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 galvanométricos en el seguimiento de trayectorias sinusoidales. Utilizando un control proporcional-integral-derivativo para la compensación del desenfoque por movimiento. Este método puede aplicarse en el campo de la ingeniería óptica a problemas como el seguimiento de objetivos, el control de escaneo y la compensación del desenfoque por movimiento.

La principal ventaja de esta técnica es que se basa en parámetros preconfigurados y en la relación entrada-salida, y no requiere modelos adicionales de contornos activos ni hardware adicional. Realice el experimento en una mesa óptica y prepare un espejo galvanómetro para montarlo sobre la mesa.

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

Controle el espejo con una computadora equipada con una tarjeta A/D D/A. Extienda los cables debidamente conectados desde la tarjeta hasta el espejo. Allí, conecte los cables a las entradas y enchufes de posición del espejo galvanométrico.

En el ordenador, utilice una interfaz gráfica de usuario para un generador de funciones de onda sinusoidal. Programe la interfaz para realizar múltiples ensayos variando la frecuencia y la amplitud. Para este experimento, use un bucle externo sobre un rango de frecuencias.

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

El bucle interno recorre la amplitud de voltaje. Utilice un voltaje mínimo de 10 milivoltios. Para el voltaje máximo, utilice 500 milivoltios.

Aumente el voltaje en 10 milivoltios. Ingrese la duración de la señal de trayectoria sinusoidal como 2000 muestreos. Accione el espejo mediante 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 que se hayan recopilado todos los datos, grafique 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, para la cual esta técnica compensa. Excluya el comportamiento no lineal y enfoque en la porción aproximadamente lineal de las gráficas para obtener los coeficientes de preénfasis. Este experimento requiere una imagen en movimiento a la vista del espejo.

Para lograr esto, emplee una cinta transportadora que pueda moverse a 30 kilómetros por hora. La imagen para este experimento, un patrón de textura fina, se ha impreso sobre una cinta y se ha aplicado a la correa. A continuación, continúe con la configuración de los elementos ópticos.

Coloque una cámara con un objetivo telefoto de manera que pueda utilizar el espejo galvanométrico para rastrear el movimiento de la cinta transportadora. Asegúrese de que el espejo galvanométrico esté conectado al ordenador de control con software de preénfasis. Para capturar imágenes adecuadas, ilumine la cinta transportadora con una fuente de luz apropiada.

En el banco de trabajo, ajuste el enfoque del lente adecuado para la pantalla del ordenador. A continuación, sincronice el espejo y el tiempo de exposición de la cámara. Luego, introduzca los ajustes de la cámara para las imágenes esperadas.

Esta imagen ilustra el cronograma utilizado por el software de disparo. En función del tiempo, el ángulo del espejo está dado por la curva sinusoidal azul. La función triangular roja representa el ángulo ideal del espejo para un barrido en función del tiempo.

Centre el tiempo de exposición cuando el ángulo esté en cero grados y se mueva con una velocidad angular positiva. Aquí es donde se intersectan las dos curvas. Configure el software para que active la cámara la mitad del tiempo de exposición antes y finalice la mitad del tiempo de exposición después.

Utilizando el software de preénfasis, introduzca la velocidad de la cinta transportadora en kilómetros por hora. Luego, ingrese la distancia desde la cámara hasta la cinta 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 preénfasis.

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

el controlador compensa la inercia del espejo galvanométrico para mejorar el desenfoque de la imagen. Antes de la técnica de preénfasis, esta era la gráfica de la señal de salida en función de la señal de entrada. Después de aplicar la técnica, esta es la gráfica.

Casi todos los gráficos de salida están sobre la línea y igual a x. De manera similar, antes de la técnica de preénfasis, este era el gráfico de ganancia en función de la señal de entrada. Después de aplicar la técnica, casi todos los gráficos de amplitud están sobre la línea y igual a cero dB.

Esta es una imagen que fue colocada sobre la cinta transportadora, mostrada cuando la cinta está en reposo. La línea azul indica el lugar donde 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 compensación activa de desenfoque por movimiento.

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

Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en una hora si se lleva a cabo correctamente. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la ingeniería óptica exploraran la compensación del desenfoque por movimiento en escaneos de alta velocidad.