プリエンファシス技術を用いた比例積分微分制御におけるガルバノメータミラーの正弦波をスキャンするためのゲイン補償方法論
Summary
我々は、プリエンファシス技術を用いて対応する周波数を拡張する方法を提案します。この方法は、比例積分微分制御を用いたトラッキング正弦波経路でガルバノミラーのゲイン低下を補償します。
Abstract
ガルバノミラーは、それらの高い速度と精度のようなターゲット追跡、図面、及び走査制御等の光学用途に使用されます。しかし、ガルバノミラーの応答性は、その慣性によって制限されています。制御パスが急である場合したがって、ガルバノミラーの利得が低減されます。本研究では、比例積分微分（PID）制御を使用して追跡する正弦波経路でガルバノミラーのゲイン低下を補償するために、プリエンファシス技術を用いて対応する周波数を拡張する方法を提案します。プリエンファシス技術は、予め所望の出力値の入力値を取得します。 PIDコントローラを使用して追跡する正弦波経路用のガルバノミラー、各周波数におけるガルバノミラーの原利得及び振幅を制御するためにこの方法を適用することを計算しました。 PID制御が有効でない場合、0デシベルの利得を維持することがすることが可能であり、軌道追従の精度を向上させるため0デシベルの利得は、PID制御パラメータを調整することなく得ることができる速度範囲を広げます。唯一つの周波数が存在する場合には、増幅は、単一のプリエンファシス係数を有することが可能です。したがって、正弦波、三角形やのこぎり波とは異なり、この技術に適しています。そこで、私たちは事前にパラメータを設定するには、プリエンファシス技術を採用することができ、我々は追加の活性制御モデルとハードウェアを用意する必要はありません。プリエンファシス係数が設定された後にパラメータがあるため、開ループの次のサイクル内で即座に更新されます。換言すれば、ブラックボックスのようにコントローラを考えるためには、我々は、入力 – 出力比を知る必要があり、その詳細なモデリングが必要とされません。このシンプルさは、我々のシステムは、アプリケーションに容易に埋め込むことを可能にします。動きぼけ補正システム及び方法を評価するために行った実験のためのプリエンファシス技術を用いて、我々の方法が説明されています。
Introduction
様々な光学用途に適した様々な光学アクチュエータ及び制御方法が提案され、2、1に開発されてきました。これらの光学アクチュエータは、光路を制御することができます。ガルバノミラーは、特に正確さ、速さ、移動性の面で良好なバランスを提供し、3の費用がかかり、4、5。実際には、ガルバノミラーの速度と精度によって提供される利点は、このようなターゲット追跡及び図面、走査制御、及び動きぼけ補正6、7、8、9、10、などの光学用途の種々の実現につながっています11、12。しかし、私たちの前のモーションブラーcompensatiでシステム上で、小さな利得を提供し、比例 – 積分 – 微分（PID）コントローラを使用して、ガルバノミラー。したがって、より高い周波数とより速いスピード11を達成することは困難でした。
それは精度13の追跡の特定のレベルを満たす一方、PID制御は、広く用いられている方法です。種々の方法は、PID制御のゲインを修正するために提案されています。典型的な溶液として、PID制御パラメータの調整を手動で行われます。しかし、それは維持するための時間と特別なスキルを要します。より洗練された方法で、自動的にパラメータを決定するオートチューニング機能は、提案されており、広く14を用いています。高速動作のためのトラッキング精度は場合比例ゲイン値Pが増加オートチューニング機能を使用して改善されます。しかし、これはまた、低速域での収束時間とノイズを増大させます。したがって、トラッキングの精度はないですtは必ずしも改善されました。セルフチューニングコントローラは、PID制御に適したパラメータを設定するように調整することができるが、チューニングための適切なパラメータを取得する必要の遅延を導入します。したがって、リアルタイムアプリケーション15に、この方法を採用することは困難です。拡張されたPIDコントローラ16、17と拡張予測コントローラ18は、一般的なPID制御を拡張するために、そのような三角波、のこぎり波、正弦波などの追跡経路の様々なガルバノミラーの追従性能を向上させるために提案されています。しかしながら、これらのシステムでは、検流計システムは、制御システムのモデルが必要であったのに対し、ブラックボックスと見なされた、制御システムは、ブラックボックスと見なされませんでした。したがって、これらの方法は、各ガルバノミラーのための彼らのモデルを更新する必要があります。また、Mnerie らありません。 Fの彼らの方法を検証詳細な出力波形と位相にocusing、彼らの研究は、全体の波の減衰が含まれていませんでした。正弦波の周波数は、それによって全体の波の利得を補償するために必要であることを示し、高い場合、実際には、我々の以前の研究11で、ゲインが著しく減少しました。
この研究では、PID制御12と利得補償のための私達の手順を使用して、実験システムの構築を可能にするエンジニアリング通信における通信の品質または速度を高めるために、プリエンファシス技術19、20、21 -a方法に基づいています既存の機器。 図1は、フロー構造を示します。プリエンファシス技術もガルバノミラーの場合、事前にPID制御が有効でない入力値から所望の出力値を得ることができますそのコントローラは、ブラックボックスと見なされます。これは、0デシベルの利得は、PID制御パラメータを調整することなく得ることができる周波数および振幅範囲を拡大することを可能。
ゲインが増幅される場合、ガルバノミラーの応答特性は、一般に、異なる周波数で異なる、したがって、我々は、増幅係数を有する各周波数を増幅する必要があります。各正弦波の唯一つの周波数があるようにこのように、正弦波は、プリエンファシス技術に適しています。我々は動きぼけ補正を達成するために利得補償を適用するため、この研究では、制御信号は正弦波走査に限定され、正弦波信号は、三角形やのこぎり波などの他の波とは異なり、単一の周波数を構成します。さらに、ガルバノミラーへの入力信号があるため、係数が設定されているプリエンファシス後のオープンループの次のサイクル内で即座に更新されます。言い換えれば、我々はトンを必要としますOブラックボックスのようにコントローラを考える唯一の入力対出力比を知って、その詳細なモデリングが必要とされません。このシンプルさは、我々のシステムは、アプリケーションに容易に埋め込むことを可能にします。
この方法の全体的な目標は、プリエンファシス技術を使用して利得補償によってアプリケーションとして動きぼけ補正の実験手順を確立することです。複数のハードウェアデバイスは、ガルバノミラー、カメラ、コンベヤベルト、照明、及びレンズとして、これらの手順で使用されています。 C ++で書かれた中央ソフトウェアのユーザーが開発したプログラムは、システムの一部を構成します。 図2は、実験装置の概略図を示します。ガルバノミラーは、それによって可能画像からボケの量を評価すること、利得補償角速度で回転します。
Protocol
Representative Results
Discussion
この記事では、PID制御とトラッキング高精度の軌道を達成するために、正弦波の周波数範囲を拡大することが可能な手順を示します。ガルバノミラーの応答性は、その慣性によって制限されているので、制御パスが急であるとき、ガルバノミラーを使用することが重要です。しかし、この研究では、我々はコントロールの仕様を改善して、実験結果を取得する方法を証明する方法を提案しま?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は何の確認応答がありません。
Materials
| Galvanometer mirror | GSI | M3s X axis | |
| Custom-made metal jig | ASKK | – | With circular hole for galvanometer mirror |
| Optical carrier | SIGMAKOKI | CAA-60L | |
| Optical bench | SIGMAKOKI | OBT-1500LH | |
| Oscilloscope | Tektronix | MSO 4054 | |
| AD/DA board | Interface | PCI-361216 | |
| PC | DELL | Precision T3600 | |
| Galvanometer mirror servo controller | GSI | Minisax | |
| Lens | Nikkor | AF-S NIKKOR 200mm f/2G ED VR II | |
| High-speed camera | Mikrotron | Eosens MC4083 | Discontinued, but sold as MC4087. The cable connection is different from MC4083 |
| Conveyor belt | ASUKA | – | With a speed-control motor(BX5120A-A made by Oriental Motor), iron rubber belt(100-F20-800A-J made by NOK), and so on |
| Printable tape | A-one | F20A4-6 | |
| Photographic texture | Shutterstock, Inc. | 231357754 | Printed computer motherboard with microcircuit, close up |
| Terminal block | Interface | TNS-6851B | |
| CoaXPress board | AVALDATA | APX-3664 | |
| MATLAB | mathworks | MATLAB R2015a |
References
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