プリエンファシス技術を用いた比例積分微分制御におけるガルバノメータミラーの正弦波をスキャンするためのゲイン補償方法論

この手順の全体的な目標は、正弦波パストラッキングにおけるガルバノメータミラーのゲイン減少を補償する手法を実証することです。モーションブラー補正に比例-積分-微分制御を使用します。この方法は、光学工学の分野で、ターゲットトラッキング、スキャン制御、モーションブラー補正などの問題に適用できます。

この手法の主な利点は、事前に設定されたパラメータと入出力比に依存し、追加のアクティブ コンター モデルとハードウェアを必要としないことです。光学ベンチで実験を行います。そして、ベンチに取り付けるための検流計ミラーを準備します。

ミラーは、振動中にミラーとその本体が動かないように、カスタムメイドの治具に入れる必要があります。治具とミラーを光学マウントにセットします。次に、マウントを光学ベンチに固定して続行します。

A/D D/Aボードを搭載したコンピューターでミラーを制御します。正しく接続されたケーブルをボードからミラーに延長します。そこで、ケーブルを検流計ミラーの入力ソケットと位置ソケットに接続します。

コンピュータでは、正弦波関数発生器用のグラフィカルユーザーインターフェースを使用します。周波数と振幅を変化させながら複数の試行を実行するようにインターフェースをプログラムします。この実験では、周波数範囲の外側のループを使用します。

[最小周波数] を 100 ヘルツに設定します。[最大周波数] を 500 ヘルツに設定します。周波数を 100 ヘルツずつ増やします。

内側のループは電圧振幅を超えています。最小電圧は10ミリボルトです。最大電圧の場合、500ミリボルトを使用します。

電圧を10ミリボルト増やします。正弦波パス信号の持続時間を 2000 サンプリングとして入力します。ミラーをコンピューターで駆動すると同時に、その位置信号を記録し、角度を決定します。

個別のファイルを使用して、各周波数と各電圧振幅のデータを保存します。すべてのデータが収集されたら、各周波数の入力振幅の関数として出力振幅をプロットします。低周波数のデータは、入力振幅の関数として、高周波数よりも大きな出力振幅を示していることに注意してください。

これは、周波数の関数としてのゲインの減少を示しており、この手法ではこれを補償します。非線形動作を除外し、プロットのほぼ線形部分に焦点を当てて、プリエンファシス係数を取得します。この実験では、鏡の視点に動画が必要です。

これを実現するには、時速30kmで移動できるコンベヤーベルトを使用します。この実験の画像は、きめの細かい模様をテープに印刷し、ベルトに貼り付けました。次に、光学素子のセットアップに進みます。

望遠レンズ付きのカメラを配置して、検流計ミラーを使用してコンベヤーベルトの動きを追跡できるようにします。検流計ミラーがプリエンファシスソフトウェアを使用して制御コンピューターに接続されていることを確認します。まともな画像をキャプチャするには、適切な光源でコンベヤーベルトを照らします。

ベンチで、コンピューターのディスプレイに適したレンズフォーカスを設定します。次に、カメラのミラーと露光時間を同期させる作業を行います。次に、予想される画像のカメラ設定を入力します。

この画像は、トリガーソフトウェアで使用されるタイミングを示しています。時間の関数として、ミラー角度は青い正弦波曲線によって与えられます。赤い三角形の機能は、スキャンの理想的なミラー角度を時間の関数として表します。

角度が 0 度で、正の角速度で移動する場合に、露光時間を中央に配置します。これは、2 つの曲線が交差する場所です。露光時間の半分を早めにカメラをトリガーし、露光時間の半分を後で終了するようにソフトウェアを設定します。

プリエンファシスソフトウェアを使用して、コンベヤベルトの速度をキロメートル/時で入力します。次に、カメラからベルトまでの距離をメートル単位で入力します。ソフトウェアは必要な角速度を計算します。

次に、ミラーが駆動される周波数を入力します。ソフトウェアは入力振幅を計算します。プリエンファシス・ソフトウェアで振幅を使用します。

すべてのパラメータを入力したら、コンベヤベルトに戻ります。ソフトウェアで使用されている速度でベルトを動かし始めて、動画を作成します。制御ソフトウェアを起動し、カメラからの画像記録を開始します。

コントローラーは、ガルバノミラーの慣性を補正して、画像のぼやけを改善します。プリエンファシス手法が登場する前は、これは入力信号の関数として出力信号のプロットでした。この手法を適用した後、これがプロットです。

ほとんどすべての出力プロットは、y が x に等しい線上にあります。同様に、プリエンファシス手法が登場する前は、入力信号の関数としてのゲインのプロットがこれにありました。この手法を適用した後、ほとんどすべての振幅プロットは、yがゼロdBに等しい線上にあります。

これは、ベルトが静止しているときに表示される、コンベヤーベルトに配置された画像です。青い線は、右側のプロファイルが取得された場所を示しています。これは、コンベヤ ベルトが時速 30 km で移動し、モーション ブラー補正がアクティブになっていない場合と同じ画像です。

ここでは、モーションブラー補正がありますが、プリエンファシスは非アクティブです。この最終バージョンでは、モーションブラー補正とプリエンファシス技術の両方がアクティブになっています。これは、他の2つのオプションよりも大幅に改善されています。

このテクニックは、一度習得すれば、適切に実行すれば1時間で完了します。その開発後、この技術は、光学工学の分野の研究者が高速スキャンでのモーションブラー補正を探求する道を開きました。