Metodologia kompensacji wzmocnienia dla sinusoidalnego skanowania zwierciadła galwanometru w regulacji proporcjonalno-całkowo-różnicowej z wykorzystaniem technik preemfazy

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zaprezentowanie techniki kompensacji redukcji wzmocnienia luster galwanometru podczas śledzenia ścieżki sinusoidalnej, z wykorzystaniem regulacji proporcjonalno-całkująco-różniczkującej do kompensacji rozmycia ruchu. Metoda ta może zostać zastosowana w inżynierii optycznej w takich zagadnieniach jak śledzenie celu, sterowanie skanowaniem oraz kompensacja rozmycia ruchu.

Główną zaletą tej techniki jest to, że opiera się ona na wstępnie skonfigurowanych parametrach oraz stosunku wejścia do wyjścia i nie wymaga dodatkowych aktywnych modeli konturów ani sprzętu. Eksperyment należy przeprowadzić na stole optycznym. Należy również przygotować lustro galwanometru do zamontowania na stole.

Lustro powinno znajdować się w specjalnie wykonanym uchwycie, aby zapobiec przesuwaniu się lustra i jego korpusu podczas oscylacji. Umieść uchwyt wraz z lustrem w uchwycie optycznym. Następnie przymocuj uchwyt do stołu optycznego, aby kontynuować.

Steruj lustrem za pomocą komputera wyposażonego w kartę A/D D/A. Poprowadź prawidłowo podłączone kable z karty do lustra. Następnie podłącz kable do gniazd wejściowego i pozycjonującego lustra galwanometrycznego.

Przy komputerze należy uruchomić graficzny interfejs użytkownika generatora funkcji sinusoidalnych. Zaprogramuj interfejs tak, aby przeprowadzić wiele prób przy jednoczesnej zmianie częstotliwości (Frequency) i amplitudy (Amplitude). W tym doświadczeniu zastosuj pętlę zewnętrzną obejmującą zakres częstotliwości.

Ustaw częstotliwość minimalną na 100 Hertz. Ustaw częstotliwość maksymalną na 500 Hertz. Zwiększaj częstotliwość o 100 Hertz.

Wewnętrzna pętla dotyczy amplitudy napięcia. Należy zastosować minimalne napięcie 10 millivolts. Jako maksymalne napięcie należy przyjąć 500 millivolts.

Zwiększ napięcie o 10 millivoltów. Ustaw czas trwania sygnału ścieżki fali sinusoidalnej na 2000 próbek. Steruj lustrem za pomocą komputera, jednocześnie rejestrując sygnał jego położenia i wyznaczając jego kąt.

Użyj osobnych plików do zapisywania danych dla każdej częstotliwości oraz każdego poziomu amplitudy napięcia. Po zebraniu wszystkich danych wykreśl amplitudę wyjściową jako funkcję amplitudy wejściowej dla każdej z częstotliwości. Zauważ, że dla niskich częstotliwości dane wykazują większą amplitudę wyjściową w funkcji amplitudy wejściowej niż w przypadku wysokich częstotliwości.

Przedstawiono tutaj spadek wzmocnienia w funkcji częstotliwości, który jest kompensowany za pomocą tej techniki. Należy pominąć zachowanie nieliniowe i skupić się na przybliżonej części liniowej wykresów w celu wyznaczenia współczynników preemfazy. Do przeprowadzenia tego doświadczenia wymagany jest ruchomy obraz w polu widzenia lustra.

Aby to osiągnąć, należy zastosować przenośnik taśmowy zdolny do poruszania się z prędkością 30 km/h. Obraz do tego doświadczenia, będący wzorem o drobnej teksturze, został wydrukowany na taśmie i naklejony na pas przenośnika. Teraz należy przejść do konfiguracji elementów optycznych.

Ustaw aparat z teleobiektywem w taki sposób, aby za pomocą lustra galwanometru mógł on śledzić ruch taśmy przenośnika. Upewnij się, że lustro galwanometru jest podłączone do komputera sterującego z oprogramowaniem do preemfazy. Aby uzyskać obrazy dobrej jakości, oświetl taśmę przenośnika odpowiednim źródłem światła.

Przy stanowisku pracy ustaw odpowiednią ostrość obiektywu dla wyświetlacza komputera. Następnie zsynchronizuj lustro i czas naświetlania kamery. Potem wprowadź ustawienia kamery dla oczekiwanych obrazów.

Ten obraz przedstawia synchronizację wykorzystywaną przez oprogramowanie wyzwalające. Kąt lustra w funkcji czasu jest przedstawiony przez niebieską krzywą sinusoidalną. Funkcja trójkątna w kolorze czerwonym reprezentuje idealny kąt lustra dla skanowania w funkcji czasu.

Wycentruj czas naświetlania w momencie, gdy kąt wynosi zero stopni i zmienia się z dodatnią prędkością kątową. Jest to punkt przecięcia obu krzywych. Skonfiguruj oprogramowanie tak, aby wyzwoliło aparat o połowę czasu naświetlania wcześniej i zakończyło naświetlanie o połowę tego czasu później.

Za pomocą oprogramowania do preemfazy wprowadź prędkość taśmociągu w kilometrach na godzinę. Następnie wprowadź odległość od kamery do taśmy w metrach. Oprogramowanie obliczy wymaganą prędkość kątową.

Następnie wprowadź częstotliwość, z jaką sterowane jest lustro. Oprogramowanie obliczy amplitudę wejściową. Wartość tej amplitudy należy wykorzystać w oprogramowaniu do preemfazy.

Po wprowadzeniu wszystkich parametrów należy powrócić do przenośnika taśmowego. Uruchomić taśmę z prędkością ustawioną w oprogramowaniu w celu uzyskania obrazu w ruchu. Uruchomić oprogramowanie sterujące i rozpocząć rejestrację obrazów z kamery.

Kontroler kompensuje bezwładność zwierciadła galwanometru, aby zredukować rozmycie obrazu. Przed zastosowaniem techniki preemfazy wykres sygnału wyjściowego w funkcji sygnału wejściowego prezentował się w ten sposób. Po zastosowaniu tej techniki wykres wygląda następująco.

Prawie wszystkie wykresy wyjściowe znajdują się na linii y = x. Podobnie, przed zastosowaniem techniki preemfazy, tak wyglądał wykres wzmocnienia w funkcji sygnału wejściowego. Po zastosowaniu tej techniki prawie wszystkie wykresy amplitudy znajdują się na linii y = 0 dB.

Jest to obraz przedmiotu umieszczonego na taśmociągu, przedstawiony w stanie spoczynku taśmy. Niebieska linia wskazuje miejsce, w którym wykonano profil widoczny po prawej stronie. Jest to ten sam obraz w sytuacji, gdy taśmociąg porusza się z prędkością 30 km/h i nie jest aktywna żadna kompensacja rozmycia ruchu.

Tutaj zastosowano kompensację rozmycia ruchu, ale preemfaza jest nieaktywna. W tej końcowej wersji zarówno kompensacja rozmycia ruchu, jak i technika preemfazy są aktywne. Stanowi to znaczną poprawę w stosunku do dwóch pozostałych opcji.

Po opanowaniu ta technika może zostać wykonana w ciągu godziny, jeśli jest przeprowadzana prawidłowo. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę badaczom w dziedzinie inżynierii optycznej do badania kompensacji rozmycia ruchu w skanowaniu o wysokiej prędkości.