Metodología de ganancia de compensación para una exploración sinusoidal de un galvanómetro de espejo en Proporcional-Integral-Diferencial de control Uso Técnicas Pre-énfasis

El objetivo general de este procedimiento es demostrar una técnica para compensar la reducción de ganancia de los espejos de galvanómetro en el seguimiento de la trayectoria de la onda sinusoidal. Uso de control proporcional-integral-diferencial para la compensación del desenfoque de movimiento. Este método se puede aplicar en el campo de la ingeniería óptica a problemas tales como el seguimiento de objetivos, el control de escaneo y la compensación de desenfoque de movimiento.

La principal ventaja de esta técnica es que se basa en parámetros preconfigurados y en la relación entrada-salida, y no requiere modelos de contorno activos adicionales ni hardware. Realiza el experimento en un banco óptico. Y prepara un espejo galvanómetro para montar en el banco.

El espejo debe estar en una plantilla hecha a medida, para evitar que el espejo y su cuerpo se muevan durante las oscilaciones. Coloque la plantilla y el espejo en un soporte óptico. A continuación, fije la montura al banco óptico para continuar.

Controle el espejo con una computadora equipada con una placa A/D D/A. Extienda los cables correctamente conectados desde la placa hasta el espejo. Allí, conecte los cables a las tomas de entrada y posición del espejo galvanómetro.

En la computadora, emplee una interfaz gráfica de usuario para un generador de funciones de onda sinusoidal. Programe la interfaz para realizar múltiples pruebas mientras varía la frecuencia y la amplitud. Para este experimento, utilice un bucle exterior en un rango de frecuencia.

Establezca la frecuencia mínima en 100 hercios. Establezca la frecuencia máxima en 500 hercios. Incrementa la frecuencia en 100 hercios.

El bucle interno está sobre la amplitud del voltaje. Utilice un voltaje mínimo de 10 milivoltios. Para un voltaje máximo, use 500 milivoltios.

Incremente el voltaje en 10 milivoltios. Introduzca la duración de la señal de trayecto de onda sinusoidal como 2000 muestreos. Conduzca el espejo con la computadora y registre simultáneamente su señal de posición y determine su ángulo.

Utilice un archivo separado para guardar los datos de cada frecuencia y cada amplitud de voltaje. Una vez recopilados todos los datos, trace la amplitud de salida en función de la amplitud de entrada para cada una de las frecuencias. Tenga en cuenta que los datos de las frecuencias bajas muestran una mayor amplitud de salida en función de la amplitud de entrada que las frecuencias altas.

Esto demuestra la reducción de la ganancia en función de la frecuencia, que esta técnica compensa. Excluya el comportamiento no lineal y concéntrese en la parte aproximadamente lineal de las gráficas para obtener los coeficientes de pre-énfasis. Este experimento requiere una imagen en movimiento frente al espejo.

Para lograr esto, emplee una cinta transportadora que pueda moverse a 30 kilómetros por hora. La imagen de este experimento, un patrón de textura fina, se ha impreso en cinta adhesiva y se ha aplicado al cinturón. Ahora, pasa a configurar los elementos ópticos.

Coloque una cámara con un teleobjetivo, de modo que pueda utilizar el espejo galvanómetro para seguir el movimiento de la cinta transportadora. Asegúrese de que el espejo del galvanómetro esté conectado a la computadora de control con software de pre-énfasis. Para capturar imágenes decentes, ilumine la cinta transportadora con una fuente de luz adecuada.

En el banco, establezca el enfoque de lente apropiado para la pantalla de la computadora. A continuación, trabaje para sincronizar el espejo y el tiempo de exposición de la cámara. A continuación, introduzca la configuración de la cámara para las imágenes esperadas.

Esta imagen ilustra el tiempo utilizado por el software de activación. En función del tiempo, el ángulo del espejo viene dado por la curva sinusoidal azul. La función de triángulo rojo representa el ángulo de espejo ideal para un escaneo en función del tiempo.

Centra el tiempo de exposición cuando el ángulo está a cero grados y se mueve con una velocidad angular positiva. Aquí es donde se cruzan las dos curvas. Configure el software para que la cámara dispare la mitad del tiempo de exposición antes y finalice la mitad del tiempo de exposición más tarde.

Usando el software de pre-énfasis, ingrese la velocidad de la cinta transportadora en kilómetros por hora. A continuación, introduzca la distancia entre la cámara y el cinturón en metros. El software calculará la velocidad angular requerida.

A continuación, introduzca la frecuencia a la que se acciona el espejo. El software calcula la amplitud de entrada. Utilice la amplitud en el software de pre-énfasis.

Una vez que se hayan ingresado todos los parámetros, regrese a la cinta transportadora. Inicie el movimiento de la cinta a la velocidad utilizada en el software para crear una imagen en movimiento. Inicie el software de control y comience a grabar imágenes de la cámara.

El controlador compensa la inercia del espejo galvanómetro para mejorar el desenfoque de la imagen. Antes de la técnica de pre-énfasis, este era el gráfico de la señal de salida en función de la señal de entrada. Después de aplicar la técnica, esta es la trama.

Casi todas las gráficas de salida están en la recta y igual a x. De manera similar, antes de la técnica de pre-énfasis, esta era la gráfica de ganancia en función de la señal de entrada. Después de aplicar la técnica, casi todos los gráficos de amplitud están en la línea y igual a cero dB.

Esta es una imagen que se colocó en la cinta transportadora, que se muestra cuando la cinta está en reposo. La línea azul indica dónde se tomó el perfil de la derecha. Esta es la misma imagen cuando la cinta transportadora se mueve a 30 kilómetros por hora y no hay ninguna compensación de desenfoque de movimiento activa.

Aquí, hay compensación de desenfoque de movimiento, pero el énfasis previo está inactivo. En esta versión final, tanto la compensación de desenfoque de movimiento como la técnica de pre-énfasis están activas. Representa una gran mejora con respecto a las otras dos opciones.

Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en una hora si se realiza correctamente. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la ingeniería óptica exploraran la compensación del desenfoque de movimiento en el escaneo de alta velocidad.