Metodología de ganancia de compensación para una exploración sinusoidal de un galvanómetro de espejo en Proporcional-Integral-Diferencial de control Uso Técnicas Pre-énfasis

Summary

Proponemos un método para extender la frecuencia correspondiente mediante el uso de una técnica de pre-énfasis. Este método compensa la reducción de ganancia de un galvanómetro de espejo en la trayectoria de onda senoidal de seguimiento utilizando el control-integral-diferencial proporcional.

Abstract

espejos galvanómetro se usan para aplicaciones ópticas, tales como seguimiento de objetivos, dibujo, y el control de exploración debido a su alta velocidad y precisión. Sin embargo, la capacidad de respuesta de un galvanómetro de espejo está limitada por su inercia; Por lo tanto, la ganancia de un galvanómetro de espejo se reduce cuando la trayectoria de control es empinada. En esta investigación, se propone un método para extender la frecuencia correspondiente utilizando una técnica de pre-énfasis para compensar la reducción de ganancia de los espejos de galvanómetro en la trayectoria de onda senoidal de seguimiento utilizando el control-integral-diferencial proporcional (PID). La técnica de pre-énfasis obtiene un valor de entrada para un valor de salida deseado con antelación. La aplicación de este método para controlar el galvanómetro de espejo, la ganancia en bruto de un galvanómetro de espejo en cada frecuencia y la amplitud para la trayectoria de la onda sinusoidal de seguimiento usando un controlador PID se calculó. Donde el control PID no es eficaz, manteniendo una ganancia de 0 dB para mejorar la precisión de seguimiento de trayectoria, es posibleexpandir el rango de velocidad en el que una ganancia de 0 dB se puede obtener sin el ajuste de los parámetros de control PID. Sin embargo, si sólo hay una frecuencia, la amplificación es posible con un coeficiente de pre-énfasis sola. Por lo tanto, una onda sinusoidal es adecuado para esta técnica, a diferencia de las ondas triangulares y en diente de sierra. Por lo tanto, podemos adoptar una técnica de pre-énfasis para configurar los parámetros de antemano, y no tenemos que preparar modelos de control de activos adicionales y hardware. Los parámetros se actualizan de inmediato dentro del siguiente ciclo debido a la bucle abierto después se fijan los coeficientes de pre-énfasis. En otras palabras, al considerar que el controlador como un cuadro negro, necesitamos conocer solamente la relación de entrada a salida, y no es necesario un modelo detallado. Esta simplicidad permite a nuestro sistema se integra fácilmente en las aplicaciones. Nuestro método utilizando la técnica de pre-énfasis para un sistema de compensación de borrosidad por movimiento y el experimento llevado a cabo para evaluar el método se explican.

Introduction

Varios accionadores ópticos y métodos de control adecuados para diversas aplicaciones ópticas se han propuesto y desarrollado ^{1, 2.} Estos accionadores ópticos son capaces de controlar la trayectoria óptica; espejos de galvanómetro ofrecen un buen equilibrio en especial en términos de precisión, velocidad, movilidad, y cuestan ^{3, 4, 5.} En realidad, la ventaja ofrecida por la velocidad y precisión de los espejos de galvanómetro ha llevado a la realización de una variedad de aplicaciones ópticas, tales como seguimiento de objetivos y el dibujo, de control de barrido, y la compensación ^{6, 7, 8, 9, 10} de borrosidad por ^{movimiento, 11, 12.} Sin embargo, en nuestro anterior de compensa el movimiento borrosoen el sistema, un espejo de galvanómetro usando un-integral-diferencial proporcional (PID) proporcionó una pequeña ganancia; por lo tanto, era difícil conseguir una frecuencia más alta y una velocidad más rápida ^11.

Por otra parte, el control PID es un método ampliamente utilizado, ya que satisface un cierto nivel de precisión de seguimiento ^13. Se han propuesto una variedad de métodos para corregir la ganancia de control PID. Como una solución típica, PID ajuste de parámetros de control se lleva a cabo manualmente. Sin embargo, se necesita tiempo y habilidad especial para mantener. Un método más sofisticado, una función de auto ajuste para determinar automáticamente los parámetros, se ha propuesto y se utiliza ampliamente ^14. La precisión de seguimiento para operaciones de alta velocidad es mejorado usando la función de ajuste automático cuando el valor de ganancia proporcional P aumenta. Sin embargo, esto también aumenta el tiempo de convergencia y el ruido en el rango de baja velocidad. Por lo tanto, la exactitud de seguimiento hayt mejoró necesariamente. Aunque un controlador de autosintonización se puede ajustar para establecer los parámetros adecuados para el control de PID, la sintonización introduce un retraso debido a la necesidad de obtener parámetros adecuados; Por lo tanto, es difícil adoptar este método en aplicaciones en tiempo real ^15. Un controlador PID extendida ^{16, 17} y un controlador predictivo extendida ¹⁸ se han propuesto para extender el control PID general y para mejorar el rendimiento de rastreo de los espejos de galvanómetro para una variedad de rutas de seguimiento, tales como ondas triangulares, ondas de diente de sierra, y ondas sinusoidales. Sin embargo, en dichos sistemas, el sistema de galvanómetro fue considerado como un cuadro negro, mientras que se requiere un modelo del sistema de control, y el sistema de control no se consideraba como un recuadro negro. Por lo tanto, estos métodos requieren que su modelo para cada espejo galvanómetro se actualizará. Además, aunque Mnerie et al. validado su método de focusing en una onda de salida detallada y fase, su investigación no incluye la atenuación de toda la onda. De hecho, en nuestra investigación anterior ^11, la ganancia se redujo significativamente cuando la frecuencia sinusoidal fue alta, lo que indica la necesidad de compensar la ganancia de toda la onda.

En esta investigación, nuestro procedimiento para la compensación de ganancia con control PID ¹² se basa en la técnica de pre-énfasis ^{19, 20, 21} -un método para mejorar la calidad o la velocidad de la comunicación en las comunicaciones de ingeniería, que permite la construcción de un sistema experimental usando los equipos existentes. La Figura 1 muestra la estructura de flujo. La técnica de pre-énfasis es capaz de obtener de antemano el valor de salida deseado a partir de un valor de entrada, donde el control PID no es eficaz, incluso si el galvanómetro de espejoy su controlador son considerados como cajas negras. Esto les permite ampliar la frecuencia y rango de amplitud en el que una ganancia de 0 dB se puede obtener sin el ajuste de los parámetros de control PID.

Cuando se amplifica la ganancia, las características de respuesta del galvanómetro de espejo generalmente difieren en diferentes frecuencias, y por lo tanto, tenemos que amplificar cada frecuencia con coeficientes de amplificación. Por lo tanto, una onda sinusoidal es adecuado para la técnica de pre-énfasis, ya que sólo hay una frecuencia en cada onda sinusoidal. En esta investigación, ya que aplicamos compensación de ganancia para llevar a cabo la compensación de movimiento, falta de definición, la señal de control se limita a la exploración de onda sinusoidal, y la señal de onda senoidal constituye una sola frecuencia, a diferencia de otras ondas, como las ondas triangulares y en diente de sierra. Además, la señal de entrada en el espejo galvanómetro se actualiza inmediatamente dentro del siguiente ciclo debido a la bucle abierto después de que el pre-énfasis se establecen coeficientes. En otras palabras, necesitamos tO conocer solamente la relación de entrada a salida a considerar el controlador como un cuadro negro, y no es necesario un modelo detallado. Esta simplicidad permite a nuestro sistema se integra fácilmente en las aplicaciones.

El objetivo general de este método es establecer un procedimiento experimental de la compensación de borrosidad por movimiento como una aplicación por compensación de la ganancia utilizando la técnica de pre-énfasis. Múltiples dispositivos de hardware son usados ​​en estos procedimientos, tal como un galvanómetro de espejo, una cámara, una cinta transportadora, iluminación, y una lente. los programas desarrollados por el usuario de software central escritas en C ++ también constituyen parte del sistema. La Figura 2 muestra un esquema de la configuración experimental. El galvanómetro de espejo gira con velocidad angular de ganancia compensada, lo que permite evaluar la cantidad de desenfoque de las imágenes.

Protocol

1. Adquisición de Datos de ganancia para un galvanómetro de espejo Fijar el galvanómetro de espejo de tal manera que se estabiliza para protegerlo de daños, mientras oscilante. No sólo el galvanómetro de espejo, sino también el cuerpo del galvanómetro de espejo, se mueve si no se fija en su lugar con una plantilla de metal hechos a medida con un agujero circular para el galvanómetro de espejo. Fijar la plantilla sobre una portadora óptica y un banco óptico. Conectar los cables BNC de la p…

Representative Results

Los resultados aquí presentados se obtuvieron usando una tabla de AD / DA y una cámara. La Figura 1 muestra el procedimiento de la técnica de pre-énfasis; Por lo tanto, es el núcleo de este artículo. No es necesario para establecer los parámetros del control PID después de que el estado de inicialización; Por lo tanto, el proceso en línea es significativamente más simple. La Figura 10</stron…

Discussion

Este artículo presenta un procedimiento capaz de expandir la gama de frecuencias de onda senoidal para lograr trayectoria de alta precisión de seguimiento con el control PID. Debido a que la capacidad de respuesta de un galvanómetro de espejo está limitada por su inercia, es fundamental utilizar un espejo del galvanómetro cuando la ruta de control es empinada. Sin embargo, en esta investigación, se propone un método para mejorar la especificación de control y luego probar el método mediante la obtención de res…

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