Méthodologie de compensation de gain pour un balayage sinusoïdales d'un miroir galvanomètre proportionnelle intégrale différentielle de contrôle au moyen de techniques Préaccentuation

Summary

Nous vous proposons une méthode pour prolonger la fréquence correspondante en utilisant une technique de pré-accentuation. Cette méthode compense la réduction de gain d'un miroir de galvanomètre dans la boucle de poursuite en utilisant une onde sinusoïdale de contrôle différentiel intégral proportionnel.

Abstract

un miroir de galvanomètre sont utilisés pour des applications optiques telles que le suivi de la cible, le dessin et la commande de balayage en raison de leur grande vitesse et la précision. Cependant, la réactivité d'un miroir de galvanomètre est limitée par son inertie; Par conséquent, le gain d'un miroir de galvanomètre est réduite lorsque le chemin de contrôle est raide. Dans cette étude, nous proposons une méthode pour prolonger la fréquence correspondante à l'aide d'une technique de pré-accentuation pour compenser la réduction de gain de miroirs de galvanomètre en chemin sinusoïdal suivi en utilisant proportionnel-intégral-différentiel (PID). La technique de pré-accentuation obtient une valeur d'entrée pour une valeur de sortie souhaitée à l'avance. L'application de cette méthode pour contrôler le miroir de galvanomètre, le gain brut d'un miroir de galvanomètre dans chaque fréquence et l'amplitude pour les trajets d'onde sinusoïdale de suivi en utilisant un contrôleur PID a été calculée. Lorsque le contrôle PID n'est pas efficace, le maintien d'un gain de 0 dB pour améliorer la précision de suivi de trajectoire, il est possible deétendre la plage de vitesse dans laquelle on peut obtenir un gain de 0 dB sans réglage des paramètres de régulation PID. Cependant, s'il n'y a qu'une seule fréquence, l'amplification est possible avec un seul coefficient préaccentuation. Par conséquent, une onde sinusoïdale est adapté à cette technique, à la différence des ondes triangulaires et en dents de scie. Par conséquent, nous pouvons adopter une technique préaccentuation pour configurer les paramètres à l'avance, et nous ne devons pas préparer des modèles de contrôle actifs supplémentaires et du matériel. Les paramètres sont immédiatement mis à jour dans le prochain cycle en raison de la boucle ouverte après les coefficients préaccentuation sont fixés. En d'autres termes, à considérer le contrôleur comme une boîte noire, il faut savoir que le rapport d'entrée-sortie, et la modélisation détaillée est pas nécessaire. Cette simplicité permet à notre système d'être facilement intégré dans des applications. Notre méthode en utilisant la technique de pré-accentuation d'un système de compensation de flou de mouvement et l'expérience menée pour évaluer la méthode sont expliqués.

Introduction

Divers actionneurs optiques et des méthodes de contrôle appropriées pour diverses applications optiques ont été proposés et mis au point ^{1, 2.} Ces actionneurs optiques sont capables de contrôler le trajet optique; miroirs de galvanomètre offrent surtout un bon équilibre en termes de précision, de la vitesse, la mobilité et le coût ^{3, 4, 5.} En fait, l'avantage offert par la vitesse et la précision des miroirs galvanométriques a conduit à la réalisation d'une grande variété d'applications optiques, tels que le repérage de la cible et le dessin, le contrôle de la numérisation, et la compensation-flou de mouvement ^{6, 7, 8, 9, 10, 11, 12.} Cependant, dans notre précédent mouvement flou compensatisur le système, un miroir de galvanomètre en utilisant un contrôleur différentiel proportionnel-intégral (PID) pourvu d'un petit gain; Par conséquent, il était difficile d'obtenir une fréquence plus élevée et une vitesse plus rapide ^11.

D'autre part, le contrôle PID est une méthode largement utilisée, car elle répond à un certain niveau de précision de suivi ^13. Diverses méthodes ont été proposées pour corriger le gain de régulation PID. En tant que solution typique, le réglage des paramètres de régulation PID est effectuée manuellement. Cependant, il faut du temps et des compétences particulières pour maintenir. Une méthode plus sophistiquée, une fonction d' auto-réglage pour déterminer automatiquement les paramètres, a été proposé et est largement utilisé ^14. La précision de suivi pour les opérations à grande vitesse est amélioré en utilisant la fonction d'auto-réglage lorsque l'augmentation de la valeur de gain proportionnel P. Cependant, cela augmente aussi le temps de convergence et le bruit dans la plage basse vitesse. Par conséquent, la précision de suivi est past nécessairement amélioré. Bien qu'un dispositif de commande de réglage automatique peut être réglé pour régler les paramètres appropriés pour la régulation PID, le réglage introduit un retard en raison de la nécessité d'obtenir les paramètres adéquats; , il est donc difficile d'adopter cette méthode dans les applications en temps réel ^15. Un régulateur PID étendu ^{16, 17} et une unité de commande prédictive avancée ¹⁸ ont été proposées pour augmenter la régulation PID général et pour améliorer la performance de poursuite des miroirs de galvanomètre pour une variété de voies de suivi, telles que des ondes triangulaires, des ondes en dents de scie, et des ondes sinusoïdales. Cependant, dans ces systèmes, le système de galvanomètre était considéré comme une boîte noire, alors qu'un modèle du système de contrôle était nécessaire, et le système de contrôle n'a pas été considéré comme une boîte noire. Par conséquent, ces méthodes nécessitent que leur modèle pour chaque miroir galvanomètre être mis à jour. En outre, bien que Mnerie et al. validé leur procédé de focusing sur une onde de sortie détaillée et en phase, leurs recherches ne comprenait pas l'atténuation de l'onde entière. En fait, dans notre étude précédente ^11, le gain est diminué de manière significative lorsque la fréquence sinusoïdale est élevée, ce qui indique la nécessité de compenser le gain de l'onde entière.

Dans cette recherche, notre procédure de compensation de gain de contrôle PID ¹² est basé sur la technique de pré-accentuation ^{19, 20, 21} -un procédé pour améliorer la qualité ou la vitesse de communication en ingénierie qui communications permet la construction d'un système expérimental utilisant équipements existants. La figure 1 montre la structure de l' écoulement. La technique de pré-accentuation est capable d'obtenir à l'avance la valeur de sortie désirée à partir d'une valeur d'entrée, où le contrôle PID est sans effet, même si le miroir de galvanomètreet son contrôleur sont considérés comme des boîtes noires. Cela leur permet d'élargir la gamme de fréquence et d'amplitude, dans lequel on peut obtenir un gain de 0 dB sans réglage des paramètres de régulation PID.

Lorsque le gain est amplifié, les caractéristiques de réponse du miroir galvanomètre diffèrent généralement à des fréquences différentes, et par conséquent, nous devons amplifier chaque fréquence avec des coefficients d'amplification. Ainsi, une onde sinusoïdale est adapté à la technique de pré-accentuation, comme il n'y a qu'une fréquence de chaque onde sinusoïdale. Dans cette recherche, parce que nous appliquons une compensation de gain pour accomplir compensation flou de mouvement, le signal de commande est limitée à balayage onde sinusoïdale et le signal sinusoïdal constitue une seule fréquence, contrairement à d'autres vagues, comme des ondes triangulaires et en dents de scie. En outre, le signal d'entrée dans le miroir de galvanomètre est mis à jour immédiatement dans le cycle suivant en raison de la boucle ouverte après les coefficients de pré-accentuation sont fixés. En d'autres termes, nous avons besoin de to savoir que le rapport entrée-sortie de considérer le contrôleur comme une boîte noire, et la modélisation détaillée est inutile. Cette simplicité permet à notre système d'être facilement intégré dans des applications.

L'objectif global de cette méthode est d'établir une procédure expérimentale de compensation du flou de mouvement comme une application par compensation de gain en utilisant la technique de pré-accentuation. Plusieurs dispositifs matériels sont utilisés dans ces procédés, par exemple un miroir de galvanomètre, une caméra, une bande transporteuse, illumination, et une lentille. programmes développés utilisateur logiciel central écrit en C ++ font également partie du système. La figure 2 montre un schéma du dispositif expérimental. Le miroir de galvanomètre tourne avec une vitesse angulaire à compensation de gain, ce qui permet d'évaluer la quantité de flou de l'image.

Protocol

1. Acquisition de données de gain pour un miroir galvanométrique Fixer le miroir galvanomètre telle qu'elle est stabilisée pour le protéger contre les dommages tout en oscillant. Non seulement le miroir de galvanomètre, mais aussi le corps du miroir de galvanomètre, se déplace sinon fixé en place à l'aide d'un gabarit métallique sur mesure avec un trou circulaire pour le miroir de galvanomètre. Fixer le gabarit sur une porteuse optique et un banc optique. Connecter les câble…

Representative Results

Les résultats présentés ici ont été obtenus à l'aide d'une carte AD / DA et une caméra. La figure 1 montre la procédure de la technique préaccentuation; par conséquent, il est au cœur de cet article. Il est inutile de définir les paramètres de la régulation PID après que l'état d'initialisation; Par conséquent, le processus en ligne est beaucoup plus simple. La figure 1…

Discussion

Cet article présente une procédure capable de se dilater la gamme de fréquences d'onde sinusoïdale pour réaliser la trajectoire de haute précision de suivi avec un contrôle PID. Parce que la réactivité d'un miroir de galvanomètre est limitée par son inertie, il est essentiel d'utiliser un miroir galvanomètre lorsque le chemin de contrôle est raide. Cependant, dans cette recherche, nous proposons une méthode pour améliorer la spécification de contrôle et puis prouver la méthode en obtenant d…

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