Metodologia ganho de compensação para uma varredura senoidal de um espelho Galvanômetro em Proporcional-Integral-Diferencial de controle usando técnicas de pré-ênfase

Summary

Propomos um método para estender a frequência correspondente utilizando uma técnica de pré-ênfase. Este método compensa a redução de ganho de um espelho galvanométrico no caminho da onda de seno de acompanhamento usando controlo-integral-diferencial proporcional.

Abstract

espelhos galvanométricos são usados ​​para aplicações ópticas tais como o de seguimento do alvo, o desenho, e controlo de varrimento devido à sua elevada velocidade e precisão. No entanto, a capacidade de resposta de um espelho galvanométrico é limitada pela sua inércia; Assim, o ganho de um espelho galvanométrico é reduzida quando o caminho de controle é íngreme. Nesta pesquisa, propõe-se um método para estender a frequência correspondente utilizando uma técnica de pré-ênfase para compensar a redução de ganho de espelhos galvanométricos no caminho da onda de seno de acompanhamento usando controlo-integral-diferencial proporcional (PID). A técnica de pré-ênfase obtém um valor de entrada para um valor de saída desejado com antecedência. Aplicando este método para controlar o espelho galvanométrico, o ganho bruto de um espelho galvanométrico em cada frequência e amplitude para caminho-de onda sinusoidal de acompanhamento usando um controlador PID foi calculada. Onde o controle PID não é eficaz, mantendo um ganho de 0 dB para melhorar a precisão de rastreamento de trajetória, é possívelexpandir a gama de velocidades em que um ganho de 0 dB pode ser obtido sem ajustar os parâmetros de controle PID. No entanto, se houver apenas uma frequência, amplificação é possível com um único coeficiente de pré-ênfase. Portanto, uma onda sinusoidal é adequado para esta técnica, ao contrário de ondas triangulares e em dente de serra. Assim, podemos adotar uma técnica de pré-ênfase para configurar os parâmetros de antecedência, e não precisamos preparar modelos de controle de ativos adicionais e hardware. Os parâmetros são atualizados imediatamente no próximo ciclo por causa da malha aberta após os coeficientes de pré-ênfase está definido. Em outras palavras, a considerar o controlador como uma caixa preta, precisamos saber apenas o rácio input-to-saída e modelagem detalhada não é necessária. Esta simplicidade permite que nosso sistema para ser facilmente incorporado em aplicações. Nosso método usando a técnica de pré-ênfase para um sistema de compensação de movimento-borrão eo experimento realizado para avaliar o método são explicados.

Introduction

Vários actuadores ópticas e os métodos de controlo adequados para várias aplicações ópticas têm sido propostos e desenvolvidos ^{1, 2.} Estes actuadores ópticos são capazes de controlar o trajecto óptico; espelhos galvanômetro especialmente oferecer um bom equilíbrio em termos de precisão, velocidade, mobilidade e custam ^{3, 4, 5.} Na verdade, a vantagem oferecida pela velocidade e precisão de espelhos galvanométricos levou à realização de uma variedade de aplicações ópticas, tais como o de seguimento do alvo e desenho, de controlo de varrimento e de compensação ^{6, 7, 8, 9, 10} motion ^{blur, 11, 12.} No entanto, em nossa compensati motion-blur anteriorno sistema, um espelho galvanométrico utilizando um-integral-diferencial proporcional (PID) controlador fornecido um pequeno ganho; Por isso, foi difícil alcançar uma frequência mais elevada e uma velocidade mais rápida ^11.

Por outro lado, o controle PID é um método amplamente utilizado, uma vez que satisfaz um certo nível de precisão de acompanhamento ^13. Uma variedade de métodos têm sido propostos para corrigir o ganho no controle PID. Como uma solução típica, PID parâmetro controle de sintonia é realizada manualmente. No entanto, é preciso tempo e habilidade especial para manter. Um método mais sofisticado, uma função de auto-ajuste para determinar automaticamente os parâmetros, foi proposto e é amplamente utilizado ^14. A precisão de rastreamento para operações de alta velocidade é melhorada usando a função de auto-ajuste quando os proporcionais de valor ganho P aumenta. No entanto, isso também aumenta o tempo de convergência e de ruído na faixa de baixa velocidade. Por isso, a precisão de rastreamento não ét necessariamente melhorado. Embora um controlador de auto-ajuste pode ser ajustado para definir os parâmetros apropriados para controlo PID, o ajuste introduz um atraso devido à necessidade de obter os parâmetros adequados; portanto, é difícil adotar este método em aplicações em tempo real ^15. Um controlador PID prolongado ^{16, 17} e um controlador de previsão estendida ¹⁸ foram propostos para estender o controlo PID geral e para melhorar o desempenho de rastreio de espelhos galvanométricos por uma variedade de caminhos de rastreio, tais como ondas triangulares, ondas em dente de serra, e ondas sinusoidais. No entanto, em tais sistemas, o sistema galvanómetro foi considerada como uma caixa preta, ao passo que foi necessário um modelo do sistema de controlo, e o sistema de controlo não foi considerada como uma caixa preta. Assim, esses métodos requerem que o seu modelo para cada espelho galvanometer ser atualizado. Além disso, embora Mnerie et al. validado o seu método de focusing em uma onda de saída detalhada e fase, sua pesquisa não incluem a atenuação de toda a onda. Na verdade, na nossa investigação anterior ^11, o ganho foi significativamente reduzido quando a frequência sinusoidal era elevada, indicando, assim, a necessidade de compensar o ganho de toda a onda.

Nesta pesquisa, o nosso procedimento para a compensação de ganho com controle PID ¹² é baseado na técnica de pré-ênfase ^{19, 20, 21} -a método para melhorar a qualidade ou a velocidade de comunicação em comunicações de engenharia que permite a construção de um sistema experimental utilizando equipamentos existentes. A Figura 1 mostra a estrutura de escoamento. A técnica de pré-ênfase é capaz de obter antecipadamente o valor de saída desejada a partir de um valor de entrada, em que o controlo PID não é eficaz, mesmo se o espelho galvanométricoe seu controlador são considerados como caixas pretas. Isto lhes permite expandir a frequência e faixa de amplitude em que um ganho de 0 dB pode ser obtido sem ajustar os parâmetros de controle PID.

Quando o ganho é amplificado, as características de resposta do espelho galvanométrico geralmente diferem em diferentes frequências, e, por conseguinte, é necessário para amplificar cada frequcia com coeficientes de amplificação. Assim, uma onda sinusoidal é adequado para a técnica de pré-ênfase, como existe apenas uma frequência em cada onda seno. Nesta pesquisa, porque nós aplicar a compensação de ganho para realizar a compensação de movimento-blur, o sinal de controle é limitado a varredura de onda senoidal, e o sinal de onda senoidal constitui uma única freqüência, ao contrário de outras ondas, como ondas triangulares e dente de serra. Além disso, o sinal de entrada para o espelho galvanométrico é actualizada imediatamente no próximo ciclo, devido à malha aberta após o pré-ênfase coeficientes são definidos. Em outras palavras, precisamos de to saber apenas o rácio input-to-output a considerar o controlador como uma caixa preta, e modelagem detalhada não é necessária. Esta simplicidade permite que nosso sistema para ser facilmente incorporado em aplicações.

O objectivo global do presente método consiste em estabelecer um processo experimental de compensação de movimento-borrão como uma aplicação por compensação de ganho utilizando a técnica de pré-ênfase. dispositivos de hardware múltiplas são utilizados nestes processos, tais como um espelho galvanométrico, uma câmara, um transportador de correia, a iluminação, e uma lente. programas desenvolvidos pelo usuário de software Central escritos em C ++, também fazem parte do sistema. A Figura 2 mostra um esquema da montagem experimental. O espelho galvanométrico gira com uma velocidade angular com compensação de ganho, tornando assim possível avaliar a quantidade de borrão a partir das imagens.

Protocol

1. Aquisição de Ganho de dados para um espelho Galvanômetro Fixar o espelho galvanômetro de tal forma que é estabilizado para protegê-la de danos, enquanto oscilando. Não só o espelho galvanômetro, mas também o corpo do espelho galvanometer, move se não corrigidas no local usando um gabarito de metal feito por encomenda com um furo circular para o espelho galvanômetro. Fixar o dispositivo de montagem para uma portadora óptica e um banco óptico. Conectar cabos BNC da placa de AD / DA at…

Representative Results

Os resultados aqui apresentados foram obtidos usando uma placa de AD / DA e uma câmara. A Figura 1 mostra o processo da técnica de pré-ênfase; por conseguinte, é o núcleo de este artigo. Não é necessário definir os parâmetros do controle PID após o estado de inicialização; Assim, o processo on-line é significativamente simples. A Figura 10 mostra os resultados obtidos através da…

Discussion

Este artigo apresenta um procedimento capaz de se expandir a faixa de freqüência de onda senoidal para alcançar alta precisão trajetória de rastreamento com controle PID. Porque a capacidade de resposta de um espelho galvanométrico é limitada pela sua inércia, é crítica a utilização de um espelho galvanométrico quando o caminho de controle é íngreme. No entanto, no presente estudo, é proposto um método para melhorar a especificação de controlo e, em seguida, o método provar a obtenção de resultados…

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