Ön vurgu Teknikleri Kullanarak Oransal-İntegral-Diferansiyel Kontrolü bir Galvanometre Mirror bir sinüsoidal Tarama için Kazanç-tazminat Metodolojisi
Summary
Bir ön-vurgu tekniği kullanılarak karşılık gelen frekans genişletmek için bir yöntem önerilmektedir. Bu yöntem, orantılı-entegral-ayırıcı kontrol kullanarak izleme sinüs dalgası yolundaki bir galvano aynanın kazanç azaltılması için telafi eder.
Abstract
Galvanometre aynalar için yüksek hız ve doğruluk, hedef takibi, çekme, ve tarama kontrol olarak, optik uygulamalarda kullanılır. Bununla birlikte, bir galvano aynanın yanıt ataletinden ile sınırlıdır; Kontrol yolu dik olduğunda dolayısıyla bir galvanometrenin aynanın kazanç azalır. Bu araştırmada, orantılı-integral-diferansiyel (PID) kontrolü ile izleme sinüs dalgası yolu galvanometrenin aynalar kazanç azalmasını dengelemek için bir ön-vurgu tekniği kullanılarak karşılık gelen frekans genişletmek için bir yöntem önerilmektedir. önvurgulama tekniği önceden istenen bir çıkış değeri için bir girdi değeri elde edilir. Bir PID denetleyici kullanarak izleme sinüs dalgası yolu için galvanometrenin aynası, her bir frekansta bir galvano aynanın ham kazanç ve genliğini kontrol etmek için bu yöntemi uygulamak hesaplandı. PID kontrol etkili olmadığı yerlerde, 0 dB'lik bir kazanç sağlamak bu mümkündür, yörünge izleme doğruluğunu geliştirmek için0 dB kazanç PID kontrol parametrelerini ayarlayarak olmadan elde edilebileceği hız aralığını genişletmek. tek frekans vardır, ancak amplifikasyon tek bir ön-vurgu katsayısı ile mümkündür. Bu nedenle, bir sinüs dalgası ve üçgen testere dişi dalgaları farklı Bu teknik, için uygundur. Dolayısıyla, önceden parametrelerini yapılandırmak için bir ön vurgu tekniğine geçiş ve biz de ek aktif kontrol modelleri ve donanım hazırlamak gerekmez. önvurgulama katsayıları ayarlandıktan sonra parametreler nedeniyle açık döngünün bir sonraki döngüsü içinde hemen güncellenir. Başka bir deyişle, bir kara kutu olarak denetleyici kabul etmek, sadece giriş-çıkış oranını bilmek gerekir, ve ayrıntılı modelleme gerekli değildir. Bu basitlik sistemimiz kolayca uygulamalarda gömülü edilmesini sağlar. Bir hareket bulanıklığı kompanzasyon sistemi için ön vurgu tekniği ve yöntemi değerlendirmek için yapılan deney kullanarak Bizim yöntem açıklanmıştır.
Introduction
Optik elemanları ve farklı optik uygulamalar için uygun kontrol yöntemleri çeşitli önerilen ve 1, 2 geliştirilmiştir. Bu optik elemanları optik yol kontrol edebilmektedir; galvanometrenin aynalar özellikle doğruluk, hız, hareketlilik açısından iyi bir denge sunarlar ve, 5 4, 3 mal oldu. Aslında, hız ve galvano aynalar doğruluğu sunduğu avantaj, hedef izleme ve çekme, tarama kontrol ve hareket bulanıklık dengeleme 6, 7, 8, 9, 10, optik uygulamalarda, çeşitli gerçekleşmesine yol açmıştır, 11, 12. Ancak, bizim daha önceki hareket bulanıklığı COMPENSATI içindesistemde, orantılı-integral-diferansiyel kullanılarak galvano ayna (PID) bir kontrol düzeni, küçük bir kazancı temin; dolayısıyla daha yüksek frekans ve daha hızlı bir hıza 11 elde etmek zordu.
Bu doğruluk 13 izleme belirli bir düzeyde tatmin Diğer taraftan, PID kontrol, yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. çeşitli yöntemler PID kontrol kazancı düzeltmek için önerilmiştir. Tipik bir çözüm olarak, PID kontrol parametre ayarlama manuel olarak yapılır. Ancak, korumak için zaman ve özel beceri ister. Daha karmaşık bir yöntem olup, otomatik parametreleri belirlemek için bir otomatik ayarlama fonksiyonu önerilmiştir ve yaygın olarak 14 kullanılır. Yüksek hızlı operasyon için izleme doğruluğu ne zaman orantılı kazanç değeri P artar otomatik ayarlama fonksiyonu kullanılarak artırıldı. Ancak, bu da düşük devirlerde yakınsama süresini ve gürültüyü arttırır. Dolayısıyla, izleme doğruluğu hayırt zorunlu geliştirilmiş. bir kendini ayarlama kontrol PID kontrol için uygun parametreleri ayarlamak için ayarlanmış olabilir, ancak ayarlama için uygun parametreleri elde etmek için ihtiyaç bir gecikmeye neden olur; nedenle, gerçek zamanlı uygulamalarda 15 bu yöntemi benimsemeye zordur. Genişletilmiş bir PID kontrolör 16, 17 ve uzun bir akıllı kontrol 18, genel PID kontrol genişletmek ve üçgen dalgalar, testere dişi dalgaları ve sinüs dalgası olarak izleme yolları, çeşitli galvano aynalar izleme performansını artırmak için önerilmiştir. Bununla birlikte, bu sistemlerde, galvano sistem kontrol sisteminin bir modeli gerekli ise, bir kara kutu olarak kabul edildi, ve kontrol sistemi, bir kara kutu olarak kabul edildi. Dolayısıyla, bu yöntemler her galvanometrenin aynanın onların modeli güncellenmiş olmasını gerektirir. Ayrıca, Mnerie ve diğerleri, ancak. f metodunu doğrulanmışdetaylı çıkış dalgası ve faz üzerinde ocusing, araştırma, tüm dalga zayıflamasını içermiyordu. Sinüzoidal frekans böylece tüm dalga kazanç telafi etmek gerekliliğini gösteren, yüksek Aslında, daha önceki araştırmalar 11, kazanç önemli ölçüde azalmıştı.
Bu araştırmada, PID kontrol 12, kazanç telafisi için prosedür iletişimde iletişim kalitesinin veya hızını artırmak için ön-vurgu tekniği 19, 20, 21 a metoduna dayanır tekniği kullanan bir sistemde inşaat sağlar varolan ekipmanı. Şekil 1, akım yapısını göstermektedir. önvurgulama tekniği önceden PID kontrol etkili değildir bir girdi değeri, arzu edilen çıkış değeri elde etmek mümkün olsa bile galvano ayna durumundave kontrolör siyah kutular olarak kabul edilmektedir. Bu 0 dB kazanç PID kontrol parametrelerini ayarlayarak olmadan elde edilebildiği sıklığını ve genlik aralığını genişletmek için onları sağlar.
kazanç büyütülmüşse, galvanometrenin aynanın cevap karakteristikleri genel olarak farklı frekanslarda farklıdır ve bu nedenle, amplifikasyon katsayıları her frekansını yükseltmek gerekir. Her bir sinüs dalgası olarak sadece tek bir frekans vardır Böylece, bir sinüs dalgası, ön-vurgu tekniği için de uygundur. Biz hareket bulanıklık telafisi gerçekleştirmek için kazanç telafi uygulamak için bu araştırmada, kontrol sinyali, bir sinüs dalga tarama ile sınırlıdır, ve sinüs dalgası sinyal, üçgen ve testere dişi dalgaları gibi diğer dalgalar, farklı olarak, tek bir frekans oluşturmaktadır. Ayrıca, galvanometrenin aynaya giriş sinyali çünkü katsayıları ayarlanır ön vurgu sonra açık döngünün bir sonraki döngüsü içinde hemen güncellenir. Diğer bir deyişle, biz t ihtiyacımızo bir kara kutu olarak kontrolör kabul sadece bir giriş-çıkış oranını bilmek ve detaylı modelleme gerekli değildir. Bu basitlik sistemimiz kolayca uygulamalarda gömülü edilmesini sağlar.
Bu yöntem genel amacı, ön-vurgu tekniği kullanılarak kazanım telafisi bir uygulama olarak hareket bulanıklaşma tazminat deneysel prosedür kurmaktır. Birden fazla donanım aygıtları, örneğin, bir galvano ayna, bir kamera, bir konveyör kayışı, aydınlatma ve bir mercek olarak, bu işlemler kullanılmaktadır. C ++ ile yazılmış Orta yazılım kullanıcı geliştirdiği programlar da sistemin bir parçasını oluşturmaktadır. Şekil 2, deneysel kurulum bir şemasını göstermektedir. galvano ayna ve böylece mümkün görüntülerden bulanıklık miktarını değerlendirmek için yapım kazanç telafi bir açısal hızla döner.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makalede, PID kontrol izlemeyi yüksek doğruluk eğrisini elde etmek için sinüs dalgalı frekans aralığı genişleme özelliğine sahip bir yöntem sunulur. Bir galvanometrenin aynanın yanıt kendi atalet tarafından sınırlı olduğundan, denetim yolu dik olduğunda galvanometrenin ayna kullanmak için kritik öneme sahiptir. Bununla birlikte, bu çalışmada, bir kontrol özellikleri geliştirmek ve daha sonra deney sonuçlarını elde yöntemini kanıtlamak için bir yöntem önerilmektedir.
<p class="j…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar hiçbir onayları var.
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
- Bass, M. . Handbook Of Optics. 3, (1995).
- Marshall, G. F., Stutz, G. E. . Handbook of optical and laser scanning. , (2011).
- Aylward, R. P. Advanced galvanometer-based optical scanner design. Sensor Rev. 23 (3), 216-222 (2003).
- Duma, V., Rolland, J. P., Group, O., Vlaicu, A., Ave, R. Advancements on galvanometer scanners for high-end applications. Proc SPIE. 8936, 1-12 (2014).
- Duma, V. -. F., Lee, K., Meemon, P., Rolland, J. P. Experimental investigations of the scanning functions of galvanometer-based scanners with applications in OCT. Appl Opt. 50 (29), 5735-5749 (2011).
- Wang, C., Shumyatsky, P., Zeng, F., Zevallos, M., Alfano, R. R. Computer-controlled optical scanning tile microscope. Appl opt. 45 (6), 1148-1152 (2006).
- Jofre, M., et al. Fast beam steering with full polarization control using a galvanometric optical scanner and polarization controller. Opt Exp. 20 (11), 12247-12260 (2012).
- Liu, X., Cobb, M. J., Li, X. Rapid scanning all-reflective optical delay line for real-time optical coherence tomography. Opt lett. 29 (1), 80-82 (2004).
- Li, Y. Laser beam scanning by rotary mirrors. II. Conic-section scan patterns. Appl opt. 34 (28), 6417-6430 (1995).
- Duma, V. I. L., Tankam, P. A., Huang, J. I., Won, J. U., Rolland, J. A. P. Optimization of galvanometer scanning for optical coherence tomography. Appl opt. 54 (17), 5495-5507 (2015).
- Hayakawa, T., Watanabe, T., Ishikawa, M. Real-time high-speed motion blur compensation system based on back-and-forth motion control of galvanometer mirror. Opt Exp. 23 (25), 31648-31661 (2015).
- Hayakawa, T., Watanabe, T., Senoo, T., Masatoshi, I. Gain-compensated sinusoidal scanning of a galvanometer mirror in proportional-integral- differential control using the pre-emphasis technique for motion-blur compensation. Appl opt. 55 (21), 5640-5646 (2016).
- Visioli, R. . Practical PID Control. , (2006).
- Vilanova, R., Visioli, A. . PID Control in the Third Millennium. , (2012).
- Ortega, R., Kelly, R. PID Self-Tuners: Some Theoretical and Practical Aspects. IEEE Transa Ind Electron. 31 (4), 332-338 (1984).
- Mnerie, C., Preitl, S., Duma, V. -. F. Mathematical model of a galvanometer-based scanner: simulations and experiments. Proc SPIE. 8789, 878915 (2013).
- Mnerie, C. A., Preitl, S., Duma, V. Performance Enhancement of Galvanometer Scanners Using Extended Control Structures. 8th IEEE International Symposium on Applied Computational Intelligence and Informatics. , 127-130 (2014).
- Mnerie, C., Preitl, S., Duma, V. -. F. Control architectures of galvanometer-based scanners for an increased precision and a faster response. Proc of SPIE. 8925, 892500 (2014).
- Farjad-rad, R., Member, S., Yang, C. K., Horowitz, M. A., Lee, T. H. A 0.4- m CMOS 10-Gb/s 4-PAM Pre-Emphasis Serial Link Transmitter. IEEE J Solid-State Circuits. 34 (5), 580-585 (1999).
- Buckwalter, J. F., Meghelli, M., Friedman, D. J., Hajimiri, A. Phase and amplitude pre-emphasis techniques for low-power serial links. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 41 (6), 1391-1398 (2006).
- Le, S., Blow, K., Turitsyn, S. Power pre-emphasis for suppression of FWM in coherent optical OFDM transmission. Opt exp. 22 (6), 7238-7248 (2014).
