Gain-kompensasjon Metodikk for en sinus Scan av en Galvano Mirror i Proporsjonal-Integral-Differential Kontroll Bruk Pre-emphasis Teknikker

Summary

Vi foreslår en metode for å forlenge den tilsvarende frekvens ved hjelp av en pre-vekt teknikk. Denne metoden kompenserer for forsterkningen reduksjon av et galvanospeil i sinusbølgebane sporing ved hjelp av proporsjonal-integral-differensial kontroll.

Abstract

Galvanometer speil anvendes for optiske anvendelser, slik som målfølging, tegning, og scanning kontroll på grunn av sin høye hastighet og nøyaktighet. Imidlertid er responsen til et galvanospeil begrenset av sin treghet; følgelig vil forsterkningen av et galvanospeil redusert når styrestrekningen er bratt. I denne forskning, foreslår en metode for å forlenge den tilsvarende frekvens med en forhånds vekt teknikk for å kompensere for forsterkningen reduksjon av galvanospeil i sinusbølgebane sporing ved hjelp av proporsjonal-integral-differensial (PID) styring. Den pre-vekt teknikk oppnår en inngangsverdi for en ønsket utgangsverdi på forhånd. Bruk av denne metode for å kontrollere galvanometeret speilet, den rå forsterkningen av et galvanometer speil på hver frekvens og amplitude for sinusbølgebane sporing ved hjelp av en PID-kontroller ble beregnet. Hvor PID-regulering ikke er effektiv, å opprettholde en forsterkning på 0 dB for å forbedre banen sporingsnøyaktighet, det er mulig åutvide hastighetsområde hvor en forsterkning på 0 dB bli tilveiebrakt uten innstiller PID kontrollparametrene. Men hvis det er bare en frekvens, er forsterkning mulig med en enkelt forkorreksjonskrets koeffisient. Derfor, er en sinusbølge er egnet for denne teknikk, i motsetning til trekantede og sagt bølger. Derfor kan vi ta i bruk en forkorreksjon teknikk for å konfigurere parametrene på forhånd, og vi behøver ikke å fremstille ytterligere aktive kontroll modeller og maskinvare. Parametrene blir oppdatert umiddelbart innenfor den neste syklus på grunn av den åpne sløyfe etter pre-emphasis koeffisienter er angitt. Med andre ord, å betrakte kontrolleren som en svart boks, trenger vi å vite bare input til output forhold, og detaljert modellering er ikke nødvendig. Dette enkelhet gjør at systemet vårt for å være lett integreres i applikasjoner. Vår metode ved anvendelse av pre-vekt teknikk for en bevegelseskompensasjonssystem uskarphet og forsøket utført for å evaluere fremgangsmåten er forklart.

Introduction

Forskjellige optiske aktuatorer og styremetoder som egner seg for forskjellige optiske anvendelser er blitt foreslått og utviklet ^{1, 2.} Disse optiske aktuatorer er i stand til å kontrollere den optiske bane; galvano speil spesielt tilbyr en god balanse når det gjelder presisjon, hurtighet, bevegelighet, og koster ^{3, 4, 5.} Faktisk har den fordel som tilbys av den hastigheten og nøyaktigheten av galvanospeil ført til oppdagelsen av en rekke optiske anvendelser, slik som målfølging og tegning, skanning kontroll, og bevegelses-uskarphet kompensasjon ^{6, 7, 8, 9, 10, 11, 12.} Men i vår forrige motion-blur compensatipå systemet, et galvanospeil ved hjelp av en proporsjonal-integral-differensial (PID-regulator) ga en liten gevinst; dermed var det vanskelig å oppnå en høyere frekvens og en raskere hastighet ^11.

På den annen side, er PID-kontroll en mye brukt metode, som det tilfredsstiller en viss grad av relativ nøyaktighet ^13. En rekke metoder har vært foreslått for å korrigere forsterkningen i PID-regulering. Som en typisk løsning er PID kontrollparameter tuning utført manuelt. Men det tar tid og spesielle ferdigheter for å vedlikeholde. En mer avansert metode, en automatisk avstemningsfunksjonen for automatisk å bestemme parametrene, har vært foreslått og er mye brukt ^14. Sporingsnøyaktighet for høyhastighetsoperasjoner er forbedret ved hjelp av den automatiske justerende funksjonen når proporsjonale forsterkningsverdien P øker. Dette øker imidlertid også konvergenstiden og støy i det lave hastighetsområdet. Derfor, er sporingsnøyaktighet ingent nødvendigvis forbedres. Selv om en selvjusterende styreenhet kan være innstilt for å angi egnede parametre for PID-kontroll, innfører avstemnings en forsinkelse på grunn av behovet for å oppnå egnede parametre; derfor er det vanskelig å ta i bruk denne metoden i sanntidsapplikasjoner ^15. En utvidet PID-regulator ^{16, 17} og en utvidet logisk styreenhet ¹⁸ er blitt foreslått for å forlenge den generelle PID-kontroll og for å forbedre ytelsen for sporing av galvanospeil for en rekke sporveier, slik som trekantbølger, sagt bølger, og sinusbølger. Imidlertid, i disse systemer, ble galvanometeret system betraktes som en svart boks, mens en modell av styresystemet var nødvendig, og styresystemet er ikke ansett som en svart boks. Derfor er disse metoder krever at deres modell for hvert galvanometerspeil bli oppdatert. Dessuten, selv om Mnerie et al. validert deres metode for ffokuseringsringen på en detaljert utgang bølge og fase, gjorde sin forskning inkluderer ikke demping av hele bølgen. Faktisk, i vårt tidligere forskning ^11, forsterkningen ble signifikant redusert når den sinusformede frekvensen var høy, for derved å indikere at det er nødvendig for å kompensere for forsterkningen av hele bølgen.

I denne undersøkelsen, er vår fremgangsmåte for forsterkningskompensering med PID-styring ¹² basert på den forkorreksjonskrets teknikk ^{19, 20, 21} en framgangsmåte for å forbedre kvaliteten eller kommunikasjonshastighet i kommunikasjon engineering-som muliggjør konstruksjon av et eksperimentelt system som benytter eksisterende utstyr. Figur 1 viser flyt struktur. Den forkorreksjonskrets teknikk er i stand til å oppnå på forhånd den ønskede utgangsverdien fra en inngangsverdi, hvor PID-regulering er ikke effektiv, selv om de galvanometerspeilog kontrolleren anses som svarte bokser. Dette gjør det mulig for dem å utvide frekvens og amplitude varierer i hvilken en forsterkning på 0 dB bli tilveiebrakt uten innstiller PID kontrollparametrene.

Når gevinsten er forsterket, responskarakteristikkene til galvanometerspeil vanligvis være forskjellig ved forskjellige frekvenser, og derfor trenger vi å forsterke hver frekvens med forsterknings koeffisienter. Således er en sinusbølge som er egnet for pre-vekt teknikk, som det er bare en frekvens i hver enkelt sinusbølge. I denne forskning, fordi vi anvende forsterkningskompensering for å utføre bevegelseskompensering av uskarphet, blir styresignalet begrenset til sinus-bølge-skanning, og sinusbølgesignal utgjør en enkelt frekvens, i motsetning til andre bølger, for eksempel trekant- og sagt bølger. Videre er inngangssignalet i galvanometeret speilet oppdateres umiddelbart innenfor den neste syklus på grunn av den åpne sløyfe etter forbehandlings-koeffisienter er angitt. Med andre ord, vi trenger to vet bare inngang-til-utgang forhold for å betrakte styreenheten som en svart boks, og detaljert modellering er ikke nødvendig. Dette enkelhet gjør at systemet vårt for å være lett integreres i applikasjoner.

Det overordnede målet for denne metode er å etablere en eksperimentell prosedyre for bevegelseskompensasjon-uklarhet som en applikasjon ved forsterkningskompensering ved anvendelse av pre-vekt teknikk. Flere maskinvare enheter brukes i disse fremgangsmåter, slik som et galvanospeil, et kamera, et transportbånd, belysning, og en linse. Central programvarebrukerutviklede programmer skrevet i C ++ utgjør også en del av systemet. Figur 2 viser en skjematisk fremstilling av det eksperimentelle oppsett. Galvanometeret speil roterer med forsterknings-kompensert vinkelhastighet, for derved å gjøre det mulig for å evaluere mengden av uskarphet fra bildene.

Protocol

1. Kjøp av Gain Data for en Galvano Mirror Fiks galvanometeret speilet slik at den er stabilisert for å beskytte den mot skade når den oscillerende. Ikke bare galvanometeret speilet, men også hoveddelen av galvanospeil, beveger seg hvis ikke festet på plass ved bruk av et skreddersydd metall jig med et sirkulært hull for galvanometerspeil. Feste jiggen på en optisk bærebølge og en optisk benk. Koble BNC kabler fra AD / DA-kortet via en terminalblokk for inngangs- og posisjonskontakter i ser…

Representative Results

Resultatene presentert her ble oppnådd ved anvendelse av en AD / DA brett og et kamera. Figur 1 viser prosedyren for forkorreksjon teknikk; Derfor er det kjernen i denne artikkelen. Det er unødvendig å sette parametrene til PID-kontroll etter at initialiseringstilstand; derfor er den elektroniske prosessen betraktelig enkel. Figur 10 viser resultatene oppnådd ved anvendelse av forkorreksjo…

Discussion

Denne artikkelen presenterer en fremgangsmåte stand til å utvide den sinusbølge frekvensområde for å oppnå høy nøyaktighet bane sporing med PID-regulering. På grunn av at responsen til et galvanospeil er begrenset av sin treghet, er det viktig å bruke et galvanospeil når styrestrekningen er bratt. Men i denne forskningen, foreslår en metode for å forbedre spesifisering av kontroll og deretter vise seg ved fremgangsmåten ved å skaffe eksperimentelle resultater.

I vår prosedyre…

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