Name: Gewinn-Kompensationsmethode für eine Sinusförmige Scan eines Galvanometer-Spiegel im Proportional-Integral-Differential Steuerung über Pre-Emphasis-Techniken (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-04T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 1 s
Description: Erfahren Sie eine Kompensationsmethode für Galvanometer-Spiegel bei sinusförmiger Pfadverfolgung mittels Proportional-Integral-Differential-Regelung. Diese Technik minimiert Bewegungsunschärfe in optischen Systemen ohne zusätzliche Hardware.

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1. Erwerb von Gain-Daten für einen Galvanometerspiegel <ol><li> Befestigen Sie den Galvanometerspiegel, so dass er stabilisiert wird sie vor Beschädigung zu schützen, während oszilliert. Nicht nur der Galvanometerspiegel, sondern auch der Körper des Galvanometerspiegels, bewegt sich, wenn nicht an Ort und Stelle mit einem Maße Metall jig mit einem kreisförmigen Loch für den Galvanometerspiegel fixiert. Fixieren Sie die Aufspannvorrichtung auf einen optischen Träger und einer optischen Bank. </li><li> Verbinden BNC-Kabel vom AD / DA-Platine durch einen Anschlußblock mit den Eingangs- und Positionsbuchsen in dem Servotreiber des Galvanometerspiegels. </li><li> Programm des Sinusfunktionsgenerator als eine grafische Benutzerschnittstelle (GUI) unter Verwendung des SDK der AD / DA - Platine mit C ++, die eine beliebigen Frequenz, Amplitude und Dauer einzustellen Lage ist, wie in Abbildung 3 gezeigt. HINWEIS: Dieser maßgeschneiderte Funktionsgenerator trägt 1.5 die zeitlich Kosten für Dauerversuche in Schritt zu schneiden, da der Prozess viele Male durchgeführt wird. </li<html> &gt; <li> Stellen Sie die Frequenz von 100 Hz in 100 Hz-Intervallen bis 500 Hz variieren und die Amplitude eingestellt von 10 mV bis 500 mV in 10 mV-Abständen in der GUI zu variieren. Insgesamt gibt es 250 Kombinationen. Um zu testen, 250 Kombinationen, eine Doppelschleife ist effizient zu implementieren. Die erste Schleife ist für Frequenzen von 100 Hz bis 500 Hz, die 50-mal durchgeführt wird. Die zweite Schleife ist für Amplituden von 10 mV bis 500 mV, die für die 50-mal durchgeführt wird. </li><li> Fügen Sie den Sinuspfadsignal in die AD / DA-Board für 2000 Samplings als Dauer in der GUI. Aufzeichnen gleichzeitig das Positionssignals des Galvanometerspiegels des analogen Wert der AD / DA-Platine zu lesen. In C ++ Codieren eine Bibliothek von AD / DA-Platine verwendet wird, den gleichen Thread zum Schreiben verwendet werden und das Lesen in der Programmierung. Berechnen Sie den aktuellen Winkel des Galvanometerspiegels θ (Schreiben von Informationen) durch diese Gleichung <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq2.jpg" /> wobei t die Zeit,ES / ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpg“/&gt; amplituden, ƒ Frequenz ist. </li><li> Speichern der Positionssignaldaten als CSV-Datei und umfassen den Wert der Frequenz und Amplitude in den Dateinamen. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 1,4-1,6 für 250 Iterationen. </li></ol> 2. Berechnung Pre-Emphasis-Koeffizienten Get <ol><li> Tragen Sie einen Medianfilter für die CSV-Dateien (aufgezeichnete Signale) Rauscheffekte zu vermeiden. Die räumliche Größe des Medianfilters ist 5. </li><li> Das Skript des Spitze-zu-Spitze - Wert (entsprechend der Amplitude multipliziert mit 2) zu berechnen, unter Verwendung von MATLAB für jede der CSV - Datei, wie in 4 (die Graph stellt die Daten des Sinuswellen - Pfades) gezeigt. </li><li> Zeichnen Sie die peak-to-peak - Daten auf eine graphische Darstellung der Linearität bei jeder Frequenz zu bestimmen und begrenzen den Verwendungsbereich der Eingangsamplitude , wenn die Grundstücke nicht linear sind, wie in Abbildung 5 gezeigt. HINWEIS: Der nichtlineare Teil des Graphen stellt Sättigungdie PID-Regelung; daher ist es ratsam, sie zu vermeiden, dass die Begrenzung der Spezifikation der Steuerung zu sichern. </li><li> Execute lineare Regression für peak-to-peak-Daten in einer Kalkulationstabelle, die linearen Interpolationskoeffizienten jeder Frequenz zu erhalten. Bei diesem Verfahren werden fünf Sätze von Steigungen und Schnittpunkte erhalten. Sie entsprechen die Frequenzen von 100 Hz bis 500 Hz bei jedem 100 Hz. Eine Annäherung der geraden Linie von 300 Hz ist in 5 (A) angezeigt, und die linearen Interpolationskoeffizienten jeder Frequenz sind in Tabelle 1 aufgeführt. </li><li> Verwendung von quadratischen multiple lineare Regression, führen die biquadratische Interpolation quartic Interpolationskoeffizienten (Pre-Emphasis-Koeffizienten) in der Tabelle für die linearen Interpolations-Koeffizienten jeder Frequenz zu erhalten. Die Pre-Emphasis - Koeffizienten sind in Tabelle 2 dargestellt. HINWEIS: In dieser Studie unterscheiden sich die linearen Interpolationskoeffizienten in Form einer quadratic-Kurve; Jedoch können auch andere Arten von Funktionen, wie quadratische und kubische Gleichungen angewendet werden, wenn der Fehler minimal ist. </li></ol> 3. Online-Signalverstärkung Basierend auf der Pre-Emphasis-Technik <ol><li> Führen Sie die Software, die den aktualisierten Eingangsamplitudenwert berechnet, <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" /> von dem idealen Eingangsamplitudenwert <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> und die Frequenz ƒ die Preemphasis-Koeffizienten. <ol><li> Speichern Sie die Pre-Emphasis-Koeffizienten als konstante Werte in der C ++ Software. Wenn das Gerät aktualisiert wird, werden diese konstanten Werte ebenfalls aktualisiert. </li><li> Programm eine Funktion <img alt="Gleichung 7" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq7.jpg" /> in der C ++ Software und erhält die linearen Interpolationskoeffizienten. Substituieren sie für einen i, b i, c i, d i,und e i aus der Gleichung und die Tabelle 2. </li><li> Programm eine Funktion <img alt="Gleichung 13" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq13.jpg" /> in der C ++ Software und erhält einen aktualisierten Eingangsamplitudenwert <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" /> als Ersatz für <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> und die linearen Interpolations-Koeffizienten, die in Schritt 3.1.2 wurden erhalten. </li></ol></li><li> Wiederholen Sie die Schritte 1,4-1,6 für beliebige Zeiten mit <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq5.jpg" /> unter Verwendung der Pre-Emphasis-Technik in der GUI.NOTE: Zur Sättigung des Bereichs der PID-Regelung zu vermeiden, setzt 400 mV bis 200 Hz, 200 mV bis 300 Hz, 100 mV für bis zu 400 Hz und 50 mV für bis zu 500 Hz. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 2.2 und Plot Spitze-Spitze-Daten als Grafik, die die Verbesserung der Verstärkung anzuzeigen. </li></ol> 4. Experiment auf der Bewegungsunschärfe Compensation <ol><li> Bereiten Sie ein Förderband, das bei 30 km / h mit einem Riemen bewegen kann, die haften bleiben können Texturen klebrig. Maßgeschneiderte Förderband ist mit einem Drehzahlregelmotor, ein Eisen Gummigurt zusammengesetzt, und so weiter. Es kann mit vorgefertigter Förderband ersetzt werden, die Geschwindigkeit kontrollieren. </li><li> Druck ein Feinstrukturmuster auf bedruckbare Band und füge ihn auf das Förderband. HINWEIS: Die eingefügte Textur ist in 6 gezeigt. Die Streifen werden mit einer Bibliothek „ofxPDF“ in openframeworks programmiert, und das fotografische Bild ist von einem Foto auf Lager Unternehmen. </li><li> Richten Sie optische Geräte wie beispielsweise eine Kamera, eine Linse, und eine Beleuchtungs, wie in Abbildung 2 dargestellt. Platzieren Sie den Galvanometer-Spiegel vor der Linse, die mit der Kamera verbunden ist, und legt die Beleuchtung, das Förderband zu beleuchten. <ol><li> Stellen Sie die Kamera Frequenz auf 333 Hz, die Belichtungszeit wurde auf 1 ms und die Anzahl der Pixel zu 848 * 960 (* Breite Höhe). </li><html></ol></li><li> Synchronisieren der Drehzeitpunkt des Galvanometerspiegel und der Belichtungszeit der Kamera. In der Software, wenn der Winkel des Galvanometerspiegels die Position kommt, wo Belichtung zu starten, sendet das Programm einen Software-Trigger in die Kamera. Der Zeitpunkt des Software - Trigger ist in Abbildung 7 dargestellt. </li><li> Geben Sie die Geschwindigkeit des Förderbandes V t (30 km / h) und der Abstand von der Kamera zu dem Förderband L (3,0 m) zu der Winkelgeschwindigkeit ω r des Galvanometerspiegels in der wie in Abbildung 8 GUI erforderlich zu berechnen. ω r wird wie folgt berechnet: <img alt="Gleichung 18" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq18.jpg" /></li><li> Eingang die Frequenz ƒ (330,0 Hz) in der GUI , wie in Abbildung 8 ursprünglichen Eingangsamplitude zu berechnen <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> . BerechnenGleichung 3&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 55431 / 55431eq3.jpg&quot; /&gt; wie folgt: <img alt="Gleichung 19" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq19.jpg" /></li><li> Kopieren und Einfügen <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq3.jpg" /> in den Quellcode, und drehen Steuerwert θ für das Galvanometer Stelltreiber das Galvanometer mit dem vorverzerrten wie folgt: <img alt="Gleichung 20" src="/files/ftp_upload/55431/55431eq20.jpg" /> wobei t die Zeit ist . Abbildung 7 zeigt , wie θ von A berechnet. </li><li> Aufzeichnung von Bildern , wenn das Förderband bei V t bewegt (30 km / h). HINWEIS: 9 stellt die Bewegung des Förderbandes. </li></ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Dieser Artikel stellt eine Prozedur Lage ist, den Sinuswellenfrequenzbereich erweitert hochgenaue Trajektorie zu erreichen mit dem PID-Regelung zu verfolgen. Da die Reaktionsfähigkeit eines Galvanometer-Spiegel durch seine Trägheit begrenzt ist, ist es wichtig, einen Galvanometerspiegel zu verwenden, wenn der Steuerpfad steil ist. Doch in dieser Forschung schlagen wir eine Methode, um die Spezifikation der Steuerung zu verbessern und dann die Methode unter Beweis stellen, indem experimentelle Ergebnisse zu erhalten. </p...

Verschiedene optische Aktuatoren und Steuerverfahren für verschiedene optische Anwendungen wurden vorgeschlagen und entwickelt , 1, 2. Diese optischen Aktoren sind in der Lage den optischen Weg zu steuern; Galvanometerspiegel bietet vor allem ein gutes Gleichgewicht in Bezug auf Genauigkeit, Geschwindigkeit, Mobilität und Kosten 3, 4, 5. Tatsächlich bot der Vorteil , durch die Geschwindigkeit und die Genauigkeit des Galvanometerspiegel auf die Realisierung einer Vielzahl von optischen Anwendungen geführt hat, wie zum Beispiel der Zielverfolgung und die Zeichnung, Abtaststeuerung und Bewegungsfleckaddierer Kompensations 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Doch in unserem vorherigen Bewegungsfleckaddierer Kompensatim System, ein Proportional-Integral-Differentials (PID) Regler vorgesehen, um eine kleine Verstärkung unter Verwendung ein Galvanometer-Spiegel; daher war es schwierig , eine höhere Frequenz und eine schnellere Geschwindigkeit 11 zu erreichen. Auf der anderen Seite, ist die PID - Regelung ein weit verbreitetes Verfahren, wie es die Verfolgungsgenauigkeit 13 ein bestimmtes Niveau erfüllt. Eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen worden, um die Verstärkung in der PID-Regelung zu korrigieren. Als typische Lösung, wird die Steuerung Parameter PID-Abstimmung manuell durchgeführt. Aber es braucht Zeit und besondere Fähigkeiten zu erhalten. Eine anspruchsvollere Methode, eine Auto-Tuning - Funktion , um automatisch die Parameter zu bestimmen, wurde vorgeschlagen und weithin 14 verwendet wird. Die Tracking-Genauigkeit für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb verbessert wird, unter Verwendung der Auto-Tuning-Funktion, wenn die P proportional erhöht Verstärkungswert. Dies erhöht jedoch auch die Konvergenzzeit und Rauschen im niedrigen Drehzahlbereich. Somit ist die Verfolgungsgenauigkeit nichtt notwendigerweise verbessert. Obwohl ein selbstabgleichenden Regler geeignete Parameter für die PID-Regelung eingestellt werden kann, abgestimmt, stellt die Abstimmspannung eine Verzögerung aufgrund der Notwendigkeit, geeignete Parameter zu erhalten; daher ist es schwierig , dieses Verfahren in Echtzeitanwendungen 15 zu übernehmen. Eine erweiterte PID - Regler 16, 17 und eine erweiterte prädiktive Steuerung 18 wurden vorgeschlagen allgemeine PID - Regelung zu verlängern und die Verfolgungsleistung der Galvanometerspiegel für eine Vielzahl von Spurwegen, wie beispielsweise Dreieckswellen, Sägezahnwellen, und Sinuswellen zu erhöhen. Doch in diesen Systemen wurde das Galvanometer-System als Blackbox betrachtet, während ein Modell des Kontrollsystemes erforderlich war, und das Steuersystem nicht als Blackbox betrachtet. Daher werden diese Verfahren erfordern, dass ihr Modell für jeden Galvanometerspiegel aktualisiert. Darüber hinaus, obwohl Mnerie et al. validiert das Verfahren zu ihrer focusing auf einer detaillierten Ausgangswelle und Phase ihrer Forschung sind nicht die Dämpfung der gesamten Welle. In der Tat, in unserer früheren Forschung 11, wurde die Verstärkung deutlich verringert , wenn die Sinusfrequenz hoch war, wodurch die Notwendigkeit anzeigt , für die Verstärkung der gesamten Welle auszugleichen. In dieser Forschung unsere Verfahren zur Verstärkungskompensation mit PID - Steuerung 12 auf der Grundlage der Pre-Emphasis - Technik 19, 20, 21 -a Verfahren die Qualität oder die Geschwindigkeit der Kommunikation in der Kommunikation zu verbessern Engineering- , die den Aufbau eines experimentellen Systems ermöglicht , unter Verwendung von bestehende Anlagen. Abbildung 1 zeigt die Strömungsstruktur. Die Pre-Emphasis-Technik in der Lage, den gewünschten Ausgabewert von einem Eingangswert im Voraus zu erhalten, wobei die PID-Regelung nicht wirksam ist, auch wenn der Galvanometerspiegelund dessen Steuerung als Black Boxes betrachtet. Dies ermöglicht es ihnen, die Frequenz und Amplitudenbereich zu erweitern, in dem eine Verstärkung von 0 dB können ohne Abstimmung der PID-Regelparameter erhalten werden. Wenn der Verstärkungsfaktor verstärkt wird, unterscheiden sich die Ansprechcharakteristiken des Galvanometerspiegels allgemein bei verschiedenen Frequenzen, und deshalb müssen wir jede Frequenz mit Verstärkungskoeffizienten verstärken. Somit ist eine Sinuswelle, geeignet für die Preemphasis-Technik, da es nur eine Frequenz in jeder Sinuswelle ist. In dieser Studie, da wir Verstärkungskompensation anwenden Bewegungsfleckaddierer Kompensation zu erreichen, wird das Steuersignal an Sinus Abtastung beschränkt, und das Sinuswellensignal bildet eine einzige Frequenz, im Gegensatz zu anderen Wellen, wie beispielsweise dreieckig und Sägezahnwellen. Ferner wird das Eingangssignal in den Galvanometerspiegel unmittelbar aufgrund der offenen Schleife innerhalb des nächsten Zyklus aktualisiert, nachdem die Preemphase-Koeffizienten gesetzt sind. Mit anderen Worten, wir müssen to wissen nur die Eingabe-zu-Ausgabe-Verhältnis der Controller als Blackbox zu betrachten und detaillierte Modellierung ist nicht erforderlich. Diese Einfachheit ermöglicht unser System leicht in Anwendungen eingebettet werden. Das Gesamtziel dieses Verfahrens ist ein experimentelles Verfahren der Bewegungsunschärfe-Kompensation als eine Anwendung von Verstärkungskompensation mit Hilfe der Pre-Emphasis-Technik herzustellen. Mehr Hardware-Vorrichtungen sind in diesen Verfahren, wie beispielsweise einen Galvanometer-Spiegel, eine Kamera, ein Förderband, Beleuchtung und eine Linse verwendet. Zentrale Software-Anwender entwickelten Programme in C ++ geschrieben auch Teil des Systems bilden. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus. Der Galvanometerspiegel dreht sich mit verstärkungskompensierte Winkelgeschwindigkeit, wodurch es möglich wird, die Menge an Unschärfe aus den Bildern zu bewerten.

<table><tbody><tr><td>Galvanometerspiegel</td><td>Cambridge Technology</td><td>M3s X-Achse</td><td></td></tr><tr><td>Sonderanfertigung Metallvorrichtung</td><td>ASKK-Mit</td><td></td> <td>kreisförmigem Loch für Galvanometerspiegel</td></tr><tr><td>Optischer Träger</td><td>SIGMAKOKI</td><td>CAA-60L</td><td></td></tr><tr><td>Optische Bank</td><td>SIGMAKOKI</td><td>OBT-1500LH</td><td></td></tr><tr><td>Oszilloskop</td><td>Tektronix</td><td>MSO 4054</td><td></td></tr><tr><td>AD/DA Platine</td><td>Schnittstelle</td><td>PCI-361216</td><td></td></tr><tr><td>PC</td><td>DELL</td><td>Precision T3600</td><td></td></tr><tr><td>Galvanometer Spiegel Servo Controller</td><td>Cambridge Technology</td><td>Minisax</td><td></td></tr><tr><td>Objektiv</td><td>Nikon</td><td>AF-S NIKKOR 200mm f/2G ED VR II &nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Hochgeschwindigkeitskamera</td><td>Mikrotron</td><td>Eosens MC4083</td><td>Abgekündigt, aber als MC4087 verkauft. Die Kabelverbindung unterscheidet sich von MC4083</td></tr><tr><td>Förderband</td><td>ASUKA</td> <td>-</td> <td>Mit einem Geschwindigkeitsregler Motor (BX5120A-A von Oriental Motor), Eisengummiband (100-F20-800A-J von NOK) und so weiter</td></tr><tr><td>Bedruckbares Band</td><td>A-one</td><td>F20A4-6</td><td></td></tr><tr><td>Fotografische Textur</td><td>Shutterstock, Inc.</td><td>231357754</td><td>Gedrucktes Computer-Motherboard mit Mikroschaltung, Nahaufnahme</td></tr><tr><td>Klemmenblock</td><td>Schnittstelle</td><td>TNS-6851B</td><td></td></tr><tr><td>CoaXPress-Platine</td><td>AVALDATA</td><td>APX-3664</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>mathworks</td><td>MATLAB R2015a</td><td></td></tr></tbody></table>

gewinn-kompensationsmethode für eine sinusförmige scan eines galvanometer-spiegel im proportional-integral-differential steuerung über pre-emphasis-techniken

Gain-compensation Methodology for a Sinusoidal Scan of a Galvanometer Mirror in Proportional-Integral-Differential Control Using Pre-emphasis Techniques

Galvanometerspiegel sind für optische Anwendungen, wie beispielsweise die Zielverfolgung, Zeichnen und Abtaststeuerung wegen ihrer hohen Geschwindigkeit und Genauigkeit verwendet. Jedoch ist die Reaktionsfähigkeit eines Galvanometerspiegels durch seine Trägheit begrenzt; Daher wird die Verstärkung eines Galvanometerspiegels verringert, wenn die Regelstrecke steil ist. In dieser Forschung, schlagen wir ein Verfahren die entsprechende Frequenz unter Verwendung einer Preemphasis-Technik erweitern für die Verstärkungsreduzierung von Galvanometerspiegel in Sinuspfad zu kompensieren Proportional-Integral-Differential (PID) -Steuerung Verfolgung verwendet wird. Die Pre-Emphasis-Technik erhält einen Eingangswert für einen Wert gewünschten Ausgangs im Voraus. Die Anwendung dieser Methode, die Galvanometerspiegel zu steuern, in jeder Frequenz und Amplitude des Ausgangsverstärkung eines Galvanometerspiegels für Pfad sinus Wellennachführung einen PID-Regler verwendet wurde berechnet. Wo PID-Regelung nicht wirksam ist, einen Gewinn von 0 dB Aufrechterhaltung der Bahnverfolgungsgenauigkeit zu verbessern, ist es möglich,erweitern Sie den Geschwindigkeitsbereich, in dem eine Verstärkung von 0 dB kann ohne Abstimmung des PID-Regelparameters erhalten werden. Jedoch, wenn es nur eine Frequenz, Verstärkung ist möglich, mit einem einzigen Preemphase Koeffizienten. Daher ist eine Sinuswelle für diese Technik geeignet ist, anders als dreieckig und Sägezahnwellen. Daher können wir eine Pre-Emphasis-Technik übernehmen die Parameter im Voraus zu konfigurieren, und wir brauchen keine zusätzlichen aktiven Steuerungsmodelle und Hardware herzustellen. Die Parameter werden unmittelbar aufgrund der offenen Schleife innerhalb des nächsten Zyklus aktualisiert, nachdem die Preemphasis-Koeffizienten gesetzt sind. Mit anderen Worten, die Steuerung als Black-Box zu betrachten, brauchen wir nur das Eingangs-Output-Verhältnis und eine detaillierte Modellierung ist nicht erforderlich, wissen. Diese Einfachheit ermöglicht unser System leicht in Anwendungen eingebettet werden. Unsere Methode, um die Pre-Emphasis-Technik für ein Bewegungsunschärfe-Kompensationssystem und das Experiment mit geführt, um die Methode zu bewerten ist, erläutert.

Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden unter Verwendung eines AD / DA-Board und eine Kamera erhalten. Abbildung 1 zeigt die Vorgehensweise der Preemphasis - Technik; Daher ist es der Kern dieses Artikels. Es ist nicht notwendig, die Parameter der PID-Regelung nach der Initialisierung Zustand zu versetzen; damit ist der Online-Prozess deutlich einfacher. Abbildung 10 zeigt die Ergebnisse , di...

Wir schlagen vor, ein Verfahren mit der entsprechenden Frequenz zu erweitern, indem eine Preemphasis-Technik. Dieses Verfahren kompensiert die Verstärkungsreduzierung eines Galvanometerspiegels in Pfad Sinuswellensteuer Proportional-Integral-Differential unter Verwendung von Tracking.

Gewinn-Kompensationsmethode für eine Sinusförmige Scan eines Galvanometer-Spiegel im Proportional-Integral-Differential Steuerung über Pre-Emphasis-Techniken

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, eine Technik zur Kompensation der Verstärkungsabnahme von Galvanometerspiegeln beim Verfolgen von sinusförmigen Bahnen zu demonstrieren. Dabei wird eine proportionale-integrale-differenzielle Regelung zur Kompensation von Bewegungsunschärfe verwendet. Diese Methode kann im Bereich der optischen Technik auf Probleme wie Zielverfolgung, Scan-Regelung und Bewegungsunschärfekompensation angewendet werden.Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie auf vorkonfigurierten Parametern und dem Verhältnis von Eingang zu Ausgang basiert und keine zusätzlichen aktiven Konturmodelle oder Hardware erfordert. Führen Sie das Experiment auf einem optischen Tisch durch und bereiten Sie einen Galvanometerspiegel vor, der auf dem Tisch montiert werden soll.Der Spiegel sollte in einer speziell angefertigten Halterung sein, um zu verhindern, dass der Spiegel und sein Gehäuse während der Schwingungen verrutschen. Stellen Sie die Halterung und den Spiegel in eine optische Aufnahme. Befestigen Sie anschließend die Aufnahme an der optischen Bank, um fortzufahren.Steuern Sie den Spiegel mit einem Computer, der über eine A/D-D/A-Karte verfügt. Führen Sie ordnungsgemäß angeschlossene Kabel von der Karte zum Spiegel und schließen Sie diese dort an die Eingangs- und Positionieranschlüsse des Galvanometerspiegels an.Verwenden Sie am Computer eine grafische Benutzeroberfläche für einen Sinuswellengenerator. Programmieren Sie die Schnittstelle so, dass mehrere Versuche durchgeführt werden, wobei Frequenz und Amplitude variiert werden. Verwenden Sie für dieses Experiment eine äußere Schleife über einen Frequenzbereich.Stellen Sie die Mindestfrequenz auf 100 Hertz ein. Stellen Sie die Höchstfrequenz auf 500 Hertz ein. Erhöhen Sie die Frequenz um 100 Hertz.Die innere Schleife durchläuft die Spannungsamplitude. Verwenden Sie eine minimale Spannung von 10 Millivolt. Als maximale Spannung verwenden Sie 500 Millivolt.Erhöhen Sie die Spannung um 10 Millivolt. Geben Sie die Dauer des Sinuswellen-Pfadsignals als 2000 Abtastungen ein. Treiben Sie den Spiegel mit dem Computer an und nehmen Sie gleichzeitig sein Positionssignal auf, um seinen Winkel zu bestimmen.Verwenden Sie eine separate Datei, um die Daten für jede Frequenz und jede Spannungsamplitude zu speichern. Sobald alle Daten gesammelt sind, tragen Sie die Ausgangsamplitude als Funktion der Eingangsamplitude für jede der Frequenzen auf. Beachten Sie, dass die Daten für die niedrigen Frequenzen eine größere Ausgangsamplitude in Abhängigkeit von der Eingangsamplitude zeigen als die hohen Frequenzen.Dies zeigt die Verringerung der Verstärkung als Funktion der Frequenz, die durch diese Technik kompensiert wird. Blenden Sie das nichtlineare Verhalten aus und konzentrieren Sie sich auf den annähernd linearen Bereich der Diagramme, um die Vorbetonungskoeffizienten zu erhalten. Für dieses Experiment ist ein sich bewegendes Bild im Blickfeld des Spiegels erforderlich.Um dies zu erreichen, verwenden Sie ein Förderband, das sich mit 30 Kilometern pro Stunde bewegen kann. Das Bild für dieses Experiment, ein feines Texturmuster, wurde auf ein Band gedruckt und auf das Förderband aufgebracht. Fahren Sie nun mit dem Aufbau der optischen Elemente fort.Richten Sie eine Kamera mit Teleobjektiv so ein, dass sie mithilfe des Galvanometerspiegels die Bewegung des Förderbandes verfolgen kann. Stellen Sie sicher, dass der Galvanometerspiegel mit dem Steuerrechner verbunden ist, der über eine Pre-Emphasis-Software verfügt. Um brauchbare Bilder aufzunehmen, beleuchten Sie das Förderband mit einer geeigneten Lichtquelle.Stellen Sie am Arbeitsplatz die geeignete Objektivfokussierung für die Computeranzeige ein. Anschließend synchronisieren Sie den Spiegel und die Belichtungszeit der Kamera. Geben Sie danach die Kameraeinstellungen für die erwarteten Bilder ein.Diese Abbildung veranschaulicht die vom Auslöser-Software verwendete Zeitsteuerung. In Abhängigkeit von der Zeit wird der Spiegelwinkel durch die blaue sinusförmige Kurve dargestellt. Die rote Dreieckfunktion repräsentiert den idealen Spiegelwinkel für einen Scan in Abhängigkeit von der Zeit.Zentrieren Sie die Belichtungszeit, wenn der Winkel bei null Grad liegt und sich mit positiver Winkelgeschwindigkeit bewegt. Dies ist der Schnittpunkt der beiden Kurven. Stellen Sie die Software so ein, dass die Kamera jeweils eine halbe Belichtungszeit früher auslöst und eine halbe Belichtungszeit später beendet.Über die Vorverzerrungssoftware geben Sie die Geschwindigkeit des Förderbandes in Kilometern pro Stunde ein. Anschließend geben Sie die Entfernung von der Kamera zum Band in Metern ein. Die Software berechnet die erforderliche Winkelgeschwindigkeit.Geben Sie als Nächstes die Frequenz ein, mit der der Spiegel angesteuert wird. Die Software berechnet die Eingangsamplitude. Verwenden Sie die Amplitude in der Pre-Emphasis-Software.Nachdem alle Parameter eingegeben wurden, kehren Sie zum Förderband zurück. Starten Sie das Band mit der im Software verwendetet Geschwindigkeit, um ein bewegtes Bild zu erzeugen. Starten Sie die Steuersoftware und beginnen Sie mit der Aufnahme von Bildern von der Kamera.Die Steuerung gleicht die Trägheit des Galvanometerspiegels aus, um Bildunschärfe zu verringern. Vor der Anwendung der Voreiltechnik war dies die Darstellung des Ausgangssignals in Abhängigkeit vom Eingangssignal. Nach der Anwendung der Technik ergibt sich folgende Darstellung.Nahezu alle Ausgabediagramme liegen auf der Geraden y gleich x. Ebenso sah vor der Vorenhaltungstechnik das Verstärkungsdiagramm als Funktion des Eingangssignals folgendermaßen aus. Nach Anwendung der Technik liegen nahezu alle Amplitudendiagramme auf der Geraden y gleich null dB.Dies ist ein Bild, das auf dem Förderband platziert wurde und hier gezeigt wird, während das Band ruht. Die blaue Linie zeigt die Stelle an, an der das Profil rechts aufgenommen wurde. Dies ist dasselbe Bild, wenn sich das Förderband mit 30 Kilometern pro Stunde bewegt und keine Kompensation für Bewegungsunschärfe aktiv ist.Hier erfolgt eine Kompensation von Bewegungsunschärfe, aber die Vorbetonung ist inaktiv. In dieser endgültigen Version sind sowohl die Kompensation von Bewegungsunschärfe als auch die Vorbetonungstechnik aktiv. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber den beiden anderen Optionen dar.Wenn man diese Technik einmal beherrscht, kann sie innerhalb einer Stunde durchgeführt werden, sofern sie ordnungsgemäß ausgeführt wird. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik Forschern auf dem Gebiet der optischen Ingenieurwissenschaften den Weg, um die Kompensation von Bewegungsunschärfe bei Hochgeschwindigkeitsabtastungen zu erforschen.

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