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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. רכישת הנתונים רווחים עבור Mirror גַלוָנוֹמֶטֶר
- תקן במראה גַלוָנוֹמֶטֶר כך הוא התייצב כדי להגן עליו מפני נזק תוך נדנוד. לא רק במראה גַלוָנוֹמֶטֶר, אלא גם את הגוף של המראה גַלוָנוֹמֶטֶר, נע אם לא קבוע במקום באמצעות לנענע מתכת מחוייט עם חור עגול עבור במראה גַלוָנוֹמֶטֶר. תקן לנענע גבי נושאת אופטית וכן ספסל אופטי.
- חבריו כבלי BNC מלוח AD / DA דרך בלוק מסוף אל ארובות הקלט ומיקום של נהג סרוו המראה גַלוָנוֹמֶטֶר.
- תכנית מחוללת פונקצית גל סינוס כמו ממשק משתמש גרפי (GUI) באמצעות ה- SDK של לוח AD / DA עם C ++, אשר מסוגל לקבוע תדירות שרירותית, משרעת, ומשך, כפי שמוצג באיור 3.
הערה: מחולל פונקציה מותאמת אישית זו תורם חיתוך העלות הזמנית עבור ניסויים רציפים בשלב 1.5, מאז מתנהל המשפט פעמים רבות. > - הגדר את התדירות לערך להשתנות מן 100 הרץ עד 500 הרץ במרווחים 100-הרץ, ולהגדיר את משרעת להשתנות מן 10 mV ל 500 mV ב 10-mV במרווחים של GUI. בסך הכל, 250 שילובים קיימים. כדי לבדוק 250 שילובים, לולאה כפולה יעילה ליישם. הלולאה הראשונה היא לתדרים מ- 100 הרץ עד 500 הרץ, אשר מיושם 50 פעמים. הלולאה השנייה היא עבור אמפליטודות מ 10 mV ל 500 mV, אשר מיושמת עבור 50 פעמים.
- מוסיף את אות נתיב גל סינוס אל לוח AD / DA עבור 2000 דגימות כמו משך ב GUI. במקביל להקליט את עמדת אות המראה גַלוָנוֹמֶטֶר לקרוא את הערך האנלוגי של לוח AD / DA. ב ++ C קידוד באמצעות ספריה של AD / לוח DA, להשתמש בחוט באותו לכתיבה וקריאה בתכנות. לחשב את הזווית הנוכחית של θ במראה גַלוָנוֹמֶטֶר (מידע בכתב) על ידי המשוואה הזו
כאשר t הוא הזמן,es / ftp_upload / 55,431 / 55431eq3.jpg"/> הוא משרעת, ƒ הוא תדר. - שמור את נתוני אותות עמדה כקובץ csv וכוללים את הערך של תדירות אמפליטודה בשם הקובץ שלו.
- חזור על שלבים 1.4 - 1.6 250 חזרות.
2. חישובים כדי להגיע מקדמים טרום דגש
- החל מסנן חציון עבור קבצי CSV (אותות רשם), כדי למנוע תופעות רעש. גודלו המרחבי של מסנן חציון הוא 5.
- הפעל את הסקריפט כדי לחשב את ערך שיא-לשיא (מקביל עם משרעת מוכפלת 2), באמצעות MATLAB עבור כל אחד מקבצי CSV, כפי שמוצג באיור 4 (הגרף מייצג את הנתונים של נתיב גל סינוס).
- מגרש את נתוני שיא-לשיא על גרף לקבוע את הליניאריות בכל תדר, ולהגביל את אזור השימוש של משרעת הקלט כאשר המגרשים הם לינארית, כפי שמוצג באיור 5.
הערה: חלקו ליניארית של הגרף מייצג רוויה שלהשליטה PID; ומכאן, רצוי להימנע משימוש בהם כדי להבטיח את המגבלה של המפרט של שליטה. - Execute רגרסיה ליניארית עבור נתוני שיא-לשיא בגיליון אלקטרוני כדי לקבל את מקדמי אינטרפולציה ליניארית של כל תדר. בתהליך זה, חמישה סטים של מדרונות מיירטים מתקבלים. הם עולים בקנה אחד עם תדרים מ 100 הרץ ל 500 הרץ בכל הרץ 100. קירוב הקו הישר של 300 הרץ מוצג באיור 5 (א), ואת מקדמי אינטרפולציה ליניארית של כל תדר מוצגים בלוח 1.
- באמצעות רגרסיה לינארית מרובה ריבועית, לבצע אינטרפולציה quartic להשיג את מקדמי אינטרפולציה quartic (מקדמי טרום דגש) בגיליון האלקטרוני עבור מקדמי אינטרפולציה ליניארית של כל תדר. המקדמים טרום הדגש מוצגים בלוח 2.
הערה: במחקר זה, מקדמי אינטרפולציה ליניארית להשתנות בצורה של quadratiעקומת ג; עם זאת, סוגים אחרים של פונקציות, כגון משוואות ריבועיות מעוקב, מוחלים אם הטעות היא מינימאלית.
3. הגברת אות מקוונת המבוסס על הטכניקה-הדגש קדם
- הפעל את התוכנה שמחשבת את הערך משרעת קלט המעודכן
מהערך משרעת הקלט האידיאלי 
ואת התדירות ƒ באמצעות המקדמים-דגש מראש. - שמור את המקדמים-דגש מראש כערכים מתמידים בתוכנת C ++. כאשר המכשיר מתעדכן, הערכים הקבועים הללו מתעדכנים גם.
- לתכנת פונקציה
בתוכנת C ++ ולקבל את מקדמי אינטרפולציה ליניארית. החלף אותם עבור i, ב i, c i, i ד,ו- E i מן המשוואה ולוח 2. - לתכנת פונקציה
ב C ++ תוכנה ולקבל ערך משרעת קלט מעודכן כדי להחליף ואת מקדמי אינטרפולציה ליניארית כי התקבלו בשלב 3.1.2.
- חזור על שלבי 1.4 - 1.6 פעמים שרירותיות באמצעות הטכניקה-דגש מראש את GUI.NOTE: כדי למנוע הרוויה של האזור שליטה PID, להגדיר 400 mV עד 200 הרץ, 200 mV עד 300 הרץ, 100 mV עד 400 הרץ, ו 50 mV עד 500 הרץ.
- 2.2 ו העלילה חזור על שלב שיא-לשיא נתונים כגרף להציג שיפור ברווח.
מהערך משרעת הקלט האידיאלי 
ואת התדירות ƒ באמצעות המקדמים-דגש מראש. 
ניסוי 4. על compe Motion לטשטשnsation
- כן מסוע שיכול לנוע לעבר 30 קילומטר / h באמצעות חגורה שיכול לדבוק דביקים טקסטורות. המסוע מחוייטת מורכב עם מנוע מהירות שליטה, חגורת גומי ברזל, וכן הלאה. זה יכול להיות מוחלף עם מסוע מוכן אשר יכול לשלוט במהירות.
- הדפס דפוס עדין ומרקם גבי קלטת להדפסה ולהדביק אותו על המסוע.
הערה: המרקם הודבק מוצג באיור 6. הפסים מתוכנתים באמצעות הספרייה "ofxPDF" ב openFrameworks, ואת הדימוי הצילומי הוא מחברה מדמין. - הגדרת התקנים אופטיים כגון מצלמה, עדשה, וכן תאורה, כפי שמוצג באיור 2. מניח את מראה גַלוָנוֹמֶטֶר מול העדשה אשר מחוברת למצלמה, ומקום התאורה כדי להאיר את המסוע.
- הגדר את תדירות המצלמה 333 הרץ, חשיפת זמן 1 ms, ואת מספר הפיקסלים כדי 848 * 960 (רוחב * גובה).
- סנכרן עיתוי הסיבוב של המראה גַלוָנוֹמֶטֶר ואת זמן החשיפה של המצלמה. בתוך התוכנה, כאשר זווית המראה גַלוָנוֹמֶטֶר מגיעה לתפקיד היכן להתחיל חשיפה, התכנית שולחת הדק תוכנה לתוך המצלמה. התזמון של הדק תוכנה מתואר באיור 7.
- קלט את המהירות של t v המסוע (30 ק"מ / שעה) ואת המרחק מן המצלמה אל L המסוע (3.0 מ ') לחשב נדרש r ω המהירות הזוויתית של המראה גַלוָנוֹמֶטֶר ב GUI כמו באיור 8. r ω מחושב כדלקמן:
- קלט את תדירות ƒ (330.0 הרץ) ב GUI כמו באיור 8 לחשב משרעת קלט המקורי . לחשבמשוואה 3" src = "/ files / ftp_upload / 55,431 / 55431eq3.jpg" /> כדלקמן:
- העתקה והדבקה לתוך קוד המקור, וסובב את גַלוָנוֹמֶטֶר עם θ הערך המלא טרום הדגיש לנהג סרוו גַלוָנוֹמֶטֶר כדלקמן:
כאשר t הוא הזמן. איור 7 ממחיש כיצד θ מחושבת מ- A. - התמונות שיא כאשר המסוע נע ב- t v (30 ק"מ / שעה).
הערה: איור 9 ממחיש את תנועת המסוע.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
התוצאות המוצגות כאן התקבלו באמצעות לוח AD / DA ומצלמה. איור 1 מציג את ההליך של הטכניקה טרום דגש; ולכן, היא הליבה של מאמר זה. זהו צורך להגדיר את הפרמטרים של בקרת PID לאחר שמדינת האתחול; ומכאן, התהליך המקוון הוא פשוט באופן משמעותי.
איור 10 מראה את התוצאות שהושגו על ידי יישום הטכניקה טרום דגש למערכת שלנו. כפי שניתן לראות דמויות 10 (א) ו- 10 (ב), בהתאמה, התברר כי כמעט כל מגרשי פלט הם על הקו y x = וכמעט כל חלקות משרעת הן על קו y = 0 dB.
איורים 11 ו 12 להראות את התוצאות של מערכת היישום שלנו. למרות העובדה שתמונות איורים 11 (ד)ד 12 (ד) היה חד מושפל בהשוואה לאלו דמויים 11 (א) ו- 12 (א), את חדות התמונות דמויות 11 (ד) ו- 12 (ד) השתפרו משמעותי לעומת נתוני 11 (ב) ו 11 (ג) ו- 12 (ב) ו- 12 (ג). איור 11 מראה את הפרופילים שהתקבלו על ידי ניתוח הביצועים כמותית של מערכת פיצוי תנועת הטשטוש שלנו. פרופילי איורים 11 (ב) ו- 11 (ג) הם שטוחים לחלוטין, ואילו כי באיור 11 (ד) הוא קופצני, בגלל הניגוד בין פסי שחור לבן משתפר. הפרופיל באיור 11 (ג) הוא מעט מהמורות, לעומת זה של 11 האיור (B), שכן הרווח הופחת בתדירות גבוהה. מצד השני, אנחנו מוכנים בתמונת מרקם של מעגל מודפס ולהדביק אותו על מסוע ב 
תרשים זרימת איור 1. של הטכניקה-הדגש טרום לבקרה. ההליך מופרד לתוך מחובר ותהליך באינטרנט. כל פעולה מקבילה עם כל שלב בהליך. דמות זו שונתה מ ההפניה 12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 2. סכמטי של הגדרת הניסוי של מערכת פיצוי תנועה טשטוש. המראה גַלוָנוֹמֶטֶר משמש פיצוי רווח. המהירות הזוויתית תואמת את המהירות של המסוע. galvanometeמראה r והמצלמה נשלטים על ידי מחשב. דמות זו שונתה מ ההפניה 11. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 3. GUI של מחולל פונקציה גל סינוס. ממשק פרמטרי קלט. משתמש יכול תדר קלט, משרעת, ומשך עבור גל סינוס יחיד כדי להציל נתוני עמדה. לקבלת גל סינוס איטרטיבי, המשתמש יכול להגדיר את הטווח ואת מרווח של תדירות אמפליטודה. בנוסף, משתמש יכול להגדיר את הזמינות של טכניקה טרום דגש באמצעות לחצן סימון. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. RC = "/ files / ftp_upload / 55,431 / 55431fig4.jpg" />
איור 4. נתונים גולמיים של נתיב גל סינוס שהושג באמצעות המרת מודעות. בתדירות משרעת של 300 הרץ ו 300 mV, בהתאמה, שימשו. השגנו את ערך שיא-לשיא מנתונים אלה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 5. מאפייני תגובת Mirror גַלוָנוֹמֶטֶר. (א) אות קלט (mV) ו אות פלט (mV). (ב) אות קלט (mV) ורווח (dB). דמות זו שונתה מ ההפניה 11. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו. 
איור 6. מסוע ומרקמים שהודבקו על החגורה. הכנו שתי מטרות על המסוע. תמונה זו צולמה כאשר המסוע היה לעצור. יעד 1 הוא סדין של קשקשים והיעד 2 הוא עותק צבעוני של המעגל המודפס. המסוע נע אופקי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
תרשים תזמון איור 7. שליטה אותות. אות גל סינוס (קו כחול) ו אות גל משולשת אידיאלית (קו אדום). הדק תוכנה התרחש בתחילת זמן חשיפה. דמות זו שונתה מ הפניה 11. Ple ASE לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 8. GUI כדי לחשב משרעת קלט מקורי. ממשק פרמטרי קלט. משתמש יכול מהירות קלט של המסוע, מרחק מן המצלמה אל המסוע, ותדירות מלאה. לבסוף, משתמש יכול לקבל משרעת קלט מקורית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 9. Motion של המסוע. המסוע נע ב- t v (30 ק"מ / שעה). הקלטנו את הסרט הזה על ידי שימוש במצלמה דיגיטלית קומפקטית רגילה, זמינה מסחרי."Target = 'מודעה / 55,431 / 9.MOV _ blank'> אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון הזה. (לחץ לחיצה ימנית כדי להוריד.)
איור 10. תוצאות של טכניקה טרום דגש. (א) אמפליטודות של מתחי מוצא אידיאליים בפועל לאחר החלת הטכניקה-הדגש מראש. (ב) רווח נובע הטכניקה טרום הדגש. דמות זו שונתה מ ההפניה 12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 11. תוצאות של שימוש בטכניקה-הדגש מראש עם המערכת שלנו על ידי הגדרת t v ל 30 קילומטר / h אנכית פרופילים אנכיים מקבילים לקווים הכחולים(התמונות הן נחתכו ל- 240 * 225 פיקסלים עבור התצוגה המיושרת). (א) תמונות סטילס. (ב) Image כאשר v t = 30 ק"מ / שעה (פיצוי תנועה טשטוש היה פעיל). (C) תמונה כאשר v t = 30 ק"מ / שעה (פיצוי תנועה טשטוש היה פעיל-דגש מראש היה פעיל). (ד) תמונה כאשר v t = 30 ק"מ / שעה (פיצוי תנועה טשטוש היה פעיל-דגש מראש היה פעיל). דמות זו שונתה מ ההפניה 12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 12. תוצאות של שימוש בטכניקה-דגש קדם ועד תמונת המרקם של מעגל מודפס עם המערכת שלנו כאשר v t היה 30 קילומטר / h אנכית (התמונות הן Trimmed אל 264 * 246 פיקסלים עבור התצוגה המיושרת). (א) תמונות סטילס. (ב) Image כאשר v t = 30 ק"מ / שעה (פיצוי תנועה טשטוש היה פעיל). (C) תמונה כאשר v t = 30 ק"מ / שעה (פיצוי תנועה טשטוש היה פעיל-דגש מראש היה פעיל). (ד) תמונה כאשר v t = 30 ק"מ / שעה (פיצוי תנועה טשטוש היה פעיל-דגש מראש היה פעיל). דמות זו שונתה מ ההפניה 12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
| מקדמי אינטרפולציה לינארית | ||
| F [Hz] | k (1, ו) | k (0, ו) |
| 100 | 1.0271 | -3.7321 </ Td> |
| 200 | 1.2053 | -3.7107 |
| 300 | 1.7570 | -4.2157 |
| 400 | 2.7891 | -9.1564 |
| 500 | 4.3559 | -14.931 |
רשימת טבלת 1. אינטרפולציה ליניארית מקדמת עבור תדר בכל. הפרמטרים מחושבים בשלב 2.4. טבלה זו שונתה הפניה 12.
| מקדמי פולינום quartic | |||||
| אני | א | ב | ג | ד | e |
| 0 | -2.16E-11 | 3.93E-08 | 5.51E-07 | -8.16E-04 | 1.07E + 00 |
| 1 | 6.30E-10 | -7.81E-07 | 2.35E-04 | -2.50E-02 | -2.86E + 00 |
רשימת לוח 2. quartic פולינום מקדמי. הפרמטרים מחושבים בשלב 2.5. טבלה זו שונתה הפניה 12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 ולאחר מכן להוכיח את השיטה על ידי השגת תוצאות הניסוי.
בנוהל שלנו, צעד 2.5 הוא השלב הקריטי ביותר. נקבל את המקדמים טרום דגש מן מקדמי אינטרפולציה ליניארית לנצל בתדירות שרירותית. בלי השלב הזה, אנחנו יכולים להשתמש בתדרים דיסקרטיים בלבד. יש הנוהל שלנו הוא לא מקוון חלקים באינטרנט. החלק המחובר הוא הכרחי על מנת להשתמש במכשיר במהלך השלב הראשוני; עם זאת, זה לוקח זמן להשיג-דגש מראש. לפיכך, זה הגיוני לעבור ממדיניות מוניטרית ידנית תהליך אוטומטי. בשלב 2.4, עשינואשתמש בחלק ליניארית של הנתונים באופן ידני, ניתן להחליף אותו על ידי צעד אוטומטי עם היכולת להכיר את הליניאריות. הכנו תסריט תהליך נפרד Matlab ו- בגיליון אלקטרוני; עם זאת, ההליך ניתן לפשט ידי יצירת תוכנית אחת ב- C ++ עם GUI.
לטכניקה זו יש המגבלה הבאה: זה אינו חל על מצבים שבם האות המוגבר אינו מגיע עוצמת האות האידיאלית. במקרה כזה, המכשיר עצמו היה גם דורש גדל מומנט או במראה אמור להיות קל. היתרון של שיטה זו הוא שהיא יכולה לתרום הפחתת עלויות בעת עדכון מערכות בקרה באמצעות כל גל סינוס. למרות פונקצית auto-tuning ניתן לקבוע פרמטרים כמו אתחול, שיטה זו צריכה לקבוע פרמטרים שוב כאשר תדירות אמפליטודה הן 14 ומגוונים. בנוסף, בקר כוונון עצמי יכול לקבוע פרמטרים בזמן אמת, הוwever הכוונון לוקח עיכוב 15. הסיבה לכך היא, שבניגוד לשיטות קודמות, הטכניקה המוצעת משפרת בקלות ביצועים ללא הצורך לשנות את פרמטרי השליטה מפעילה ובקרת PID לאחר שמדינת האתחול הסתיימה כאשר התדירות ואת משרעת להשתנות 14, 15. לפיכך, התהליך המקוון הוא פשוט יותר באופן משמעותי והוא יכול לשמש בזמן אמת. עם זאת, כפי שבדקנו ההליך שלנו במכשיר אחד בלבד, יש צורך לבדוק אותו במכשירים אחרים גם כן. השיטה שלנו היא ישימה כלל למכשירים אחרים, כמו שהסתכלנו מערכת גַלוָנוֹמֶטֶר ואת הבקר כמערכות קופסא שחורה, בניגוד לשיטות קיימות 16, 17, 18. בקר PID האריך 16, 17 ו בקר חזוי מורחב 18 הם מאפשרים to לשפר את ביצועי המעקב של מראות גַלוָנוֹמֶטֶר עבור מגוון רחב של מסלולי מעקב, לעומת זאת, מערכות גַלוָנוֹמֶטֶר והבקרים שלהם הן מערכות קופסא שחורה.
לבסוף, בעתיד, טכניקה זו יכולה להיות מיושמת ביישומים אופטיים כגון מעקב יעד ציור, שתיהן משתמשים מעקב נתיב גל סינוס. זה יהיה אפשרי להאריך בטכניקה זו כדי להשתמש אות גל שרירותית בנויה עם גל סינוס.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
החוקרים אין לחשוף.
Acknowledgments
יש המחברים שום תודות.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Galvanometer mirror | Cambridge Technology | 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 | Cambridge Technology | Minisax | |
| Lens | Nikon | 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, 2nd ed, (1995).
- Marshall, G. F., Stutz, G. E. Handbook of optical and laser scanning. , CRC Press. (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, Cm 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. , Springer-Verlag London. London. (2006).
- Vilanova, R., Visioli, A. PID Control in the Third Millennium. , Springer-Verlag London. London. (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).
