Metodologia Gain-risarcimento per una scansione sinusoidale di un galvanometro specchio in proporzionale-integrale-differenziale di controllo Utilizzando tecniche di pre-enfasi

Summary

Si propone un metodo per estendere la frequenza corrispondente utilizzando una tecnica di pre-enfasi. Questo metodo compensa la riduzione del guadagno di uno specchio galvanometro nel percorso sinusoidale inseguimento utilizzando il controllo proporzionale-integrale-differenziale.

Abstract

specchi galvanometro sono utilizzati per applicazioni ottiche come il monitoraggio di destinazione, disegno, e il controllo di scansione a causa della loro elevata velocità e precisione. Tuttavia, la reattività di uno specchio galvanometro è limitata dalla sua inerzia; quindi, il guadagno di uno specchio galvanometro viene ridotta quando il percorso di controllo è ripida. In questa ricerca, si propone un metodo per estendere la frequenza corrispondente utilizzando una tecnica di pre-enfasi per compensare la riduzione del guadagno di specchi galvanometro a percorso sinusoidale monitoraggio utilizzando proporzionale-integrale-differenziale di regolazione (PID). La tecnica di pre-enfasi ottiene un valore di ingresso per un valore di uscita desiderato in anticipo. Applicando questo metodo per controllare lo specchio galvanometro, il guadagno grezzo di uno specchio galvanometro in ogni frequenza e ampiezza per percorso sinusoidale tracciamento utilizzando un regolatore PID è stato calcolato. Dove il controllo PID non è efficace, mantenendo un guadagno di 0 dB per migliorare la precisione di inseguimento traiettoria, è possibileampliare la gamma di velocità in cui un guadagno di 0 dB può essere ottenuta senza ottimizzazione dei parametri di controllo PID. Tuttavia, se v'è una sola frequenza, amplificazione è possibile con un singolo coefficiente pre-enfasi. Pertanto, un'onda sinusoidale è adatto a questa tecnica, a differenza di onde triangolari e dente di sega. Quindi, siamo in grado di adottare una tecnica di pre-enfasi per configurare i parametri in anticipo, e non abbiamo bisogno di preparare i modelli di controllo attivi aggiuntivi e hardware. I parametri vengono aggiornati immediatamente nel ciclo successivo a causa del ciclo aperto dopo i coefficienti pre-enfasi sono impostati. In altre parole, a considerare il controllore come scatola nera, dobbiamo conoscere solo il rapporto tra ingresso e uscita, e la modellazione dettagliata non è necessaria. Questa semplicità permette al nostro sistema di essere facilmente incorporato nelle applicazioni. Il nostro metodo utilizzando la tecnica di pre-enfasi per un sistema di compensazione del movimento-sfocatura e l'esperimento condotto per valutare il metodo sono spiegati.

Introduction

Vari attuatori ottici ei metodi di controllo adatte per varie applicazioni ottiche sono stati proposti e sviluppati ^{1, 2.} Questi attuatori ottici sono in grado di controllare il percorso ottico; specchi galvanometro soprattutto offrono un buon equilibrio in termini di precisione, velocità, la mobilità, e costano ^{3, 4, 5.} In realtà, il vantaggio offerto dalla velocità e la precisione di specchi galvanometro ha portato alla realizzazione di una varietà di applicazioni ottiche, come il monitoraggio di destinazione e il disegno, il controllo di scansione, e la compensazione ^{6, 7, 8, 9, 10 moto-sfocatura, 11, 12.} Tuttavia, nel nostro precedente Compensati motion-blursul sistema, uno specchio galvanometro utilizzando un proporzionale-integrale-differenziale (PID) controllore fornito un piccolo guadagno; perciò, è stato difficile ottenere una frequenza più alta e una maggiore velocità ^11.

D'altra parte, il controllo PID è un metodo ampiamente utilizzato, in quanto soddisfa un certo livello di precisione ¹³ inseguimento. Una varietà di metodi sono stati proposti per correggere il guadagno nel controllo PID. Come soluzione tipica, PID sintonizzazione parametro di controllo viene effettuato manualmente. Tuttavia, ci vuole tempo e abilità speciali da mantenere. Un metodo più sofisticato, una funzione di auto-tuning per determinare automaticamente i parametri, è stato proposto ed è ampiamente utilizzato ^14. La precisione di monitoraggio per operazioni ad alta velocità è migliorata utilizzando la funzione di autotuning quando il proporzionali P aumenta il valore di guadagno. Tuttavia, questo aumenta anche il tempo di convergenza e rumore nella gamma di bassa velocità. Quindi, la precisione di rilevamento non èt necessariamente migliorato. Anche se un controllore di auto-sintonizzazione può essere sintonizzata per impostare i parametri adatti per il controllo PID, la sintonizzazione introduce un ritardo a causa della necessità di ottenere parametri adatti; Pertanto, è difficile adottare questo metodo in applicazioni in tempo reale ^15. Un controllore PID esteso ^{16, 17} e un controllore predittivo estesa ¹⁸ sono state proposte per estendere il controllo PID generale e per migliorare le prestazioni di inseguimento di specchi galvanometro per una varietà di percorsi di tracciamento, come le onde triangolari, a dente di sega, onde e onde sinusoidali. Tuttavia, in quei sistemi, il sistema del galvanometro è stato considerato come una scatola nera, mentre è stato richiesto un modello del sistema di controllo, e il sistema di controllo non è stata considerata come una scatola nera. Quindi, tali metodi richiedono che il loro modello per ogni singolo specchio galvanometro essere aggiornato. Inoltre, sebbene Mnerie et al. convalidato il loro metodo di focusing su un'onda output dettagliato e fase, la loro ricerca non includeva l'attenuazione dell'intera onda. Infatti, nella precedente ricerca ^11, il guadagno era significativamente diminuita quando la frequenza sinusoidale era alto, indicando in tal modo la necessità di compensare il guadagno dell'intero onda.

In questa ricerca, la nostra procedura di compensazione del guadagno con controllo PID ¹² è basato sulla tecnica di pre-enfasi ^{19, 20, 21} -a metodo per migliorare la qualità o la velocità di comunicazione in comunicazione ingegneria che consente la costruzione di un sistema sperimentale che utilizza apparecchiature esistenti. La Figura 1 mostra la struttura del flusso. La tecnica di pre-enfasi è in grado di ottenere in anticipo il valore di uscita desiderato da un valore di ingresso, dove il controllo PID non è efficace, anche se lo specchio galvanometroe il suo controller sono considerati come scatole nere. Ciò consente loro di ampliare la frequenza e l'intervallo di ampiezza in cui un guadagno di 0 dB può essere ottenuta senza ottimizzazione dei parametri di controllo PID.

Quando il guadagno è amplificato, le caratteristiche di risposta dello specchio galvanometro generalmente differiscono a frequenze diverse, e quindi, necessitano di amplificare ogni frequenza con coefficienti di amplificazione. Pertanto, un'onda sinusoidale è adatto per la tecnica di pre-enfasi, in quanto v'è una sola frequenza in ciascuna onda sinusoidale. In questa ricerca, perché applichiamo compensazione del guadagno per realizzare la compensazione del movimento-sfocatura, il segnale di controllo è limitato alla scansione sinusoidale, e il segnale sinusoidale costituisce una singola frequenza, a differenza di altre onde, come le onde triangolari e dente di sega. Inoltre, il segnale di ingresso nello specchio galvanometro viene aggiornato immediatamente nel ciclo successivo a causa del ciclo aperto dopo la pre-enfasi sono impostati coefficienti. In altre parole, abbiamo bisogno di to conoscere solo il rapporto tra ingresso e uscita a considerare il controllore come scatola nera, e la modellazione dettagliata non è necessaria. Questa semplicità permette al nostro sistema di essere facilmente incorporato nelle applicazioni.

L'obiettivo generale di questo metodo è quello di stabilire una procedura sperimentale di compensazione del movimento-sfocatura come applicazione compensazione di guadagno utilizzando la tecnica di pre-enfasi. dispositivi hardware multipli sono utilizzati in queste procedure, come uno specchio galvanometro, una videocamera, un nastro trasportatore, illuminazione, e una lente. software centrale programmi sviluppati dagli utenti scritti in C ++ costituiscono anche parte del sistema. La figura 2 mostra uno schema del setup sperimentale. Lo specchio galvanometro ruota con velocità angolare guadagno compensata, rendendo così possibile valutare la quantità di sfocatura dalle immagini.

Protocol

1. Acquisizione di guadagno dati per uno specchio Galvanometer Fissare lo specchio galvanometro tale che è stabilizzato per proteggerlo da danni oscillando. Non solo lo specchio galvanometro, ma anche il corpo dello specchio galvanometro, si muove se non fissato in posizione utilizzando una maschera metallica misura con un foro circolare per lo specchio galvanometro. Fissare la maschera su una portante ottica ed un banco ottico. Collegare i cavi BNC dalla scheda / DA AD tramite una morsettiera alle…

Representative Results

I risultati presentati sono stati ottenuti usando un / a bordo DA AD e una macchina fotografica. La Figura 1 mostra la procedura della tecnica di pre-enfasi; pertanto, è il nucleo di questo articolo. Non è necessario impostare i parametri del controllo PID dopo lo stato di inizializzazione; di conseguenza, la procedura di acquisto online è notevolmente semplice. La Figura 10 mostra i risult…

Discussion

Questo articolo presenta un procedimento capace di ampliare la gamma di frequenza sinusoidale di ottenere elevata precisione di traiettoria con controllo PID. Perché la risposta di uno specchio galvanometro è limitata dalla sua inerzia, è fondamentale utilizzare uno specchio galvanometro quando il percorso di controllo è ripida. Tuttavia, in questa ricerca, proponiamo un metodo per migliorare le specifiche di controllo e quindi provare il metodo ottenendo risultati sperimentali.

Nel nost…

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