מתודולוגיה רווח-פיצוי עבור סריקה סינוסי המראה גַלוָנוֹמֶטֶר ב פרופורציונלי-אינטגרל-דיפרנציאל בקרה באמצעות טכניקות טרום דגש
Summary
אנו מציעים שיטה להאריך את התדירות המתאימה באמצעות טכניקה טרום דגש. שיטה זו מפצה על הירידה ברווח של מראה גַלוָנוֹמֶטֶר בנתיב גל סינוס מעקב באמצעות שליטת הפרש יחסי-נפרד.
Abstract
מראה גַלוָנוֹמֶטֶר משמשים ליישומים אופטיים כגון מעקב יעד, ציור, ושליטת סריקה בגלל המהירות והדיוק הגבוהה שלהם. עם זאת, התגובה של מראה גַלוָנוֹמֶטֶר מוגבלת על ידי האינרציה שלה; ומכאן, הרווח של מראה גַלוָנוֹמֶטֶר מצטמצם כאשר נתיב הבקרה הוא תלול. במחקר זה, אנו מציעים שיטה להאריך את התדר המתאים באמצעות טכניקה-דגש מראש כדי לפצות על ירידה ברווח של מראות גַלוָנוֹמֶטֶר בנתיב גל סינוס מעקב באמצעות שליטה יחסית-אינטגרלי דיפרנציאלי (PID). הטכניקה טרום הדגש מקבלת ערך קלט עבור ערך תפוקה רצוי מראש. ע"פ שיטה זו כדי לשלוט במראה גַלוָנוֹמֶטֶר, הרווח הגולמי של מראה גַלוָנוֹמֶטֶר בכל תדירות אמפליטודה עבור נתיב גל סינוס מעקב באמצעות בקר PID חושב. איפה מלא PID אינו יעיל, שמירה על רווח של 0 dB כדי לשפר את דיוק מעקב מסלול, אפשרלהרחיב את טווח המהירות שבה רווח של 0 dB ניתן להשיג ללא כוונון הפרמטרים המלאים PID. עם זאת, אם יש תדר אחד בלבד, הגברה אפשרית עם מקדם טרום דגש יחיד. לכן, גל סינוס מתאים הטכניקה הזו, בניגוד גלי משולש זגזג. לפיכך, אנו יכולים לאמץ טכניקה טרום דגש להגדיר את הפרמטרים מראש, ואנחנו לא צריכים להכין מודלי בקרה פעילים נוספים וחומרה. הפרמטרים מתעדכנים מייד בתוך במחזור הבא בגלל הלולאה הפתוחה לאחר המקדמים טרום דגש נקבעים. במילים אחרות, כדי לראות את הבקר כמו קופסה שחורה, אנחנו צריכים לדעת רק את יחס קלט לפלט, וכן מודלים מפורטים אינה נדרשת. פשטות זו מאפשרת למערכת שלנו להיות מוטבעת בקלות ביישומים. השיטה שלנו באמצעות הטכניקה טרום דגש על מערכת פיצוי תנועה-לטשטש את הניסוי נערך על מנת להעריך את השיטה מוסברת.
Introduction
מפעיל שיטות שליטה אופטיות שונים מתאימות ליישומים אופטיים שונים הוצע ופתח 1, 2. מפעילים אופטיים אלה מסוגלים לשלוט על הנתיב האופטי; מראה גַלוָנוֹמֶטֶר במיוחד להציע איזון טוב מבחינת דיוק, מהירות, ניידות, וכן אעלה 3, 4, 5. למעשה, היתרון שמציע את המהירות ודיוק של מראות גַלוָנוֹמֶטֶר הוביל למימוש במגוון יישומים אופטיים, כגון מעקב יעד ציור, שליטת סריקה, ו-הצעה לטשטש פיצוי 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. עם זאת, ב compensati תנועת הטשטוש הקודם שלנועל מערכת, מראה גַלוָנוֹמֶטֶר באמצעות דיפרנציאלי יחסים-אינטגרלי (PID) בקר ספק רווח קטן; ומכאן, היה קשה להשיג תדירות גבוהה יותר, מהירה יותר 11.
מצד השני, בקרת PID היא שיטה הנפוצה ביותר לשימוש, כפי שהוא מספק רמה מסוימת של מעקב דיוק 13. מגוון של שיטות הוצע על מנת לתקן את הרווח בשליטת PID. כפתרון טיפוסי, כוונון פרמטר מלא PID מתנהל באופן ידני. עם זאת, זה לוקח זמן ומיומנות מיוחדת לשמור. שיטה מתוחכמת יותר, פונקצית auto-tuning כדי לקבוע את הפרמטרים באופן אוטומטי, הוצעה והוא בשימוש נרחב 14. דיוק המעקב לפעולות במהירות גבוהה משתפר באמצעות פונקציית Auto-tuning כאשר עליות P ערך רווח היחסיות. עם זאת, זה גם מגדיל את זמן ההתכנסות ורעש בטווח במהירות נמוכה. לפיכך, דיוק המעקב שוםt בהכרח השתפר. למרות בקר כוונון עצמי יכול להיות מכוון להגדיר פרמטרים מתאימים לשליטה PID, כוונון עיכוב בשל הצורך להשיג פרמטרים מתאימים; לפיכך, קשה לאמץ שיטה זו ביישומים בזמן אמת 15. בקר PID מורחב 16, 17 ו בקר חזוי מורחב 18 הוצעו על מנת להאריך בקרה כלכלית PID וכדי לשפר את ביצועי המעקב של מראות גַלוָנוֹמֶטֶר עבור מגוון רחב של מסלולי מעקב, כגון גלי משולש, גלי זגזג, ו גלי סינוס. עם זאת, במערכות אלה, מערכת גַלוָנוֹמֶטֶר נחשבה קופסא שחורה, ואילו מודל של מערכת הבקרה נדרש, ומערכת הבקרה לא נחשבה קופסא שחורה. לפיכך, שיטות אלו דורשות כי המודל שלהם עבור כל מראה גַלוָנוֹמֶטֶר להתעדכן. יתר על כן, למרות שאל Mnerie et. תוקף שיטת F שלהםocusing על גל ואת שלב פלט מפורט, המחקר שלהם לא כלל את ההנחתה של הגל כולו. למעשה, במחקר הקודם שלנו 11, הרווח היה נמוך באופן משמעותי כאשר תדר סינוסי היה גבוה, ובכך המציין את הצורך לפצות על הרווח של הגל כולו.
במחקר זה, ההליך שלנו לפיצוי רווח עם שליטת PID 12 מבוסס על הטכניקה-הדגש מראש 19, 20, 21 -a שיטה כדי לשפר את האיכות או מהירויות תקשורת בתחום תקשורת הנדסה המאפשרת בניית מערכת ניסיונית באמצעות ציוד קיים. איור 1 מציג את מבנה הזרימה. הטכניקה-הדגש מראש הוא מסוגל להשיג מראש את ערך התפוקה הרצוי ערך קלט, שבו שליטת PID היא לא יעילה, גם אם מראה גַלוָנוֹמֶטֶרוההחשבה נחשבת קופסות שחורות. זה מאפשר להם להרחיב את התדירות ואת הטווח משרעת שבו רווח של 0 dB ניתן להשיג ללא כוונון הפרמטרים המלאים PID.
כאשר הרווח מוגבר, מאפייני התגובה המראה גַלוָנוֹמֶטֶר נבדלים בדרך כלל בתדירויות שונות, ולכן, אנחנו צריכים להגביר כל תדר עם מקדמי הגברה. לפיכך, גל סינוס הוא מתאים את הטכניקה טרום דגש, כמו שיש רק בתדר אחד בכל גל סינוס. במחקר זה, כי אנחנו מיישמים פיצוי רווח כדי להשיג פיצוי תנועה-טשטוש, האות המלאה מוגבלת סריקת גל סינוס, ואת האות-גל סינוס מהווה תדר בודד, בניגוד גלים אחרים, כגון גלים משולשים זגזגו. יתר על כן, אות הקלט במראה גַלוָנוֹמֶטֶר מתעדכנת מייד בתוך במחזור הבא בגלל הלולאה הפתוחה לאחר נקבעים מקדמי-הדגש מראש. במילים אחרות, אנחנו צריכים to לדעת רק את יחס קלט לפלט להתייחס הבקר כמו קופסה שחורה, ועל מודלים מפורטים אינה נדרשת. פשטות זו מאפשרת למערכת שלנו להיות מוטבעת בקלות ביישומים.
המטרה הכוללת של שיטה זו היא להקים הליך ניסיוני של פיצוי תנועת טשטוש כיישום ידי פיצוי רווח באמצעות הטכניקה-הדגש מראש. התקני חומרה מרובים משמשים הליכים אלה, כגון מראה גַלוָנוֹמֶטֶר, מצלמה, מסוע, תאורה, ועדשה. תוכנות שפותחו משתמשים מרכזיים שנכתבו ב- C ++ גם מהוות חלק מהמערכת. איור 2 מראה סכמטי של הגדרת הניסוי. המראה גַלוָנוֹמֶטֶר מסתובב עם המהירות הזוויתית-פיצוי רווח, ובכך אפשר להעריך את כמות לטשטש מהתמונות.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מציג הליך מסוגל להרחיב את טווח תדרים-גל סינוס להשיג תלול מסלול-דיוק מעקב עם שליטת PID. בגלל ההיענות של מראה גַלוָנוֹמֶטֶר מוגבל על ידי האינרציה שלה, חשוב להשתמש במראה גַלוָנוֹמֶטֶר כאשר נתיב הבקרה הוא תלול. עם זאת, במחקר זה, אנו מציעים שיטה לשפר את המפרט של שליטה…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
יש המחברים שום תודות.
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).
