eléctrica sinusoidal de la frecuencia estimada sea suministrada el motor piezoeléctrico. Al menos dos frecuencias son seleccionadas preferentemente para comprender la frecuencia estimada para provocar que el motor piezoeléctrico mueva el elemento excitado con un funcionamiento promedio que es más elevado que un funcionamiento promedio del motor piezoeléctrico antes que . la frecuencia estimada fuera determinada. Preferentemente, el motor piezoeléctrico de esta modalidad adicional incluye un detector de movimiento que proporciona una señal de realimentación cuando el movimiento del elemento excitado pasa un umbral seleccionado. Nuevamente, la señal de realimentación puede ser analizada para determinar si el movimiento del elemento excitado ha sido menor que un movimiento predeterminado durante un periodo de tiempo predeterminado. La secuencia de al menos dos frecuencias puede ser modificada cuando el periodo predeterminado de tiempo ha pasado para provocar al menos una diferencia entre la frecuencia más grande y la más pequeña de la secuencia que es más grande que la diferencia entre la frecuencia más grande y más pequeña de la secuencia no modificada. Breve Descripción de las Figuras Estas asi como otras características de la presente invención llegarán a ser evidentes durante la referencia a las Figuras, en las cuales los números semejantes se refieren a partes semejantes en todos el documento, y en las cuales: la Figura 1 es una gráfica que muestra el funcionamiento del motor piezoeléctrico contra la frecuencia para ilustrar la influencia de las secuencias de frecuencias sobre el funcionamiento del motor piezoeléctrico; la Figura 2 ilustra las curvas típicas de funcionamiento obtenidas por la realimentación; la Figura 3 ilustra un método de control de la realimentación; la Figura 4 es un diagrama conceptual de bloques con un circuito de realimentación para un motor piezoeléctrico de frecuencia única que está en comunicación de excitación con un elemento excitado; la Figura 5 muestra varias señales digitales; la Figura 6 es un diagrama de bloques con motores piezoeléctricos de una sola frecuencia, múltiples, que están en comunicación de excitación con el mismo elemento excitado. Descripción Detallada de la Invención Con referencia a la Figura 4, un motor piezoeléctrico 20 está provisto y configurado para que esté en contacto de excitación con un elemento excitado 22. El motor piezoeléctrico 20 es del tipo que puede ser controlado para producir el movimiento macroscópico útil del elemento excitado 22 aplicando al motor piezoeléctrico 20 una señal eléctrica única 25 que es sinusoidal de una cierta frecuencia. El término sinusoidal como se utiliza aquí incluye las formas de ondas que están desplazadas en la fase, tales como ondas de coseno. Los intervalos de las frecuencias para las cuales un movimiento útil es producido serán referidas aquí como el intervalo de operación. El intervalo de operación típicamente es un intervalo coherente de frecuencias dentro de las cuales el movimiento macroscópico del elemento excitado 22 ocurre en la misma dirección. Para los motores piezoeléctricos del tipo descrito aquí, el movimiento del elemento excitado 22 se entiende que va a ser un movimiento macroscópico del elemento excitado 22 que es el elemento compuesto de una multitud de desplazamientos pequeños del elemento excitado 22, los desplazamientos pequeños son provocados por el motor piezoeléctrico 20 y son substancialmente en la misma dirección. La flecha en negritas sobre el elemento excitado 22 en la Figura 4 indica una posible dirección, pero la dirección opuesta también puede ser posible. El elemento excitado 22 es mostrado como una rueda, pero otros elementos excitados, tales como varillas, placas y bolas pueden ser utilizados, los cuales proporcionan posibilidades adicionales para las direcciones de los movimientos. Un motor piezoeléctrico 20 puede tener varios intervalos de desunión de la operación en los cuales el elemento excitado 22 se mueve en diferentes direcciones. El movimiento macroscópico del elemento excitado 22 que resulta de la operación del motor piezoeléctrico 20 es típicamente óptimo con respecto a algún criterio de funcionamiento a una frecuencia óptima dentro del intervalo de operación. El criterio de funcionamiento puede variar, pero típicamente incluye uno o más de la velocidad del elemento excitado 22, la fuerza que el motor piezoeléctrico 20 genera, o una combinación de los dos, pero el criterio también puede incluir el consumo de energía eléctrica. Un motor piezoeléctrico típico 20 tiene generalmente un mejor funcionamiento si el mismo movimiento del elemento excitado 22 es logrado con menos consumo de energía eléctrica. Otro criterio de funcionamiento podría aplicar. La frecuencia óptima y los límites del intervalo de operación del motor piezoeléctrico 20 se espera que difieran entre dos motores piezoeléctricos cualquiera de la misma construcción debido al diseño y las tolerancias de fabricación, variaciones del material, etc. El propio motor piezoeléctrico 20, y los materiales utilizados para fabricar el motor piezoeléctrico 20 y cualesquiera circuitos de control asociados con los mismos, también se espera que cambien durante el transcurso del tiempo debido al desgaste, calentamiento, envejecimiento, etc . El diagrama de bloques en la Figura 4 muestra además el motor piezoeléctrico 20 que comprende uno o más elementos piezoeléctricos 21, los cuales pueden ser de un tipo de una sola capa o de capas múltiples, y un elemento resonante mecánicamente 28. Además se muestran medios 24 de generación de una señal eléctrica 25 que van a ser suministrados a uno o más elementos piezoeléctricos 21, y un controlador 23 que controla los medios 24. Una amplia variedad de generadores de frecuencia, excitadores y circuitos de control son conocidos en el arte, y un gran número están disponibles comercialmente para su uso como los medios generadores de la señal 24 y el controlador 23. El controlador 23 puede o no puede ser suministrado con una señal de realimentación 27 desde un dispositivo de detección del movimiento 26 que detecta el movimiento del elemento excitado 22 y/o con una señal de realimentación 30 que es obtenida del motor piezoeléctrico 20 o los componentes eléctricos asociados. Para los métodos de control descritos aquí, el controlador 23 opera principalmente en un modo de circuito abierto, pero el controlador 23 puede usar intermitentemente las señales de realimentación 27 y/o 30 para adaptar su estrategia de control de circuito abierto. El funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 como se mide por un criterio de funcionamiento seleccionado, varia dentro del intervalo de operación. El funcionamiento típicamente se incrementa desde los límites del intervalo de operación hacia la frecuencia óptima. La forma general de una curva de funcionamiento de un motor piezoeléctrico representativo 20 en algún punto en el tiempo como una función de la frecuencia, está indicada en la Figura 1 por la curva 102. La forma de la curva de funcionamiento refleja como el funcionamiento depende de la frecuencia de excitación fi hasta f5 o cualquier frecuencia particular fn. La forma de la curva de funcionamiento también puede variar durante el transcurso del tiempo. Los métodos de control preferidos emplean secuencias predeterminadas de frecuencias diferentes de cero para excitar el motor piezoeléctrico 20. Las frecuencias de una secuencia particular son seleccionadas de un intervalo de control de las frecuencias, en donde la gama de control usualmente incluye al menos el intervalo de operación mencionado anteriormente, de modo que la secuencia comprende al menos una frecuencia del intervalo de operación. En una secuencia de frecuencias, al menos dos frecuencias son mutuamente diferentes, significando que las mismas tienen una frecuencia diferente en lugar de la misma frecuencia con diferentes duraciones de las formas de ondas asociadas, las formas de ondas son explicadas posteriormente. Por ejemplo, las frecuencias mutuamente exclusivas podrían no incluir dos o más señales secuenciales teniendo cada una la misma frecuencia pero diferentes duraciones de tiempo. Las frecuencias mutuamente exclusivas podrían incluir dos señales secuenciales que tienen cada una, una frecuencia que fue diferente de la otra solamente en algunos hertz pero fueron de la misma duración, o aún de diferentes duraciones. Para generar una señal eléctrica 25 para el control del motor piezoeléctrico 20 utilizando los medios de control 23 de tal secuencia de frecuencias, primero una forma de onda es creada para cada frecuencia de la secuencia, cada forma; de onda teniendo una duración y amplitud finitas predeterminadas, y cada forma de onda adicional es periódica con un período que es el inverso de la frecuencia correspondiente. La duración finita predeterminada se entiende que va a ser al menos tan larga como un período de la forma de onda correspondiente. Las formas de ondas son enlazadas entonces conjuntamente en la secuencia (concatenadas) para componer la señal eléctrica 25 utilizando los medios electrónicos 24 apropiados. Por ejemplo, si {flr f2, tí) es una secuencia predeterminada de frecuencias, entonces {wlf w2, w3} constituye la señal eléctrica en donde Wi, w2 y w3 son las formas de ondas periódicas con periodos 1/fi, l/f2/ 1/Í3, cada forma de onda teniendo una duración de Ti, T2, T3 y una amplitud Ai, A2, A3, respectivamente. Las formas de ondas periódicas útiles son las formas de onda sinusoidal (armónica) , triangular (de dientes de sierra) , rectangular (digital) . Esta lista no es exhaustiva . Las formas de ondas pueden ser generadas cambiando la fase de otra forma de onda. Por ejemplo, un coseno es un seno con un desplazamiento de fase de 90 grados. Una secuencia, o, equivalentemente, la señal eléctrica correspondiente 25, puede ser repetida tan frecuentemente como sea necesario. Un ejemplo adicional de una secuencia que puede ser utilizada en el método propuesto es el barrido de frecuencia periódica. En tal barrido, la secuencia consiste de frecuencias que son monótonamente crecientes, o decrecientes, entre los dos limites del intervalo de control. Las secuencias son predeterminadas preferentemente o al azar pero dentro de una distribución predeterminada. Las secuencias apropiadas incluyen barridos repetidos periódicamente desde frecuencias bajas hasta elevadas (barridos ascendentes) o frecuencias desde elevadas hasta bajas (barridos descendentes), o barridos oscilantes (un barrido ascendente seguido por un barrido descendente, y etcétera) . Cuando la señal eléctrica 25 es suministrada al motor piezoeléctrico 20, el funcionamiento del motor piezoeléctrico promedio 20, es decir, la velocidad promedio o la fuerza de excitación que se está generando en el elemento excitado 22, por ejemplo, una combinación de las dos, o el consumo de energía eléctrica, pueden ser regulados eligiendo apropiadamente la distribución de la frecuencia de la secuencia correspondiente, por ejemplo, seleccionando una frecuencia de inicio y finalización para un barrido. La velocidad a la cual una secuencia es ejecutada depende de las duraciones de las formas de ondas de la señal eléctrica 25 correspondiente. La velocidad a la cual una secuencia puede ser ejecutada también puede ser utilizada para ajustar adicionalmente el funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 y la influencia de la generación del ruido acústico. El ruido acústico en la forma de un sonido de clic o semejante puede ocurrir, por ejemplo, cuando la secuencia de frecuencias correspondientes a la señal eléctrica 25 suministrada al motor piezoeléctrico 20 comprende dos frecuencias gi y g2, g2 ya sea inmediatamente a continuación de gi en la secuencia o el que lo precede inmediatamente, estando cercano a la frecuencia óptima y g2 estando en el intervalo no operativo. Una frecuencia ga sigue a g2 si gi está al inicio de la secuencia y g2 está al final de la secuencia y viceversa. Dependiendo de que tan frecuentemente ocurre la transición desde gi hasta g2, o viceversa, por segundo, es decir, dependiendo de la frecuencia de las transiciones, se puede generar un ruido acústico diferente. Una frecuencia de transiciones en el orden de 2 kHz se cree que crea un nivel de ruido que es percibido como particularmente desagradable para el oído humano comparado con otras frecuencias dado al mismo volumen de sonido. Incrementando o reduciendo la frecuencia de las transiciones, es decir, incrementando o reduciendo las duraciones de las formas de ondas que tienen las frecuencias gi y g2, el ruido no es eliminado sino que puede ser desplazado en la frecuencia con respecto a un intervalo que es menos alterante para el oído humano, para el oído de los animales, o posiblemente para el equipo sensible al sonido. Alternativamente, esta clase de generación de ruido puede ser minimizada o eliminada evitando o limitando las transiciones por completo. Esto puede ser logrado requiriendo que cualesquiera dos frecuencias consecutivas de una secuencia produzcan un funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 con una diferencia o cambio de funcionamiento que no es mayor que un valor predeterminado como se mide por el criterio de funcionamiento seleccionado cuando una señal eléctrica 25 que es sinusoidal de cualquiera de estas frecuencias es suministrada al motor piezoeléctrico 20. Es posible seleccionar adicionalmente secuencias de frecuencias para, controlar un motor piezoeléctrico 20 para generar a propósito un sonido audible desde el motor piezoeléctrico 20. Además, y como un ejemplo adicional, las interrupciones periódicas de la señal excitadora 25 en tiempos apropiados pueden generar ruido audible si la frecuencia de la interrupción radica en el intervalo audible de las criaturas vivientes, incluyendo los seres humanos, animales, peces, reptiles o insectos. El intervalo audible está típicamente entre aproximadamente 20 Hz hasta aproximadamente 18,000 Hz para los seres humanos, pero variará con la edad. Esta generación intencional de ruido de excitación puede ser utilizada para simular los sonidos de motores en juguetes, o para generar otros ruidos que tienen aplicación para juguetes u otros usos. La velocidad y ruido del motor piezoeléctrico 20 pueden ser controlados adicionalmente modulando la amplitud o la forma de onda de la señal de excitación 25. Se pueden utilizar los métodos solos o en combinación. Se han provisto así medios para utilizar un motor piezoeléctrico 20 para generar un movimiento útil y/o señales audibles que tienen utilidad en aplicaciones específicas tales como juguetes u otras áreas en donde son utilizadas señales audibles. La duración de una forma de onda a partir de una secuencia correspondiente de frecuencias es un factor de diseño muy útil. Por ejemplo, si una secuencia oscila repetidamente entre una primera frecuencia casi óptima y una segunda secuencia que radica fuera del intervalo de operación, entonces el movimiento resultante del elemento excitado 22 es principalmente un movimiento de detención y avance. Esta movimiento de detención y avance es claramente apreciable si las duraciones de las formas de ondas correspondientes a la secuencia son muy largas, por ejemplo, de varios segundos. Sin embargo, el movimiento de detención y avance también puede estar presente si las duraciones son extremadamente cortas, por ejemplo, solamente algunos minutos del inverso de la primera o segunda frecuencias. Esto se debe a la capacidad de respuesta extrema de los motores piezoeléctricos . En otras palabras, los motores piezoeléctricos tienen periodos transitorios extremadamente breves. Si el movimiento de detención y avance es más rápido que lo que el ojo humano puede percibir, por ejemplo aproximadamente más rápido que aproximadamente los ciclos de detención y avance de 25 Hz por segundo, el movimiento resultante del elemento excitado 22 parece suave para el ojo humano sin ayuda. Dependiendo del número de ciclos de detención y avance por segundo, el movimiento resultante también puede parecer suave al tacto humano, o suave con respecto a otras mediciones. En este sentido, el término "suave" refleja una calidad de movimiento promedio del elemento excitado 22.
Cuando . se utilice aquí, incrementar o reducir uniformemente las duraciones de las formas de ondas para una secuencia de frecuencias será referido aquí como la ejecución de la secuencia más rápida o más lenta. Se proporciona asi un efecto promediado en el cual el movimiento macroscópico del elemento excitado 22 parece suave con un funcionamiento promedio que es menor que el funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 a la frecuencia óptima si una secuencia de frecuencias es ejecutada suficientemente rápido y si la misma contiene suficientemente muchas frecuencias dentro del intervalo de operación. Un movimiento del elemento excitado 22 provocado por el motor piezoeléctrico 20 es considerado suave si las fluctuaciones de funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 durante la ejecución de una secuencia de frecuencias no pueden ser percibidas por los medios y criterios de observación o verificación del elemento excitado 22 como se describe para una aplicación particular. En otras palabras, un movimiento del elemento excitado 22 es considerado suave si los medios y los criterios de verificación no pueden decir que realmente estén ocurriendo fluctuaciones en el funcionamiento del motor piezoeléctrico 20. Por ejemplo, en un juguete puede ser que ocurran fluctuaciones suficientes del funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 a una velocidad que es más rápida que aproximadamente 25 Hz para que el movimiento del elemento excitado 22 sea percibido como suave si la verificación es efectuada por un observador humano promedio. Otras velocidades pueden aplicar si el movimiento se supone que parece suave a un observador no humano, tal como un animal que es una mascota. De manera semejante el movimiento suave podría ser identificado por un sonido suave y continuo producido por la operación del motor piezoeléctrico 20 como es percibido por el oído humano, el cual puede diferir de aquel que percibe un perro o gato. Todavía en otras aplicaciones, el criterio de suavidad puede estar basado en el criterio de funcionamiento verificado por los instrumentos. Así, la suavidad del movimiento del elemento excitado 22 también podría ser verificada por los instrumentos eléctricos tales como los sensores ópticos, detectores de movimiento, u otros instrumentos que detectan algunos parámetros que resultan del movimiento del elemento piezoeléctrico 20 o del elemento excitado 22. Por ejemplo, en algunas aplicaciones se puede requerir que el movimiento del elemento excitado 22 sea percibido como suave, es decir, libre de fluctuaciones, cuando los medios de observación del movimiento del elemento excitado 22 es el tacto humano o no humano. Un movimiento también puede ser determinado como suave o suficientemente suave por medios indirectos. Por ejemplo, el elemento excitado puede estar conectado por sí mismo a otros elementos o soportes que pueden ser verificados para vibraciones .o semejantes para determinar una suavidad de movimiento. Una secuencia de frecuencias se considera asi que es ejecutada suficientemente rápido y que contiene suficientemente muchas frecuencias dentro del intervalo de operación si el movimiento 22 del elemento excitado resultante es percibido como suave por los medios de verificación y los criterios de observación del elemento excitado 22 como se describe por la aplicación particular. El intervalo de control de las frecuencias usualmente es seleccionado para incluir una frecuencia a la cual el motor piezoeléctrico 20 produce un movimiento de respuesta o una señal con una característica deseada tal como la amplitud, frecuencia, o fase. Si el intervalo de control de las frecuencias es seleccionado suficientemente grande, el mismo siempre debe contener el intervalo de operación aún si el intervalo de operación se desplaza debido a variaciones predecibles y no predecibles en la operación del motor piezoeléctrico 20 atribuibles a tolerancias de fabricación y producción y además atribuibles a cambios de funcionamiento y degradación del motor piezoeléctrico 20 y los componentes electrónicos asociados. Además, el intervalo de operación también debe estar contenido en el intervalo de control aún si el circuito electrónico 24 que genera la señal eléctrica 25 y la suministra al motor piezoeléctrico 20 es inexacta a causa de los cambios atribuibles a las tolerancias de.
fabricación y de . producción y además atribuibles a cambios de funcionamiento y la degradación de los componentes electrónicos asociados. Por lo tanto, si una secuencia de frecuencias es seleccionada de modo que las frecuencias de la secuencia sean suficientemente densas dentro del intervalo de control, entonces el efecto promediado mencionado anteriormente puede producir un funcionamiento del motor piezoeléctrico que varia típicamente en menos del 30%, preferentemente en menos del 20%, aún más preferentemente en menos del 10% y mejor aún en menos del 5% cuando las propiedades del motor piezoeléctrico 20 cambian dentro de un intervalo predecible. Concurrentemente, también puede ser ventajoso desear una variación del funcionamiento que es mayor que 5%, 10%, 20%, o aún 30%. Un funcionamiento relativamente constante puede ser logrado así sin la necesidad del control de realimentación. El término "suficientemente denso" como se utiliza aquí es ilustrado esquemáticamente con referencia a la Figura 1, la cual muestra las gráficas del funcionamiento contra la frecuencia. El funcionamiento máximo que se puede lograr sobre el eje vertical es etiquetado como 1, 1 siendo igual al 100%. En la Figura 1, la curva 101 ilustra un funcionamiento idealizado del motor piezoeléctrico 20 cuando cambia la frecuencia de excitación. La curva 101 sirve como una curva de referencia para seleccionar una secuencia apropiada de frecuencias y . típicamente es medida bajo condiciones estandarizadas para un grupo representativo de uno o más motores piezoeléctricos que son representativos de un grupo completo de motores piezoeléctricos del mismo diseño y fabricación. Dicho grupo entero, por ejemplo, puede comprender un día del volumen de producción de una instalación de fabricación que produce los motores piezoeléctricos 202. La curva 101 puede ser calculada como el promedio de todas las curvas de funcionamiento del grupo representativo de los motores piezoeléctrico, o puede ser calculada como el funcionamiento mínimo que cada motor piezoeléctrico del grupo representativo es capaz de suministrar bajo las condiciones estandarizadas. Otros métodos de cálculo para la curva 101 también pueden ser útiles. La curva 102 ilustra la curva de funcionamiento del motor piezoeléctrico de un motor piezoeléctrico 20 particular del grupo completo de motores piezoeléctricos en un tiempo dado. La curva 102 usualmente no es medida o conocida explícitamente. Debido a las fluctuaciones de los parámetros del motor piezoeléctrico siempre presentes, las curvas 101 y 102 usualmente no coinciden. Además, la curva 102 varía con el tiempo. La frecuencia óptima de la curva 101 está marcada por una línea vertical 103 que es fija. La frecuencia óptima de la curva 102 está etiquetada con f0 y está marcada por una línea vertical 104, ambas de las cuales se mueven con la curva 102 cuando" la curva 102 varía con el tiempo. Para propósitos ilustrativos, una primera secuencia de frecuencias {flf f2, 3, £*> fs} que comprende cinco frecuencias espaciadas igualmente, es seleccionada. La frecuencia es repetida tan frecuentemente como sea necesario para lograr una duración total deseada de la operación del motor piezoelectrico 20. En este ejemplo, cada frecuencia de la primera secuencia de frecuencias es ejecutada con una duración igual. El funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 total, promediado sobre la duración total de la operación del motor piezoeléctrico 20 para la primera secuencia de frecuencias es aproximadamente de un quinto de la suma de los valores de la curva 102 en las cinco frecuencias de la secuencia. El funcionamiento total del motor piezoeléctrico 20 varía con la curva 102, es decir con la localización de la curva 104 o, equivalentemente, con la frecuencia f0. La variación del funcionamiento del motor piezoeléctrico total 20 como una función de la frecuencia f0 es graficada por la curva 106. Como es mostrado, el funcionamiento alcanza un valor máximo de aproximadamente 0.3, esta valor es menor que el valor máximo de 1.0 de la curva 102. La curva 106 fluctúa entre 0.2 y 0.3. En otras palabras, si el motor piezoeléctrico 20 cambia sus propiedades debido a la temperatura, etc. , y la curva 102 en consecuencia se mueve entre las frecuencias fi y f3 hasta una posición desconocida, entonces la ejecución de la secuencia de frecuencias {fi, f2, f3, f , f5} asegura que el funcionamiento total del motor piezoeléctrico 20 permanezca dentro del intervalo de 0.25+/-0.05, es decir, que el mismo permanece 0.05/0.25 = 20 % constante. Con el propósito de comparar los funcionamientos totales del motor piezoeléctrico 20, el mismo procedimiento es repetido ahora para una segunda secuencia ejemplar de frecuencias, {fi, f2, Í3 fs £ , £i, fe, fg} que comprende nueve frecuencias espaciadas igualmente. El funcionamiento total del motor piezoeléctrico 20 promediado sobre la duración total de la operación del motor piezoeléctrico 20 para la segunda secuencia de frecuencias es aproximadamente de un noveno de la suma de los valores de la curva 102 en las nueve frecuencias de la secuencia. La variación del funcionamiento total del motor piezoeléctrico 20 como una función de la frecuencia f0 es mostrada por la curva 105. La variación de la curva 105 es aproximadamente 0.29+/0.01, es decir, la curva es constante dentro de 0.01/0.29=3.5%. Las curvas 105 y 106 tienen el mismo máximo, pero la curva 105 tiene un intervalo más pequeño de variación y un promedio más elevado. La segunda secuencia de frecuencias, la cual es más densa que la primera secuencia de frecuencias porque tiene más frecuencias dentro del mismo ancho de la banda, el ancho de la banda tanto de la primera como la segunda secuencias de las frecuencias que es la diferencia (fs_fi) es más robusto por lo tanto con respecto a las variaciones de los parámetros del motor piezoeléctrico 20 y los componentes asociados. Por ejemplo, la segunda secuencia de frecuencias podría ser considerada suficientemente densa si un funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 se requirió que permanezca mejor que, digamos, 10% de la constante y que esté arriba, digamos, de 0.25. Barriendo las frecuencias dentro del intervalo de operación, se proporciona una señal de excitación 25 al motor piezoeléctrico 20 que preferentemente siempre abarca el funcionamiento óptimo del motor piezoeléctrico 20. Aunque una porción de las frecuencias es menor que la óptima, el intervalo de las frecuencias de operación está ventajosamente lo suficientemente cercano a la frecuencia que corresponde- al funcionamiento óptimo del motor 20 de modo que el funcionamiento total del motor piezoeléctrico 20 sea probablemente mayor que si ninguna frecuencia de barrido fuera provista. Esto ocurre a causa de que el funcionamiento de un motor piezoeléctrico es típicamente muy elevado para un intervalo de frecuencias sobre cualquier lado de la frecuencia óptima, y barriendo estas frecuencias se logra un funcionamiento promediado que probablemente va a ser más elevado que el que ocurrirá si una frecuencia de excitación fija única es seleccionada y provista sin el conocimiento previo de la curva 102. Este funcionamiento incrementado por el barrido de un intervalo de control de las frecuencias también permite el funcionamiento elevado continuo cuando el motor piezoeléctrico 20 se calienta, envejece, o padece de otra manera un cambio que provoca que la frecuencia óptima cambie. Se proporciona por consiguiente un método de control de circuito abierto que puede producir un funcionamiento en estado permanente del motor piezoeléctrico 20 independientemente de las fluctuaciones de parámetros de un motor piezoeléctrico 20. El uso de las secuencias de las frecuencias para excitar el motor piezoeléctrico 20 puede proporcionar un número de otras ventajas y usos. El orden de las frecuencias en una secuencia puede ser rearreglado para satisfacer otras condiciones. Por ejemplo, la secuencia mencionada anteriormente {fi... f9} puede ser entendida como la composición de dos barridos ascendentes. La misma secuencia escrita como {fi, 1 , fu fi r f^ r fe ta £st f¾} es un barrido ascendente suave que tiene etapas de frecuencias ventajosamente pequeñas pero un salto de frecuencia grande desde f5 hasta fi entre las repeticiones. La misma secuencia escrita como {fi, f2, £3, fs, f^ fs, f7, fe} es una composición suave total de un barrido ascendente con un barrido descendente, el cual puede ser ventajoso en aplicaciones en donde los saltos de frecuencia pueden conducir a ruidos audibles indeseables. En este contexto, se debe señalar que una secuencia monótona con muchas frecuencias espaciadas estrechamente permite que el motor piezoeléctrico 20 rastree estrechamente la curva 102 aún cuando sea desplazada. Cada uno de tales barridos provoca que el motor piezoeléctrico 20 ejecute una etapa bien definida del elemento excitado 22 el cual está relacionado con el área bajo las curvas 101 ó 102. Si el barrido puede ser ejecutado repetidamente y lo suficientemente rápido, las etapas individuales se combinan conjuntamente en lo que parece que va a ser un movimiento suave del elemento excitado 22 en el sentido de que los medios de verificación y los criterios descritos por una aplicación no se puede decir que el movimiento esté realmente compuesto de muchas etapas distintas e individuales. La velocidad de dicho movimiento suave está dada por el producto del tamaño de la etapa y el número de repeticiones por segundo. Como se describió anteriormente, los criterios para la determinación de lo que constituye el movimiento "suave" variarán con la aplicación particular, y las frecuencias son ejecutadas repetidamente de manera suficientemente rápida para lograr la suavidad de movimiento requerida. Se proporciona así un método de control de circuito abierto que produce tamaños de etapa definidos del elemento excitado 22 a una velocidad permanente independientemente de las fluctuaciones de los parámetros de un motor piezoeléctrico 20. Además de ejecutar un barrido o cualquier otra secuencia, el motor piezoeléctrico 20 puede ser desacelerado adicionalmente encendiéndolo y apagándolo, de manera periódica o no periódica, por ejemplo, interrumpiendo la señal excitadora eléctrica 25 al motor piezoeléctrico 20 en tiempos predeterminados durante periodos de tiempo predeterminados. Para un barrido, un momento preferible para interrumpir la señal eléctrica 25 es cuando el barrido ha alcanzado su final y antes de que vuelva a empezar. Si las frecuencias primera y final de un barrido ambas radican fuera del intervalo de operación, el motor piezoeléctrico 20 se ha detenido de cualquier manera en este tiempo. La interrupción de la señal por lo tanto no debe producir un sonido audible-. La ejecución de la secuencia de frecuencias tampoco puede ser interrumpida si, por ejemplo, el elemento excitado ha alcanzado un destino predeterminado, o si la secuencia común de las frecuencias no proporciona el funcionamiento deseado del motor piezoeléctrico 20. En este último caso, una secuencia de frecuencias puede ser modificada o puede ser reemplazada por una secuencia más apropiada de frecuencias utilizando un método de realimentación como se describe posteriormente . La velocidad de cambio de un barrido de la frecuencia, la velocidad de cambio dada por las duraciones de las formas de ondas asociadas, no necesita ser constante. Realmente, si es posible, es ventajoso hacer un barrido lento en donde se sepa o se estime que el motor piezoeléctrico 20 va a sufrir una transición desde no operativa hasta operativa para reducir o eliminar el ruido audible, el cual es generado típicamente cuando el motor piezoeléctrico 20 es puesto repentinamente en operación, o repentinamente detiene su operación. Asi, es preferible hacer lenta la velocidad de barrido, o incrementar la duración de la forma de onda asociada, de modo que la transición del motor piezoeléctrico 20 desde un modo operativo a no operativo ya sea no produzca un sonido audible o produzca un sonido audible predeterminado. Esta variación en la velocidad de barrido o la variación en la duración de la forma de onda asociada también puede ser utilizada para satisfacer otros criterios en el punto de transición deseado. Un ejemplo podría ser producir un sonido en un volumen o amplitud predeterminada, o generar una señal predeterminada que puede variar con el uso al cual el motor 20 es destinado. Una secuencia de frecuencias discretas es adecuada para los medios de la generación de la señal 23 que son digitales en donde las formas de ondas de la señal son rectangulares, o digitales, como lo opuesto a las que son sinusoidales. La generación 23 de la señal digital puede ser lograda , por ejemplo , con un microcontrolador programado apropiadamente , o con una unidad de modulación del ancho del impulso ( PWM, por sus siglas en Inglés) , la cual está comprendida frecuentemente en un microcontrolador. Los generadores de la señal digital están limitados por el hecho de que la resolución en el tiempo de la señal generada es el producto de una constante de tiempo específica para el generador de la señal y un número entero. Las señales estrictamente periódicas son sólo posibles por lo tanto en ciertas frecuencias discretas. Esta propiedad de generación de la señal digital es explicada con referencia a la Figura 5 . En esta Figura , la resolución en el tiempo de un generador 23 de la señal digital está dada por una constante ?? . Una primera señal estrictamente periódica es una que, por ejemplo, repetidamente es elevada para un período de 4?? y reducida para un período igual que en la señal digital 80. La frecuencia base de la señal digital 80 es así 1/ (8??) . Una segunda señal estrictamente periódica con la frecuencia base 1/ (10??) es la señal digital 81, la cual tiene periodos elevados y reducidos de 5??. Una tercera señal estrictamente periódica con la frecuencia base 1/ (9??) es la señal digital 82, la cual tiene períodos reducidos de 5?? y períodos elevados de 4??. La frecuencia base de una señal estrictamente periódica es así 1/ (???) , en donde N es un número entero positivo . Este es un factor l imitante en la selección de las secuencias de frecuencias y puede además ser un factor limitante en el logro de un funcionamiento constante del motor piezoeléctrico 20 como puede ser entendido de la descripción previa de la Figura 1 y de las diferencias en el funcionamiento provocadas por las secuencias descritas previamente {fx... f9} y {fi. .. f5} . En otras palabras, si la resolución de la frecuencia del generador de la señal digital es pobre con respecto al ancho del intervalo de operación, el funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 resultante puede ser menos robusto con respecto a los cambios de los parámetros del motor piezoeléctrico 20 tales como la temperatura, etc. La conmutación rápida entre las frecuencias adyacentes, por ejemplo entre 1/ (???) y 1/((?+1)??), proporciona un método para operar un motor piezoeléctrico 20 a frecuencias que un generador de la señal digital no puede generar fácilmente en una forma pura. En este método, una secuencia de frecuencias {F2, F2, Fx, F2 .·.} está compuesta de dos frecuencias adyacentes Fi y F2 en pares repetidos de modo que el generador de la señal digital pueda generarla fácilmente en una forma pura. Se describió previamente que si cada uno de Fi y F2 es ejecutado durante una duración relativamente prolongada, entonces el funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 oscila entre los funcionamientos correspondientes a las frecuencias Fx y F2. Sin embargo, si la conmutación ocurre rápido, es decir, si la duración para la cual cada uno de Fx y F2 es ejecutada es más pequeña que el tiempo de declinación para que el motor piezoeléctrico 20 tenga una oscilación transitoria, entonces al funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 no se le da tiempo para asentarse en ningún funcionamiento, sino que en lugar de esto el motor piezoeléctrico 20 puede ser observado como el que está representado con una señal 25 que tiene un contenido de frecuencia principal F3 que radica entre Fi y F2- La localización exacta de F3 depende de la proporción de las duraciones para las cuales Fi y F2 son excitadas individualmente y puede ser determinada con una herramienta matemática estándar conocida como el análisis de Fourier. Por ejemplo, si cada uno de Fx y F2 es excitado durante la misma duración, que representa una proporción de duración de 1:1, entonces F3 radica en la parte media entre Fx y F2. En un principio, cualesquiera otras frecuencias F3 pueden ser aproximadas de manera suficientemente cercana utilizando otras proporciones de duración. Realmente sin embargo, las proporciones de duración están limitadas por la duración de las oscilaciones transitorias del motor piezoeléctrico 20 y la resolución en el tiempo del generador 23 de la señal digital. El motor piezoeléctrico 20 generalmente es muy sensible y puede tener oscilaciones transitorias que ' son tan breves como cuatro o cinco periodos de vibración. Por ejemplo, si las oscilaciones temporales del motor piezoeléctrico mecánico 20 ocurren dentro de los 4 períodos de oscilación, entonces la duración para la cual cada uno de Fi y F2 es aplicada debe ser menor que o igual que estos 4 períodos de oscilación. Si las duraciones son seleccionadas para que sean múltiplos de números enteros convenientes de los períodos de vibración, entonces las proporciones de duración en este ejemplo son aproximadamente 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 2:1, 2:3, 3:1, 3:2, 3:4, 4:1, y 4:3, ocasionando que un número igual de frecuencias F3 radique entre Fi y F2. Dichas proporciones de duración son aproximadas en el sentido de que en una aplicación preferida del método, la duración para la cual una frecuencia es aplicada, es ventajosamente un múltiplo de un número entero del período de aquella frecuencia. En particular, cuatro períodos de dos frecuencias adyacentes tienen casi, pero no exactamente, la misma duración. Es ventajoso utilizar los múltiplos de números enteros de los períodos de vibración para evitar saltos repentinos de la señal 25 y que conduzcan posiblemente a ruidos desagradables del motor piezoeléctrico 20, pero las duraciones no necesitan ser múltiplos de números enteros. También puede ser conveniente utilizar duraciones que son múltiplos de números enteros de una mitad de un período. Se proporcionan así medios para lograr una operación utilizable de un motor piezoeléctrico 20, aún si la frecuencia operativa óptima de este motor piezoeléctrico 20 ha cambiado, utilizando los medios de generación 23 de la señal digital para proporcionar una secuencia de frecuencias al motor piezoeléctrico 20 en intervalos predeterminados dentro de un intervalo de frecuencia suficiente para provocar que el motor piezoeléctrico 20 opere menos que óptimamente pero confiablemente. La secuencia de frecuencias puede contener sub-secuencias de frecuencias que el generador 23 de la señal digital puede generar en una forma pura, pero que son cada una de una duración que es más corta que la duración típica de una oscilación transitoria del motor piezoeléctrico 20, para el propósito de operar el motor piezoeléctrico 20 a las frecuencias que el generador 23 de la señal digital no puede generar en una forma pura. Los métodos de control propuestos pueden ser aumentados y mejorados por un mecanismo de realimentación apropiado por el cual cualquier operación (óptima o no) del motor 20 sea detectada. Se pueden utilizar varios métodos diferentes. El hecho de que el motor piezoeléctrico 20 esté operando, es decir, que esté moviendo adecuadamente un elemento excitado 22, puede ser derivado en algunos casos de una respuesta eléctrica 30 del motor piezoeléctrico 20, por ejemplo, de un desplazamiento de fase entre el voltaje y la corriente, o de un incremento/reducción en el consumo de corriente, o de un incremento/reducción del voltaje en el elemento piezoeléctrico. Las fuentes adicionales de información de .realimentación 27 son un sensor único o combinaciones de sensores 26 que detectan el movimiento del elemento excitado directamente, tales como los sensores de Hall o las barreras luminosas, o también sensores de fuerza. Un sensor de Hall o una barrera luminosa pueden ser utilizados para proporcionar impulsos cada vez que el elemento excitado se ha movido una distancia definida y/o pasado los umbrales seleccionados. La distancia puede ser medida como la longitud para un elemento excitado que se mueve linealmente, o como el ángulo para hacer girar los elementos excitados tales como ruedas . Contar el número de impulsos durante el periodo de tiempo predeterminado puede proporcionar una medición de la velocidad del elemento excitado 22. En otro ejemplo, un motor piezoeléctrico 20 comprende un resonador 28 eléctricamente conductor que está en contacto de excitación con un elemento excitado 22 eléctricamente conductor. La medición de la resistencia eléctrica entre el resonador 28 y el elemento excitado 22 puede proporcionar la realimentación 30 deseada en un motor piezoeléctrico 20 en donde el resonador se eleva intermitentemente de manera parcial o completa desde el elemento excitado 22 durante la operación del motor piezoeléctrico 20. La señal de realimentación eléctrica 30 en estos casos puede ser discreta debido a la elevación completa o análoga debido, a la elevación parcial y/o el cambio en la presión de contacto. En una modalidad preferida de la invención, uno del resonador 28 o el elemento excitado 22 se hace de un material semi-conductor, tal como las partículas o fibras de carbón que contienen plástico. En esta modalidad, una señal analógica que representa la resistencia eléctrica puede ser utilizada para proporcionar la realimentación 30 en cuanto a las frecuencias a las cuales el motor piezoeléctrico 20 opera y a las cuales la frecuencia del motor piezoeléctrico 20 opera en un sentido óptimo. Para un motor piezoeléctrico 20 particular, analizar la señal de realimentación 30 y/o 27 a partir de un sensor único o de combinaciones de sensores 26 a una frecuencia de excitación, y derivar un criterio de funcionamiento numérico que describe el funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 tal como la velocidad o la fuerza a esta frecuencia utilizando los dispositivos electrónicos y los algoritmos apropiados en un controlador 23, constituye un método de realimentación. Si una señal eléctrica 25 que comprende un barrido de frecuencia continua, lento, único, es suministrada al motor piezoeléctrico 20, entonces el criterio de funcionamiento traza una curva de funcionamiento como una función de la frecuencia de excitación momentánea. Las curvas típicas que pueden ser obtenidas son ilustradas en la Figura 2. La curva 51 es representativa de un método de realimentación que proporciona información continua acerca del funcionamiento del motor piezoeléctrico . La curva 52 es representativa de un método de realimentación que tiene un umbral de movimiento mínimo y/o es histerético y proporciona así información discontinua acerca del funcionamiento del motor piezoeléctrico 20. La curva 53 es representativa de un método de realimentación que proporciona solamente información acerca de la presencia de un movimiento con al menos un funcionamiento mínimo del motor piezoeléctrico 20. Si una curva de funcionamiento del tipo de la curva 51 ó 52 es medida, una frecuencia óptima de operación puede ser determinada en el máximo de la curva de funcionamiento. Si una curva de funcionamiento del tipo de la curva 53 es medida, una frecuencia óptima de operación solamente puede ser estimada, por ejemplo en el centro horizontal de la porción de forma rectangular de la curva 53. Las curvas de funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 pueden ser diferentes para barridos continuos desde las frecuencias bajas hasta las frecuencias elevadas y viceversa. Las curvas tales como las curvas 51-53 pueden proporcionar, en parte, una manera o el medio para determinar una curva de funcionamiento 102. Una curva 102 puede ser seleccionada para que coincida con una de las curvas 51-53, o una información adicional, por ejemplo de una señal de realimentación 30, puede ser incorporada para calcular una curva 102. Como se describió previamente, una curva de funcionamiento idealizada 101 puede ser derivada de las curvas 102 que han sido obtenidas bajo condiciones estandarizadas para muchos motores piezoeléctricos 20. Las aproximaciones a las curvas tales como las curvas 51-53 son obtenidas utilizando las secuencias de las frecuencias para generar la señal eléctrica 25 suministrada al motor piezoeléctrico 20 en lugar del barrido de frecuencia continua. Por ejemplo, una curva tal como la curva ejemplar 54 puede ser obtenida utilizando una secuencia de frecuencias {f6, f7, fe, fü} analizando la señal de realimentación 27 en cada una de estas frecuencias, y graficando los funcionamientos resultantes del motor piezoeléctrico 20 como puntos conectados, por ejemplo, lineas rectas. Cuando se opera un motor piezoeléctrico 20 con una secuencia de frecuencias para provocar que el motor piezoeléctrico 20 mueva un elemento excitado, entonces el método de realimentación proporciona información acerca del funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 mientras que cada frecuencia de la secuencia es ejecutada. Como se mencionó previamente, el motor piezoeléctrico 20 es extremadamente sensible (como lo opuesto, digamos, a los motores electromagnéticos de CC con inercia elevada) . La información que es obtenida con un método de realimentación rastrea por lo tanto la sincronización de la ejecución de la secuencia de frecuencias con un retardo de solamente algunos periodos de vibración, siempre que el retardo en el circuito de realimentación sea suficientemente pequeño. Se proporciona asi un método para ejecutar una secuencia de frecuencias que cubren al menos un intervalo de operación de un motor piezoeléctrico 20 para mover un elemento excitado, y para usar simultáneamente un método de realimentación para identificar el comportamiento del motor piezoeléctrico 20, el cual cambia durante el transcurso del tiempo, y para repetir una secuencia apropiada venta osamente dentro del transcurso de menos de aproximadamente 1/20 de un segundo para hacer que el movimiento resultante del elemento excitado parezca suficientemente suave al ojo humano, o para repetir la secuencia más rápido si un movimiento más suave del elemento excitado 22 es requerido, o para repetir la secuencia más lento si un funcionamiento apropiado y una suavidad de movimiento pueden ser logrados asi . La información de realimentación 27 y/o 30 puede ser utilizada además para modificar la secuencia de las frecuencias para rastrear más estrechamente el cambio del intervalo de operación del motor piezoeléctrico 20. El método de realimentación puede ser utilizado para adaptar intermitentemente una secuencia de frecuencias para provocar que el motor piezoeléctrico 20 mueva el elemento excitado 22 con un funcionamiento mejorado aún si las propiedades del motor piezoeléctrico 20 han cambiado debido a la temperatura, enve ecimiento, u otras razones. El procedimiento es ilustrado con referencia a los ejemplos en la Figura 3. La Figura 3 muestra una curva de funcionamiento hipotética 102 que un motor piezoeléctrico 20 puede tener en un punto particular en el tiempo. En un primer ejemplo de adaptación intermitentemente de una secuencia de frecuencias, una primera secuencia de frecuencias {fi, f2, Í3, ftr fs} ocasiona las formas de ondas Wi - w5, las cuales son suministradas repetidamente al motor piezoeléctrico 20 en la secuencia mostrada. Durante la ejecución de la primera secuencia de frecuencias, un método de realimentación puede proporcionar una lectura de funcionamiento como una función del tiempo tal como la curva ejemplar 61a. De la curva 61a, la curva 102 puede ser estimada graficando los valores medidos como vértices sobre la frecuencia de excitación común y conectar los vértices con lineas rectas, tal como se hizo en la curva 55a. Nótese que los vértices de la curva 55a u otras de tales curvas que estiman una curva 102 no necesariamente radican sobre la curva hipotética 102 debido, en parte, a errores de medición, etc. De la curva 55a, se puede estimar que la frecuencia fi está lejos del intervalo de operación, y que la curva 102 tiene un máximo que está localizado probablemente en la proximidad de f8. Aunque estos ejemplos se refieren a la graficación y muestran varias imágenes gráficas, la generación de estas gráficas está basada matemáticamente y asi el análisis puede ser ejecutado por completo por el software apropiado utilizando una computadora o circuitos integrados apropiados u otros sistemas electrónicos. Esto aplica a lo anterior, y siguiendo las gráficas las cuales son utilizadas para ilustrar los principios del control del motor descrito. Se puede hacer uso de esta información para determinar, por ejemplo, una segunda secuencia de frecuencias {f2, f-ii fe ¿4/ 15} la cual cuando es ejecutada podría ocasionar una lectura de f ncionamiento como una función del tiempo semejante a la curva 61b, y en el proceso hasta un estimado de la curva 102 en la forma de la curva 55b. Claramente, la segunda secuencia de frecuencias provoca que el motor piezoeléctrico 20 mueva el elemento excitado 22 con un funcionamiento mejorado puesto que el mismo tiene más frecuencias dentro del intervalo de operación y también un ancho de banda más estrecho que la primera secuencia de frecuencias, el ancho de banda está definido como la diferencia entre la más grande y la más pequeña de las frecuencias de una secuencia. Además, puesto que la segunda secuencia de frecuencias cubre el intervalo de operación del motor piezoeléctrico 20, el motor piezoeléctrico puede ser operado confiablemente aún si el intervalo de operación, y por lo tanto la curva 102, deben ser desplazados en una cantidad pequeña. En un segundo ejemplo de adaptar intermitentemente una secuencia de frecuencias, el método de realimentación es asumido para generar impulsos cuando el elemento excitado 22 se ha movido una distancia suficiente. Si, por ejemplo, una primera secuencia {fi, f2, Í3f f-j, fs) es ejecutada repetidamente como se hizo en el ejemplo previo, entonces una lectura de funcionamiento como una función del tiempo tal como la curva 62a puede ser obtenida. La curva 62a ilustra que los impulsos es probable que ocurran en sucesión más rápida más cercanos a la frecuencia a la cual está el motor piezoeléctrico 20 que es excitado con respecto a la frecuencia óptima. La densidad de la distribución de los impulsos en la curva 62a puede ser utilizada entonces para graficar una curva semejante a la curva 55a. Basado en la curva 55a, una segunda secuencia de frecuencias puede ser seleccionada para provocar que el motor piezoeléctrico 20 mueva el elemento excitado 22 con un mejor funcionamiento y con una robustez adecuada hacia los cambios de parámetros del motor piezoeléctrico 20 cuando la segunda secuencia de frecuencias es ejecutada. Una segunda secuencia posible de frecuencias es {f2, fe ¿ f5} - En otro método, solamente la primera presentación de un impulso es utilizada para determinar una frecuencia operativa probable. En la curva ejemplar 62a, el primer impulso ocurre mientras que f3 está siendo suministrada al motor piezoeléctrico 20. Basado en esta información, una segunda secuencia de frecuencias puede ser seleccionada tal como {f2, f3, fe , f< fs}/ la cual puede provocar una lectura de funcionamiento en función del tiempo tal como la curva 62b con un estimado asociado de la curva 102 dada, por ejemplo, por la curva 55b. La segunda secuencia de frecuencias tiene un ancho de banda más estrecho que la primera secuencia y provoca que el motor piezoeléctrico 20 opere con un mejor funcionamiento mientras que mantiene una cierta robustez hacia los cambios de las propiedades del motor piezoeléctrico 20. Este método es particularmente útil en las modalidades en donde se puede suponer que el motor piezoeléctrico 20 es más probable que active una respuesta del sensor 26 cuando el motor piezoeléctrico 20 provoca que el elemento excitado 22 se mueva con un funcionamiento que está cercano al óptimo. En la totalidad de los métodos anteriores, la segunda secuencia de frecuencias puede ser modificada o reemplazada adicionalmente con secuencias subsiguientes de frecuencias para rastrear las curvas de movimiento 102 debido al cambio de los parámetros del motor piezoeléctrico 20 mientras que se mantiene un cierto grado de robustez hacia los parámetros cambiantes del motor piezoeléctrico 20 seleccionando las secuencias de las frecuencias que tienen anchos de banda que incluyen al menos el intervalo de operación. Si el funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 resultante se requiere que sea suficientemente constante en un sentido promediado, no es necesario ya sea que una señal de realimentación sea producida, o evaluada para generar la secuencia modificada de las frecuencias, cada vez que una secuencia de frecuencias, por ejemplo, un barrido, es ejecutada. En las modalidades en donde un microcontrolador es utilizado, puede ser ventajoso emplear la rutina de realimentación de manera relativamente rara para liberar los recursos, pero de manera suficientemente frecuente para lograr una mejora apropiada del funcionamiento del motor piezoeléctrico 20 debido a la realimentación. En particular, una adaptación de una secuencia de frecuencias es necesaria si se observa una degradación significativa del funcionamiento, por ejemplo, si ningún impulso del sensor 26 es medido durante un intervalo predeterminado de tiempo. Los impulsos 26 del sensor pueden ser utilizados para activar las interrupciones en un controlador 23, tal como en un microcontrolador que es capaz y está configurado para recibir y evaluar las interrupciones, para hacer posible que el controlador 23 adapte la secuencia de las frecuencias. Utilizar un mecanismo de interrupción puede ayudar adicionalmente a liberar las recursos del microcontrolador. También se puede utilizar una interrupción para reajustar el temporizador del. controlador de la secuencia en el momento que un impulso del sensor 26 es recibido. El temporizador del controlador de la secuencia podría activar entonces automáticamente una interrupción del microcontrolador si ningún impulso del sensor 26 es medido para un período predeterminado de tiempo, haciendo posible así que un programa de microcontrolador seleccione una nueva secuencia de frecuencias en este tiempo para mejorar el funcionamiento del motor piezoeléctrico 20. Las adiciones extra a los métodos de control incluyen ocasionalmente la conmutación entre la primera secuencia de frecuencias y cualquier secuencia subsiguiente para utilizar la primera secuencia nuevamente para determinar el intervalo de operación posiblemente cambiado del motor piezoeléctrico 20. También existe la posibilidad de que el intervalo de operación sólo se superponga parcialmente con el ancho de banda de una secuencia de frecuencias debido a los cambios predecibles y algunas veces impredecibles de las propiedades del motor piezoeléctrico 20, o debido a una elección imprudente de una secuencia de frecuencias, reduciendo así el funcionamiento del motor piezoeléctrico 20. Cuando esto ocurre, la primera secuencia de frecuencias puede ser seleccionada nuevamente, o una nueva secuencia de frecuencias puede ser seleccionada que tiene un ancho de banda más amplio que la segunda secuencia de frecuencias.
Este debe ser particularmente el caso si ninguna señal de realimentación o una señal de realimentación insuficiente es obtenida para un cierto periodo de tiempo, digamos, para la duración de un barrido de frecuencia. El ancho de banda puede ser ampliado subsiguientemente aún adicionalmente si todavía ninguna señal de realimentación es generada, presumiblemente a causa de que el elemento excitado 22 está siendo movido insuficientemente, hasta que una señal de realimentación es observada, presumiblemente a causa de que el elemento excitado 22 se esta moviendo suficientemente otra vez a causa de una señal de realimentación. Los métodos de control de realimentación y de circuito abierto descritos aquí son particularmente útiles si el intervalo de operación del motor piezoeléctrico 20 es conocido solamente en términos vagos. En una modalidad preferida de la invención, esta clase de control de realimentación es llevado a cabo venta osamente con un microcontrolador . Existen así métodos provistos para identificar las frecuencias operativas del motor piezoeléctrico 20 y para utilizar una o más de estas frecuencias operativas para excitar un motor piezoeléctrico 20 de una manera adecuada para lograr un funcionamiento aceptable . Los sistemas y métodos de control que son descritos aquí son particularmente adecuados para controlar los motores piezoeléctricos 20 de una sola frecuencia. Los esquemas de control pueden ser utilizados por si mismos, de manera combinada entre si, o utilizados en varias combinaciones con otros esquemas de control existentes. El control del motor piezoeléctrico 20 es esencialmente de circuito abierto pero los métodos de control permiten la actualización repetida e intermitente del control esencialmente de circuito abierto por medio de la realimentación. Los métodos de control proporcionan una cantidad de robustez hacia los cambios predecibles e impredecibles de los parámetros del motor piezoeléctrico 20, los cuales en parte también pueden depender de la carga mecánica encontrada por el elemento excitado 22. Los cambios predecibles de parámetros del motor piezoeléctrico 20 son cambios previsibles que son mostrados en el tiempo del diseño de control del motor piezoeléctrico 20. Los cambios de parámetros predecibles son cambios que pueden ser esperados razonablemente durante el uso propuesto del motor piezoeléctrico 20 y el elemento excitado 22 y no interfieren principalmente con la aplicación de los métodos de control descritos aquí. Por ejemplo, los cambios en la temperatura, temperatura ambiental, desgaste del motor, del motor piezoeléctrico 20, son cambios predecibles de los parámetros, mientras que una rotura del motor no lo es. Las modalidades preferidas pueden contener varios motores piezoeléctricos 20 para mover un elemento excitado único 22. Una de tales configuraciones de motores múltiples es ilustrada en el diagrama esquemático de la Figura 6 en donde tres motores piezoeléctricos 22a, 22b, 22c están en contacto de excitación simultánea con un elemento excitado único 22. Los motores piezoeléctricos 22a, 22b, 22c pueden ser suministrados con las señales 25a, 25b, 25c de control eléctrico individual de los circuitos excitadores eléctricos separados 24a, 24b, 24c, que son controlados desde los controladores separados 23a, 23b, 23c. Alternativamente, los motores piezoeléctricos 22a, 22b, 22c pueden ser suministrados con la misma señal de control eléctrico 25 desde un circuito excitador eléctrico 24 y un controlador 23, en tal caso las señales 25a, 25b, 25c son idénticas, los excitadores 24a, 24b, 24c son uno y el mismo, y los controladores 23a, 23b, 23c son uno y el mismo. Alternativamente, un controlador único 23 puede controlar los circuitos excitadores individuales 24a, 24b, 24c generando las señales eléctricas 25a, 25b, 25c, en tal caso los controladores 23a, 23b, 23c son uno y el mismo. Los motores piezoeléctricos 22a, 22b, 22c tienen rutas de realimentación individuales 30a, 30b, 30c. Los controladores 23a, 23b, 23c comparten la misma realimentación desde un dispositivo 26 que detecta el movimiento del elemento excitado 22. En aplicaciones de motores múltiples, una operación promediada ventajosa del motor piezoeléctrico mecánico 20a, 20b, 20c que sale a través de todos los motores piezoeléctricos 20a, 20b, 20c que son acoplados con el elemento excitado 22 entra en efecto. Una configuración de motores múltiples también puede tener dos o más motores piezoeléctricos 20 en contacto de excitación con un elemento excitado único 22. Los motores piezoeléctricos individuales 20 pueden ser de diseño y fabricación idéntica pero también pueden ser diferentes, lo cual puede producir además un efecto de promediado ventajoso en donde la resistencia y debilidades de varios diseños y fabricaciones de motores piezoeléctricos 20 son balanceados. La descripción anterior se da a manera de ejemplo, y no de limitación. Dada la descripción anterior, un experto en el arte podría contemplar variaciones que están dentro del espíritu y alcance de la invención, incluyendo varias formas de arranque de los motores piezoeléctricos 20 y de seleccionar las secuencias apropiadas de frecuencias y del barrido de estas frecuencias. Además, las diversas características de esta invención pueden ser usadas solas, o en combinaciones variables entre sí y no están propuestas para estar limitadas a la combinación específica descrita aquí. Por consiguiente, la invención no va a estar limitada por las modalidades ilustradas sino que va a estar definida por las siguientes reivindicaciones cuando se lean de la manera razonable más amplia para preservar la validez de las reivindicaciones , Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.