$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Zaproponowano i opracowano różne siłowniki optyczne i metody sterowania odpowiednie do różnych zastosowań optycznych1,2. Te siłowniki optyczne są w stanie kontrolować ścieżkę optyczną; Lustra galwanometryczne zapewniają szczególnie dobrą równowagę pod względem dokładności, szybkości, mobilności i kosztów3,4,5. W rzeczywistości przewaga wynikająca z szybkości i dokładności zwierciadeł galwanometrycznych doprowadziła do realizacji różnorodnych zastosowań optycznych, takich jak śledzenie i rysowanie celów, kontrola skanowania i kompensacja rozmycia ruchu6,7,8,9,10,11,12. Jednak w naszym poprzednim systemie kompensacji rozmycia ruchu zwierciadło galwanometryczne wykorzystujące regulator proporcjonalno-całkująco-różnicowy (PID) zapewniało niewielkie wzmocnienie; W związku z tym trudno było osiągnąć wyższą częstotliwość i większą prędkość11.
Z drugiej strony, kontrola PID jest powszechnie stosowaną metodą, ponieważ spełnia pewien poziom dokładności śledzenia13. Zaproponowano różne metody korygowania wzmocnienia w regulacji PID. Typowym rozwiązaniem jest dostrajanie parametrów regulacji PID w sposób ręczny. Jednak utrzymanie go wymaga czasu i specjalnych umiejętności. Zaproponowano bardziej wyrafinowaną metodę, funkcję automatycznego dostrajania do automatycznego określania parametrów, która jest szeroko stosowana14. Dokładność śledzenia w przypadku operacji z dużą prędkością jest poprawiana dzięki funkcji automatycznego dostrajania, gdy proporcjonalna wartość wzmocnienia P wzrasta. Zwiększa to jednak również czas konwergencji i hałas w zakresie niskich prędkości. W związku z tym dokładność śledzenia niekoniecznie ulega poprawie. Chociaż regulator samodostrajający może być dostrojony tak, aby ustawiał odpowiednie parametry dla regulacji PID, strojenie wprowadza opóźnienie ze względu na konieczność uzyskania odpowiednich parametrów; Dlatego trudno jest zastosować tę metodę w aplikacjach czasu rzeczywistego15. Zaproponowano rozszerzony regulator PID16,17 oraz rozszerzony regulator predykcyjny18 w celu rozszerzenia ogólnej kontroli PID i zwiększenia wydajności śledzenia luster galwanometrycznych dla różnych ścieżek śledzenia, takich jak fale trójkątne, fale piłokształtne i fale sinusoidalne. Jednakże w tych systemach system galwanometryczny był uważany za czarną skrzynkę, podczas gdy wymagany był model systemu sterowania, a system sterowania nie był uważany za czarną skrzynkę. W związku z tym metody te wymagają, aby ich model dla każdego lustra galwanometru został zaktualizowany. Co więcej, chociaż Mnerie i in. potwierdzili swoją metodę skupiania się na szczegółowej fali wyjściowej i fazie, ich badania nie obejmowały tłumienia całej fali. W rzeczywistości, w naszych poprzednich badaniach11, wzmocnienie było znacznie zmniejszone, gdy częstotliwość sinusoidalna była wysoka, co wskazuje na konieczność kompensacji wzmocnienia całej fali.
W tym badaniu, nasza procedura kompensacji zysku za pomocą kontroli PID12 opiera się na technice pre-emfazy19,20,21 — metoda poprawy jakości lub szybkości komunikacji w inżynierii komunikacyjnej — która umożliwia budowę eksperymentalnego systemu przy użyciu istniejącego sprzętu. Rysunek 1 przedstawia strukturę przepływu. Technika preemfazy jest w stanie uzyskać z góry pożądaną wartość wyjściową z wartości wejściowej, w której regulacja PID nie jest skuteczna, nawet jeśli lustro galwanometru i jego sterownik są uważane za czarne skrzynki. Dzięki temu mogą rozszerzyć zakres częstotliwości i amplitudy, w którym można uzyskać wzmocnienie 0 dB bez dostrajania parametrów regulacji PID.
Gdy wzmocnienie jest wzmacniane, charakterystyka odpowiedzi lustra galwanometru zazwyczaj różni się przy różnych częstotliwościach, dlatego musimy wzmocnić każdą częstotliwość za pomocą współczynników wzmocnienia. Tak więc fala sinusoidalna jest odpowiednia dla techniki preemfazy, ponieważ w każdej fali sinusoidalnej występuje tylko jedna częstotliwość. W tym badaniu, ponieważ stosujemy kompensację wzmocnienia w celu uzyskania kompensacji rozmycia ruchu, sygnał sterujący jest ograniczony do skanowania fali sinusoidalnej, a sygnał fali sinusoidalnej stanowi pojedynczą częstotliwość, w przeciwieństwie do innych fal, takich jak fale trójkątne i piłokształtne. Ponadto sygnał wejściowy do zwierciadła galwanometru jest aktualizowany natychmiast w następnym cyklu z powodu otwartej pętli po ustawieniu współczynników wstępnego nacisku. Innymi słowy, musimy znać tylko stosunek sygnału wejściowego do wyjściowego, aby traktować sterownik jako czarną skrzynkę, a szczegółowe modelowanie nie jest wymagane. Ta prostota pozwala na łatwe osadzenie naszego systemu w aplikacjach.
Ogólnym celem tej metody jest ustanowienie eksperymentalnej procedury kompensacji rozmycia ruchu jako zastosowania poprzez uzyskanie kompensacji za pomocą techniki preemfazy. W procedurach tych używanych jest wiele urządzeń sprzętowych, takich jak lustro galwanometru, kamera, przenośnik taśmowy, oświetlenie i obiektyw. Częścią systemu są również oprogramowanie centralne, programy tworzone przez użytkowników napisane w języku C++. Rysunek 2 przedstawia schemat konfiguracji eksperymentalnej. Lustro galwanometryczne obraca się z prędkością kątową z kompensacją wzmocnienia, umożliwiając w ten sposób ocenę stopnia rozmycia obrazów.