Summary

منهجية كسب تعويض لمسح خاص بالمنحنى من مرآة الجلفانومتر في النسبي-لا يتجزأ التفاضلية للسيطرة على استخدام تقنيات ما قبل التركيز

Published: April 04, 2017
doi:

Summary

نقترح طريقة لتمديد تردد المقابلة باستخدام تقنية ما قبل التركيز. يعوض هذه الطريقة لكسب الحد من مرآة الجلفانومتر في مسار موجة جيبية تتبع استخدام وسائل منع النسبي-لا يتجزأ التفاضلية.

Abstract

تستخدم المرايا الجلفانومتر للتطبيقات البصرية مثل تتبع الهدف، الرسم، والسيطرة المسح بسبب السرعة العالية والدقة. ومع ذلك، فإن استجابة مرآة الجلفانومتر محدودة بسبب الجمود. وبالتالي، يتم تقليل كسب مرآة الجلفانومتر عند المسار السيطرة حاد. في هذا البحث، نقترح طريقة لتمديد تردد المقابلة باستخدام تقنية ما قبل التركيز للتعويض عن كسب الحد من المرايا الجلفانومتر في مسار موجة جيبية تتبع باستخدام النسبي-لا يتجزأ التفاضلية التحكم (PID). تقنية ما قبل التركيز يحصل على قيمة المدخلات لقيمة الانتاج المطلوب مقدما. تم احتساب تطبيق هذه الطريقة للسيطرة على مرآة الجلفانومتر، فإن المكسب الخام المرآة الجلفانومتر في كل التردد والسعة للمسار موجة جيبية تتبع باستخدام وحدة تحكم PID. حيث تحكم PID ليست فعالة، والحفاظ على مكاسب من 0 ديسيبل لتحسين دقة تتبع مسار، فمن الممكن لتوسيع نطاق السرعة التي يمكن الحصول على كسب 0 ديسيبل دون ضبط المعلمات تحكم PID. ومع ذلك، إذا كان هناك تردد واحد فقط، والتضخيم هو ممكن مع معامل ما قبل التركيز واحد. ولذلك، فإن موجة جيبية مناسبة لهذه التقنية، على عكس موجات الثلاثي ومسننة. ومن هنا، يمكننا اعتماد أسلوب ما قبل التركيز على تكوين المعلمات مقدما، ونحن ليس من الضروري إعداد نماذج التحكم النشط إضافية والأجهزة. يتم تحديث المعلمات على الفور ضمن دورة المقبلة بسبب حلقة مفتوحة بعد أن يتم تعيين معاملات ما قبل التركيز. وبعبارة أخرى، على اعتبار وحدة تحكم على شكل مربع أسود، نحن بحاجة إلى معرفة فقط نسبة المدخلات والمخرجات، وليس مطلوبا نماذج مفصلة. تسمح هذه البساطة النظام لدينا لتكون جزءا لا يتجزأ بسهولة في التطبيقات. وأوضح طريقتنا باستخدام تقنية ما قبل التركيز على نظام تعويض الحركة الضبابية والتجربة التي أجريت لتقييم الأسلوب.

Introduction

مختلف المحركات البصرية وطرق المكافحة مناسبة لمختلف التطبيقات البصرية وقد اقترحت وضعت 1 و 2. هذه المحركات الضوئية هي قادرة على السيطرة على مسار بصري. المرايا الجلفانومتر تقدم خصوصا توازن جيد من حيث الدقة والسرعة، والتنقل، وتكلفة 3 و 4 و 5. في الواقع، أدى ميزة تقدمها السرعة والدقة المرايا الجلفانومتر إلى تحقيق مجموعة متنوعة من التطبيقات البصرية، مثل تتبع الهدف والرسم، ومراقبة المسح الضوئي، والحركة الضبابية تعويض 10، 11، 12. ومع ذلك، لدينا في السابق التعويض الحركة الضبابيةعلى النظام، ومرآة الجلفانومتر باستخدام-لا يتجزأ التفاضلية النسبي (PID) وحدة تحكم وفرت مكاسب صغيرة. وبالتالي، كان من الصعب تحقيق ارتفاع وتيرة وسرعة أكبر 11.

من ناحية أخرى، ومراقبة PID هي طريقة تستخدم على نطاق واسع، كما أنه يلبي مستوى معين من تتبع دقة 13. وقد اقترحت مجموعة متنوعة من الطرق لتصحيح الزيادة في السيطرة PID. كحل نموذجي، يتم إجراء PID المعلمة السيطرة ضبط يدويا. ومع ذلك، فإنه يستغرق وقتا ومهارة خاصة للمحافظة عليه. وهناك طريقة أكثر تطورا، وظيفة الضبط التلقائي لتحديد معلمات تلقائيا، وقد اقترح ويستخدم على نطاق واسع (14). تم تحسين دقة لتتبع عمليات عالية السرعة باستخدام وظيفة الضبط التلقائي عندما تكون قيمة الربح زيادات P النسبية. ومع ذلك، وهذا أيضا يزيد من وقت التقارب والضوضاء في نطاق السرعات المنخفضة. وبالتالي، فإن تتبع دقة لمر تحسين بالضرورة. على الرغم من أن تحكم ضبط النفس يمكن ضبطها لتحديد معالم مناسبة للسيطرة PID، وضبط يدخل تأخير بسبب الحاجة إلى الحصول على المعلمات المناسبة. وبالتالي، فمن الصعب أن تعتمد هذه الطريقة في التطبيقات في الوقت الحقيقي 15. وقد اقترحت وحدة تحكم موسعة PID 16 و 17 و وحدة تحكم التنبؤي موسعة 18 إلى بسط سيطرة PID العامة وتعزيز أداء تتبع المرايا الجلفانومتر لمجموعة متنوعة من مسارات تتبع، مثل موجات الثلاثي، وموجات مسننة، وموجات الجيب. ومع ذلك، في هذه الأنظمة، واعتبر النظام الجلفانومتر على شكل مربع أسود، في حين كان يتطلب نموذج لنظام الرقابة، وكان لا يعتبر نظام التحكم على شكل مربع أسود. وبالتالي، تتطلب تلك الأساليب التي يتم تحديث نموذجهم لكل مرآة الجلفانومتر. وعلاوة على ذلك، على الرغم من Mnerie وآخرون. التحقق من صحة طريقتهم من وocusing على موجة انتاج مفصلة والمرحلة، لم أبحاثهم لا تشمل تخفيف من موجة بأكملها. في الواقع، في البحوث السابقة لدينا 11، وانخفضت الأرباح بشكل ملحوظ عندما كان التردد الجيبية عالية، مما يدل على ضرورة تعويض لتحقيق مكاسب من موجة بأكملها.

في هذا البحث، ويستند إجراءاتنا لتعويض المكسب مع التحكم PID 12 على تقنية ما قبل التركيز 19، 20، 21 -A طريقة لتحسين نوعية أو سرعة الاتصال في هندسة الاتصالات والتي تمكن من بناء نظام تجريبي باستخدام المعدات الموجودة. ويبين الشكل 1 هيكل التدفق. تقنية ما قبل التركيز قادرة على الحصول مقدما قيمة الانتاج المطلوب من قيمة المدخلات، حيث تحكم PID ليست فعالة، حتى لو كان مرآة الجلفانومتروتعتبر وحدة التحكم في مربعات سوداء. وهذا يتيح لهم توسيع وتيرة ونطاق السعة التي يمكن من خلالها الحصول على مكاسب من 0 ديسيبل دون ضبط المعلمات تحكم PID.

عندما يتم تضخيمه الربح، تختلف خصائص استجابة مرآة الجلفانومتر عموما على ترددات مختلفة، وبالتالي، نحن بحاجة إلى تضخيم كل تردد مع معاملات التضخيم. وهكذا، فإن موجة جيبية مناسبة للتقنية ما قبل التركيز، كما أن هناك وتيرة واحدة فقط في كل موجة جيبية. في هذا البحث، لأن نطبق تعويض مكاسب لإنجاز تعويض الحركة الضبابية، يقتصر إشارة تحكم إلى موجة جيبية المسح الضوئي، وإشارة موجة جيبية يشكل وتيرة واحدة، على عكس موجات أخرى، مثل موجات الثلاثي ومسننة. وعلاوة على ذلك، يتم تحديث إشارة الدخل في المرآة الجلفانومتر على الفور ضمن دورة المقبلة بسبب حلقة مفتوحة بعد ما قبل التركيز يتم تعيين معاملات. وبعبارة أخرى، نحن بحاجة رس يعرفون سوى نسبة المدخلات والمخرجات على اعتبار وحدة تحكم على شكل مربع أسود، وليس مطلوبا نماذج مفصلة. تسمح هذه البساطة النظام لدينا لتكون جزءا لا يتجزأ بسهولة في التطبيقات.

ويتمثل الهدف العام من هذا الأسلوب هو إنشاء الإجراء التجريبي من تعويض الحركة الضبابية كتطبيق من تعويض الربح باستخدام تقنية ما قبل التركيز. تستخدم الأجهزة متعددة في هذه الإجراءات، مثل مرآة الجلفانومتر، وكاميرا، والحزام الناقل، والإضاءة، والعدسة. يشكل البرنامج المركزي البرامج المتقدمة المستخدم مكتوب في C ++ أيضا جزء من هذا النظام. ويبين الشكل 2 التخطيطي من الإعداد التجريبية. المرآة الجلفانومتر بالتناوب مع السرعة الزاوية-تعويض الربح، مما يجعل من الممكن لتقييم كمية طمس من الصور.

Protocol

1. الحصول على بيانات الربح لمرآة الجلفانومتر إصلاح المرآة الجلفانومتر بحيث يتم استقرت عليه لحمايته من التلف بينما تتأرجح. ليس فقط مرآة الجلفانومتر، ولكن أيضا على جثة المرآة الجلفانومتر، تتحرك إذا ليست ثابتة في مكانه?…

Representative Results

وقد تم الحصول على النتائج المقدمة هنا باستخدام AD / DA المجلس وكاميرا. ويبين الشكل (1) والداخلي للتقنية ما قبل التركيز. وبالتالي، فإنه هو جوهر هذه المادة. ليس من الضروري تعيين المعلمات من سيطرة PID بعد الدولة التهيئة. وبالتالي، فإن عملية على الان…

Discussion

تقدم هذه المقالة إجراء قادرة على توسيع نطاق التردد موجة جيبية لتحقيق درجة عالية من الدقة مسار تتبع مع التحكم PID. لأن استجابة مرآة الجلفانومتر محدودة بسبب الجمود، فمن الأهمية بمكان أن استخدام مرآة الجلفانومتر عند المسار السيطرة حاد. ومع ذلك، في هذا البحث، نقترح طريقة …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

الكتاب ليس لديهم الاعترافات.

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

Referências

  1. Bass, M. . Handbook Of Optics. 3, (1995).
  2. Marshall, G. F., Stutz, G. E. . Handbook of optical and laser scanning. , (2011).
  3. Aylward, R. P. Advanced galvanometer-based optical scanner design. Sensor Rev. 23 (3), 216-222 (2003).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Wang, C., Shumyatsky, P., Zeng, F., Zevallos, M., Alfano, R. R. Computer-controlled optical scanning tile microscope. Appl opt. 45 (6), 1148-1152 (2006).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Li, Y. Laser beam scanning by rotary mirrors. II. Conic-section scan patterns. Appl opt. 34 (28), 6417-6430 (1995).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Visioli, R. . Practical PID Control. , (2006).
  14. Vilanova, R., Visioli, A. . PID Control in the Third Millennium. , (2012).
  15. Ortega, R., Kelly, R. PID Self-Tuners: Some Theoretical and Practical Aspects. IEEE Transa Ind Electron. 31 (4), 332-338 (1984).
  16. Mnerie, C., Preitl, S., Duma, V. -. F. Mathematical model of a galvanometer-based scanner: simulations and experiments. Proc SPIE. 8789, 878915 (2013).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).

Play Video

Citar este artigo
Hayakawa, T., Watanabe, T., Senoo, T., Ishikawa, M. Gain-compensation Methodology for a Sinusoidal Scan of a Galvanometer Mirror in Proportional-Integral-Differential Control Using Pre-emphasis Techniques. J. Vis. Exp. (122), e55431, doi:10.3791/55431 (2017).

View Video