THORLABS DSC1 kompaktni digitalni servo kontroler

Tehnički podaci:

• Naziv proizvoda: DSC1 kompaktni digitalni servo kontroler
• Preporučena uporaba: S Thorlabsovim fotodetektorima i aktuatorima
• Kompatibilni aktuatori: Piezo amprazvodnici, pokretači laserskih dioda, TEC kontroleri, elektrooptički modulatori
• Sukladnost: CE/UKCA oznake

Upute za uporabu proizvoda

Uvod

Namjena: DSC1 je kompaktni digitalni servo kontroler dizajniran za opću laboratorijsku upotrebu u istraživanju i industriji. DSC1 mjeri voltage, izračunava povratni signal u skladu s upravljačkim algoritmom odabranim od strane korisnika i daje voltage. Proizvod se smije koristiti samo u skladu s uputama opisanim u ovom priručniku. Svaka druga uporaba poništit će jamstvo. Svaki pokušaj reprogramiranja, rastavljanja binarnih kodova ili na drugi način mijenjanja tvorničkih strojnih uputa u DSC1, bez pristanka Thorlabsa, poništit će jamstvo. Thorlabs preporučuje korištenje DSC1 s Thorlabsovim fotodetektorima i aktuatorima. nprampmanje od Thorlabsovih aktuatora koji su prikladni za korištenje s DSC1 su Thorlabsovi piezo amprazvodnici, pokretači laserskih dioda, kontroleri termoelektričnih hladnjaka (TEC) i elektrooptički modulatori.

Objašnjenje sigurnosnih upozorenja

BILJEŠKA Označava informacije koje se smatraju važnima, ali nisu povezane s opasnošću, kao što je moguće oštećenje proizvoda.
Oznake CE/UKCA na proizvodu su izjava proizvođača da je proizvod u skladu s bitnim zahtjevima relevantnih europskih zakona o zdravlju, sigurnosti i zaštiti okoliša.
Simbol kante za otpatke na proizvodu, dodacima ili pakiranju označava da se ovaj uređaj ne smije tretirati kao nerazvrstani komunalni otpad, već da se mora prikupljati odvojeno.

Opis
Thorlabsov DSC1 digitalni servo kontroler je instrument za povratnu kontrolu elektro-optičkih sustava. Uređaj mjeri ulazni voltage, određuje odgovarajuću povratnu voltage kroz jedan od nekoliko kontrolnih algoritama, i primjenjuje ovu povratnu informaciju na izlazni voltage kanal. Korisnici mogu odabrati konfiguraciju rada uređaja putem integriranog zaslona osjetljivog na dodir, grafičkog korisničkog sučelja za udaljeno računalo (GUI) ili kompleta za razvoj softvera za udaljeno računalo (SDK). Servo kontroler samples voltage podatke sa 16-bitnom rezolucijom kroz koaksijalni SMB ulazni priključak na 1 MHz.

Za točnije objtagMjerenja, aritmetički sklop unutar uređaja daje prosjek svake dvije samples za djelotvoran sampfrekvencija od 500 kHz. Digitalizirane podatke obrađuje mikroprocesor velikom brzinom koristeći tehnike digitalne obrade signala (DSP). Korisnik može birati između SERVO i PEAK algoritama upravljanja. Alternativno, korisnik može testirati odgovor sustava na DC voltage za određivanje zadane vrijednosti servo s RAMP način rada, koji daje nazubljeni val sinkroni s ulazom. Ulazni kanal ima tipičnu propusnost od 120 kHz. Izlazni kanal ima tipičnu propusnost od 100 kHz. Fazno kašnjenje od -180 stupnjeva ulazno-izlaznog volumenatagPrijenosna funkcija ovog servo kontrolera obično je 60 kHz.

Tehnički podaci

Tehnički podaci

Radne specifikacije
Propusnost sustava	DC do 100 kHz
Frekvencija ulaza u izlaz -180 stupnjeva	>58 kHz (60 kHz tipično)
Nazivni ulaz Sampling Rezolucija	16 bita
Nazivna izlazna razlučivost	12 bita
Maksimalni ulazni voltage	±4 V
Maksimalni izlazni voltageb	±4 V
Maksimalna ulazna struja	100 mA
Prosječna razina buke	-120 dB V2/Hz
Najniža razina buke	-105 dB V2/Hz
Ulazni RMS šumc	0.3 mV
Ulaz Sampling Frekvencija	1 MHz
Učestalost ažuriranja PID-ad	500 kHz
Frekvencijski raspon modulacije Peak Lock	100 Hz – 100 kHz u koracima od 100 Hz
Završetak ulaza	1 MΩ
Izlazna impedancijab	220 Ω

• a. Ovo je frekvencija na kojoj izlaz dostiže fazni pomak od -180 stupnjeva u odnosu na ulaz.
• b. Izlaz je dizajniran za spajanje na uređaje s visokim Z (>100 kΩ). Spajanje uređaja s nižim ulaznim završetkom, Rdev, smanjit će izlazni volumentage raspon prema Rdev/(Rdev + 220 Ω) (npr. uređaj s završetkom od 1 kΩ dat će 82% nominalne izlazne vol.tage raspon).
• c. Širina pojasa integracije je 100 Hz – 250 kHz.
• d. Niskopropusni filtar smanjuje artefakte digitalizacije u izlaznoj kontroli voltage, što rezultira izlaznom propusnošću od 100 kHz.

Električni zahtjevi
Opskrba Voltage	4.75 – 5.25 V DC
Struja napajanja	750 mA (maks.)
Raspon temperaturea	0 °C do 70 °C

• a Temperaturni raspon u kojem uređaj može raditi bez Optimalni rad se događa kada je blizu sobne temperature.

Zahtjevi sustava
Operativni sustav	Windows 10® (preporučeno) ili 11, potreban je 64-bitni sustav
Memorija (RAM)	Minimalno 4 GB, preporučeno 8 GB
Storage	300 MB (min.) dostupnog prostora na disku
Sučelje	USB 2.0
Minimalna razlučivost zaslona	1200 x 800 piksela

Mehanički crteži 

Pojednostavljena izjava o sukladnosti
Potpuni tekst EU izjave o sukladnosti dostupan je na sljedećoj internet adresi: https://Thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=16794

FCC oznaka 

Bilješka: Ova je oprema testirana i utvrđeno je da je u skladu s ograničenjima za digitalne uređaje klase A, u skladu s dijelom 15 FCC pravila. Ova su ograničenja osmišljena kako bi pružila razumnu zaštitu od štetnih smetnji kada oprema radi u komercijalnom okruženju. Ova oprema generira, koristi i može zračiti radiofrekventnu energiju i, ako nije instalirana i korištena u skladu s uputama za uporabu, može uzrokovati štetne smetnje radijskoj komunikaciji. Rad ove opreme u stambenom području vjerojatno će uzrokovati štetne smetnje u kojem će slučaju korisnik morati ispraviti smetnje o vlastitom trošku.

Sigurnosna upozorenja: Oznake CE/UKCA označavaju usklađenost s europskim zakonodavstvom o zdravlju, sigurnosti i zaštiti okoliša.

Operacija

Osnove: Upoznajte se s osnovnim funkcijama DSC1.

Petlje uzemljenja i DSC1: Osigurajte ispravno uzemljenje kako biste izbjegli smetnje.

Napajanje DSC1: Spojite izvor napajanja slijedeći priložene smjernice.

Zaslon osjetljiv na dodir 

Pokretanje sučelja zaslona osjetljivog na dodir 
Nakon spajanja na napajanje i kratkog zagrijavanja, manje od jedne sekunde, DSC1 će osvijetliti integrirani zaslon osjetljiv na dodir i zaslon će reagirati na unose.

Rad zaslona osjetljivog na dodir u SERVO načinu rada
SERVO način rada implementira PID regulator.

Slika 2 Zaslon osjetljiv na dodir u servo načinu rada s PID regulatorom uključenim u PI načinu rada. 

• PV (procesna varijabla) numerička vrijednost pokazuje AC RMS voltage ulaznog signala u voltima.
• OV (izlazni voltage) numerička vrijednost pokazuje prosječni output voltage iz DSC1.
• Kontrola S (setpoint) postavlja zadanu vrijednost servo petlje u voltima. 4 V je maksimum, a -4 V minimalno dopušteno.
• Kontrola O (pomak) postavlja DC pomak servo petlje u voltima. 4 V je maksimum, a -4 V minimalno dopušteno.
• P (proporcionalna) kontrola postavlja proporcionalni koeficijent pojačanja. To može biti pozitivna ili negativna vrijednost između 10-5 i 10,000 XNUMX, označena u inženjerskoj notaciji.
• I (integralna) kontrola postavlja koeficijent integralnog pojačanja. To može biti pozitivna ili negativna vrijednost između 10-5 i 10,000 XNUMX, zabilježena u inženjerskoj notaciji.
• Kontrola D (derivacije) postavlja koeficijent pojačanja derivacije. To može biti pozitivna ili negativna vrijednost između 10-5 i 10,000 XNUMX, označena u inženjerskoj notaciji.
• Prekidač STOP-RUN onemogućuje i uključuje servo petlju.
• Gumbi P, I i D omogućuju (osvijetljeni) i onemogućuju (tamnoplavi) svaki dobitaktage u PID servo petlji.
• SERVO padajući izbornik omogućuje korisniku odabir načina rada.
• Zeleni trag pokazuje trenutnu zadanu vrijednost. Svaka točka je udaljena 2 µs na X-osi.
• Zlatni trag prikazuje trenutno izmjereni PV. Svaka točka je udaljena 2 µs na X-osi.

Rad zaslona osjetljivog na dodir u RAMP Način rada 
RAMP način rada daje pilasti val koji može konfigurirati korisnik amplitude i offset.

• PV (procesna varijabla) numerička vrijednost pokazuje AC RMS voltage ulaznog signala u voltima.
• OV (izlazni voltage) numerička vrijednost pokazuje prosječni output voltage primjenjuje uređaj.
• Kontrola O (pomak) postavlja DC pomak ramp izlaz u voltima. 4 V je maksimum, a -4 V minimalno dopušteno.
• A (amplitude) kontrola postavlja amplituda ramp izlaz u voltima. 4 V je maksimum, a -4 V minimalno dopušteno.
• Prekidač STOP-RUN onemogućuje odnosno uključuje servo petlju.
• RAMP padajući izbornik omogućuje korisniku odabir načina rada.
• Zlatni trag prikazuje odgovor postrojenja sinkroniziran s izlaznim voltage. Svaka točka je razmaknuta 195 µs na X-osi.

Rad zaslona osjetljivog na dodir u načinu rada PEAK
Način rada PEAK implementira kontroler traženja ekstrema s frekvencijom modulacije koju može konfigurirati korisnik, amplituda i konstanta integracije. Imajte na umu da su modulacija i demodulacija uvijek aktivne kada je uređaj u načinu rada PEAK; Run-stop sklopka se aktivira i deaktivira integralno pojačanje u petlji upravljanja podrhtavanjem.

• PV (procesna varijabla) numerička vrijednost pokazuje AC RMS voltage ulaznog signala u voltima.
• OV (izlazni voltage) numerička vrijednost pokazuje prosječni output voltage primjenjuje uređaj.
• Brojčana vrijednost M (multiplikator frekvencije modulacije) pokazuje umnožak frekvencije modulacije od 100 Hz. Na primjerample, ako je M = 1 kao što je prikazano, frekvencija modulacije je 100 Hz. Najveća frekvencija modulacije je 100 kHz, s vrijednošću M od 1000. Općenito, preporučljive su više frekvencije modulacije, pod uvjetom da upravljački aktuator reagira na toj frekvenciji.
• A (amplitude) kontrola postavlja ampjačina modulacije u voltima, označena u inženjerskoj notaciji. 4 V je maksimum, a -4 V minimalno dopušteno.
• Kontrola K (peak lock integral coefficient) postavlja konstantu integracije regulatora, s jedinicama V/s, označenim u inženjerskoj notaciji. Ako korisnik nije siguran kako konfigurirati ovu vrijednost, obično se preporučuje započeti s vrijednošću oko 1.
• Prekidač STOP-RUN onemogućuje odnosno uključuje servo petlju.
• Padajući izbornik PEAK omogućuje korisniku odabir načina rada.
• Zlatni trag prikazuje odgovor postrojenja sinkroniziran s izlaznim voltage. Svaka točka je razmaknuta 195 µs na X-osi.

Softver
Softver digitalnog servo kontrolera dizajniran je tako da omogući kontrolu nad osnovnom funkcionalnošću putem računalnog sučelja i pruža prošireni skup alata za analizu za korištenje kontrolera. Na primjerample, GUI uključuje dijagram koji može prikazati ulazni voltage u frekvencijskoj domeni. Osim toga, podaci se mogu izvesti kao .csv file. Ovaj softver omogućuje korištenje uređaja u servo, peak ili ramp modovi s kontrolom nad svim parametrima i postavkama. Odgovor sustava može biti viewed kao ulazni voltage, signal pogreške ili oboje, bilo u prikazima vremenske domene ili frekvencijske domene. Više informacija potražite u priručniku.

Pokretanje softvera
Nakon pokretanja softvera kliknite na "Poveži" za popis dostupnih DSC uređaja. Istovremeno se može kontrolirati više DSC uređaja.

Slika 5
Zaslon za pokretanje softvera DSCX klijenta.

Slika 6 Prozor za odabir uređaja. Pritisnite OK za povezivanje s odabranim uređajem.

Kartica servo softvera
Kartica Servo omogućuje korisniku da upravlja uređajem u servo načinu rada s dodatnim kontrolama i prikazima osim onih koje nudi ugrađeno korisničko sučelje zaslona osjetljivog na dodir na samom uređaju. Na ovoj kartici dostupni su prikazi procesne varijable u vremenskoj ili frekvencijskoj domeni. Odgovor sustava može biti viewed kao procesna varijabla, signal greške ili oboje. Signal pogreške je razlika između procesne varijable i zadane vrijednosti. Korištenjem tehnika analize upravljanja, impulsni odziv, frekvencijski odziv i fazni odziv uređaja mogu se predvidjeti, uz određene pretpostavke o ponašanju sustava i koeficijentima pojačanja. Ovi se podaci prikazuju na kartici servo kontrole tako da korisnici mogu preventivno konfigurirati svoj sustav prije početka kontrolnih eksperimenata.

Slika 7 Softversko sučelje u Ramp način rada s prikazom u frekvencijskoj domeni. 

• Enable X Gridlines (Omogući X Gridlines): Označavanjem okvira omogućuju se X Gridlines.
• Omogući Y rešetke: Označavanjem okvira omogućuju se Y rešetke.
• Gumb Pokretanje/Pauza: Pritiskom na ovaj gumb započinje/zaustavlja se ažuriranje grafičkih informacija na zaslonu.
• Prebacivanje frekvencije/vremena: Prebacuje se između crtanja u frekvencijskoj i vremenskoj domeni.
• Prebacivanje PSD / ASD: Prebacuje između spektralne gustoće snage i amplitude spektralna gustoća vertikalne osi.
• Prosječno skeniranje: prebacivanje ovog prekidača omogućuje i onemogućuje prosjek u frekvencijskoj domeni.
• Skeniranja u prosjeku: Ova numerička kontrola određuje broj skeniranja za prosjek. Minimalno je 1 skeniranje, a najviše 100 skeniranja. Strelice gore i dolje na tipkovnici povećavaju i smanjuju broj skeniranja u prosjeku. Slično, tipke gore i dolje uz kontrolu povećavaju i smanjuju broj skeniranja u prosjeku.
• Učitaj: pritiskom na ovaj gumb na ploči Referentni spektar korisnik može odabrati referentni spektar spremljen na računalu klijenta.
• Spremi: Pritiskom na ovaj gumb na ploči Referentnog spektra korisnik može spremiti trenutno prikazane podatke o frekvenciji na svoje računalo. Nakon klika na ovaj gumb, spremanje file dijaloški okvir omogućit će korisniku odabir mjesta pohrane i unos file naziv za svoje podatke. Podaci se spremaju kao vrijednost odvojena zarezima (CSV).
• Prikaži referencu: Označavanjem ovog okvira omogućuje se prikaz posljednjeg odabranog referentnog spektra.
• Autoscale Y-Axis: Označavanje okvira omogućuje automatsko postavljanje ograničenja prikaza Y-osi.
• Autoscale X-Axis: Označavanje okvira omogućuje automatsko postavljanje ograničenja prikaza X-osi.
• Zapis X-osi: Označavanjem okvira prebacujete se između logaritamskog i linearnog prikaza X-osi.
• Pokreni PID: Omogućavanje ovog prekidača omogućuje servo petlju na uređaju.
• O Numerički: Ova vrijednost postavlja pomak voltage u voltima.
• SP Numerički: Ova vrijednost postavlja zadanu vrijednost voltage u voltima.
• Kp Numerički: Ova vrijednost postavlja proporcionalni dobitak.
• Ki numerički: Ova vrijednost postavlja integralni dobitak u 1/s.
• Kd Numerički: Ova vrijednost postavlja dobitak derivacije u s.
• Gumbi P, I, D: ovi gumbi omogućuju proporcionalno, integralno i derivacijsko pojačanje kada su osvijetljeni.
• Run/stop prekidač: prebacivanje ovog prekidača omogućuje i onemogućuje kontrolu.

Korisnik također može koristiti miš za promjenu opsega prikazanih informacija: 

• Kotačić miša povećava i smanjuje prikaz prema trenutnom položaju pokazivača miša.
• SHIFT + klik mijenja pokazivač miša u znak plus. Nakon toga će lijeva tipka miša povećati položaj pokazivača miša za faktor 3. Korisnik također može povući i odabrati područje grafikona za zumiranje kako bi stalo.
• ALT + klik mijenja pokazivač miša u znak minus. Nakon toga će se lijeva tipka miša udaljiti od položaja pokazivača miša za faktor 3.
• Pokreti širenja i stiskanja prstiju na podlozi miša ili dodirnom zaslonu povećat će odnosno umanjiti grafikon.
• Nakon pomicanja, klik lijevom tipkom miša omogućit će korisniku pomicanje povlačenjem miša.
• Desnim klikom na grafikon vratit ćete zadani položaj grafikona.

Ramp Kartica softvera
Ramp pruža usporedivu funkcionalnost s ramp karticu na ugrađenom zaslonu osjetljivom na dodir. Prebacivanje na ovu karticu stavlja povezani uređaj u ramp način rada.

Slika 8
Softversko sučelje u Ramp način rada.

Uz kontrole dostupne u Servo modu, Ramp mod dodaje: 

• Amplitude Numerički: Ova vrijednost postavlja skeniranje ampjačina u voltima.
• Numerički pomak: Ova vrijednost postavlja pomak skeniranja u voltima.
• Pokreni / Zaustavi Ramp Prebacivanje: Prebacivanje ovog prekidača omogućuje i onemogućuje ramp.

Kartica Peak Software 
Kartica Peak Control pruža istu funkcionalnost kao način rada PEAK na ugrađenom korisničkom sučelju, s dodatnim uvidom u prirodu povratnog signala iz sustava. Prebacivanje na ovu karticu prebacuje povezani uređaj u PEAK način rada.

Slika 9 Softversko sučelje u načinu rada Peak s prikazom u vremenskoj domeni.

Uz kontrole dostupne u Servo načinu rada, Peak način rada dodaje: 

• Amplitude numeric: Ova vrijednost postavlja modulaciju ampjačina u voltima.
• K numerički: Ovo je integralni koeficijent blokade vrha; vrijednost postavlja konstantu integralnog pojačanja u V/s.
• Numerički pomak: Ova vrijednost postavlja pomak u voltima.
• Brojčana frekvencija: Ovo postavlja multiplikator frekvencije modulacije u koracima od 100 Hz. Minimalna dopuštena vrijednost je 100 Hz, a najveća je 100 kHz.
• Run/Stop Peak prekidač: Uključivanje ovog prekidača omogućuje i onemogućuje integralno pojačanje. Imajte na umu da kad god je uređaj u načinu rada PEAK, izlazna modulacija i demodulacija signala pogreške su aktivni.

Spremljeni podaci 
Podaci se spremaju u formatu vrijednosti odvojenih zarezima (CSV). Kratko zaglavlje zadržava relevantne podatke iz podataka koji se spremaju. Ako se format ovog CSV-a promijeni, softver možda neće moći oporaviti referentni spektar. Stoga se korisnik potiče da svoje podatke spremi u zasebnu proračunsku tablicu file ako namjeravaju napraviti bilo kakvu neovisnu analizu.

Slika 10 Podaci u .csv formatu izvezeni iz DSC1. 

Teorija operacije

PID servo upravljanje
PID krug se često koristi kao regulator povratne sprege regulacijske petlje i vrlo je čest u servo krugovima. Svrha servo kruga je držati sustav na unaprijed određenoj vrijednosti (set point) tijekom duljeg vremenskog razdoblja. PID krug aktivno drži sustav na zadanoj točki generiranjem signala pogreške koji je razlika između zadane vrijednosti i trenutne vrijednosti i moduliranjem izlazne vrijednostitage za održavanje zadane vrijednosti. Slova koja čine akronim PID odgovaraju proporcionalnom (P), integralnom (I) i izvedenom (D), koji predstavljaju tri postavke upravljanja PID kruga.

Proporcionalni član ovisi o sadašnjoj pogrešci, integralni član ovisi o akumulaciji prošlih pogrešaka, a izvedeni član je predviđanje buduće pogreške. Svaki od ovih članova unosi se u ponderirani zbroj koji prilagođava izlazni volumentage strujnog kruga, u(t). Ovaj izlaz se dovodi u upravljački uređaj, njegovo mjerenje se vraća natrag u PID petlju, a procesu je dopušteno da aktivno stabilizira izlaz kruga kako bi se postigla i zadržala zadana vrijednost. Donji blok dijagram ilustrira djelovanje PID kruga. Jedna ili više kontrola može se koristiti u bilo kojem servo krugu ovisno o tome što je potrebno za stabilizaciju sustava (tj. P, I, PI, PD ili PID).

Imajte na umu da PID krug neće jamčiti optimalnu kontrolu. Neispravna postavka PID kontrola može uzrokovati značajne oscilacije kruga i dovesti do nestabilnosti u kontroli. Na korisniku je da pravilno prilagodi PID parametre kako bi osigurao pravilnu izvedbu.

PID teorija 

PID teorija za kontinuirani servo regulator: Razumjeti PID teoriju za optimalnu servo kontrolu.
Izlaz PID regulacijskog kruga, u(t), dan je kao

Gdje:

• ?? je proporcionalni dobitak, bez dimenzija
• ?? je integralni dobitak u 1/sekundi
• ?? je dobitak izvedenice u sekundama
• ?(?) je signal greške u voltima
• ?(?) je upravljački izlaz u voltima

Odavde možemo matematički definirati upravljačke jedinice i o svakoj raspravljati malo detaljnije. Proporcionalna kontrola je proporcionalna signalu greške; kao takav, to je izravan odgovor na signal greške koji generira krug:
? = ???(?)
Veći proporcionalni dobitak rezultira većim promjenama u odgovoru na pogrešku, a time i utječe na brzinu kojom regulator može odgovoriti na promjene u sustavu. Dok visoko proporcionalno pojačanje može uzrokovati brzu reakciju kruga, previsoka vrijednost može uzrokovati oscilacije oko SP vrijednosti. Preniska vrijednost i krug ne može učinkovito odgovoriti na promjene u sustavu. Integralna kontrola ide korak dalje od proporcionalnog pojačanja, budući da je proporcionalna ne samo veličini signala pogreške, već i trajanju svake akumulirane pogreške.

Integralna kontrola je vrlo učinkovita u povećanju vremena odziva kruga uz eliminaciju greške u stabilnom stanju povezane s čisto proporcionalnom kontrolom. U biti, integralna kontrola zbraja svaku prethodno neispravljenu pogrešku, a zatim množi tu pogrešku s Ki da bi se dobio integralni odgovor. Stoga, čak i za malu trajnu pogrešku, može se ostvariti veliki agregirani integralni odziv. Međutim, zbog brzog odziva integralne kontrole, visoke vrijednosti pojačanja mogu uzrokovati značajno prekoračenje SP vrijednosti i dovesti do oscilacija i nestabilnosti. Prenizak i krug će znatno sporije reagirati na promjene u sustavu. Izvedena regulacija pokušava smanjiti potencijal prekoračenja i zvona iz proporcionalne i integralne regulacije. Određuje koliko se brzo krug mijenja tijekom vremena (gledajući izvod signala greške) i množi ga s Kd da bi proizveo odgovor derivata.

Za razliku od proporcionalne i integralne regulacije, derivativna regulacija će usporiti odziv kruga. Pri tome je u stanju djelomično kompenzirati prekoračenje, kao i damp isključi sve oscilacije uzrokovane integralnim i proporcionalnim upravljanjem. Visoke vrijednosti pojačanja uzrokuju vrlo sporo reagiranje kruga i mogu ga ostaviti osjetljivim na šum i visokofrekventne oscilacije (budući da krug postaje presporo da bi brzo reagirao). Prenisko i krug je sklon premašivanju zadane vrijednosti. Međutim, u nekim slučajevima mora se izbjeći prekoračenje zadane vrijednosti za bilo koji značajan iznos i stoga se može koristiti veći dobitak derivacije (zajedno s nižim proporcionalnim dobitkom). Grafikon u nastavku objašnjava učinke povećanja dobitka bilo kojeg parametra nezavisno.

Parametar Povećana	Vrijeme izlaska	Preletjeti	Vrijeme namirenja	Pogreška stabilnog stanja	Stabilnost
Kp	Smanjenje	Povećati	Mala promjena	Smanjenje	degradirati
Ki	Smanjenje	Povećati	Povećati	Značajno smanjiti	degradirati
Kd	Manji pad	Manji pad	Manji pad	Bez učinka	Poboljšati (za male Kd)

Servo kontroleri s diskretnim vremenom 

Format podataka
PID regulator u DSC1 prima 16-bitni ADCample, koji je pomaknuti binarni broj, koji može biti u rasponu od 0-65535. 0 se linearno preslikava na negativni 4V ulaz, a 65535 predstavlja +4V ulazni signal. Signal "pogreške", ?[?], u PID petlji u vremenskom koraku ? određuje se kao ?[?] = ? − ?[?] Gdje ? je zadana vrijednost, a ?[?] je voltagesample u offset binarnoj ljestvici u diskretnom vremenskom koraku, ?.

Zakon upravljanja u vremenskoj domeni
Tri člana dobitka se izračunavaju i zbrajaju.
?[?] = ??[?] + ??[?] + ??[?] ?? = ???[?] ?? ≈ ?? ∫ ?[?] ?? = ??(?[?] − ?[? − 1])
Gdje su ??[?], ??[?] i ??[?] proporcionalni, integralni i derivirani dobici koji sadržavaju upravljački izlaz ?[?] u vremenskom koraku ?. ??, ??, i ?? su proporcionalni, integralni i derivirani koeficijenti pojačanja.

Aproksimacija integrala i derivacije
DSC1 aproksimira integrator s akumulatorom.
∫ ?[?] = ?[?] + ∫ ?[? − 1] Razmatranje intervala integracije, širine vremenskog koraka, umotano je u integralni koeficijent pojačanja ?? tako da: ?? = ?′?ℎ
Gdje?′? je nominalno uneseni integralni koeficijent pojačanja i ℎ je vrijeme između ADC samples. Radimo sličnu aproksimaciju derivacije kao razlike između ?[?] i ?[? − 1] opet pod pretpostavkom da je ?? također sadrži skaliranje 1/h.

Kao što je prethodno spomenuto, sada uzmite u obzir da aproksimacije integrala i derivacije nisu uključivale nikakvo razmatranje vremenskog koraka (sample interval), u nastavku ℎ. Tradicionalno kažemo eksplicitna aproksimacija prvog reda varijable ?[?] s = ?(?, ?) na temelju članova u proširenju Taylorovog niza je ?[?] ≈ ?[? − 1] + ℎ ?(?, ?)
To se često naziva shema povratne Eulerove integracije ili eksplicitni numerički integrator prvog reda. Ako riješimo derivaciju, ?(?, ?), nalazimo:

Obratite pažnju na sličnost brojnika u gornjem s našom aproksimacijom derivacije u kontrolnoj jednadžbi. To znači da je naša aproksimacija derivacije prikladnije skalirana za ℎ−1.

Također intuitivno oponaša temeljni teorem računanja:

Sad ako to kažemo? je integral signala greške ?, možemo napraviti sljedeće zamjene.
?[?]=∫?[?] ?(?,?)= ?[?] I dobivamo iz aproksimacije Taylorovog reda prvog reda za funkciju ?: ∫?[?]=∫?[?−1]+ℎ ?(?)
Jednostavnim pretpostavkom ∫?[?]=0 za ?=0, postupna aproksimacija integrala praktički se kondenzira u akumulator.

Stoga prilagođavamo naše prethodno izvođenje kontrolnog zakona na:

Zakon upravljanja u frekvencijskom području
Iako jednadžba izvedena u sljedećem odjeljku govori o ponašanju u vremenskoj domeni PID regulatora s diskretnim vremenom implementiranog u DSC1, ona malo govori o odzivu regulatora u frekvencijskoj domeni. Umjesto toga uvodimo ? domena, koja je analogna Laplaceovoj domeni, ali za diskretno, a ne kontinuirano vrijeme. Slično Laplaceovoj transformaciji, Z transformacija funkcije najčešće se određuje sastavljanjem tabličnih odnosa Z-transformacije, umjesto izravne zamjene definicije Z-transformacije (prikazane dolje).

Gdje je ?(?) izraz Z-domena diskretne vremenske varijable ?[?], ? je radijus (često tretiran kao 1) nezavisne varijable ?, ? je kvadratni korijen od -1, a ∅ je složeni argument u radijanima ili stupnjevima. U ovom slučaju potrebne su samo dvije tablične Z-transformacije.
?[?] = ?[?] ?[? − 1] = ?[?]?−1
Z-transformacija proporcionalnog člana, ??, je trivijalna. Također, prihvatite na trenutak da nam je korisno odrediti pogrešku za kontrolu prijenosne funkcije, ?(?), umjesto jednostavno ?(?).

Z-transformacija integralnog člana, ??, je zanimljivija.
Prisjetite se naše eksplicitne Eulerove sheme integracije u prethodnom odjeljku: ??(?) = ?? ∫ ?[?] = ?? (∫ ?[? − 1] + ℎ ?(?))
∫ ?(?) = ∫ ?(?) ?−1 + ℎ?(?)
∫ ?(?) − ∫ ?(?) ?−1 = ℎ?(?)

Na kraju, gledamo dobitak izvedenice, ??: 

Sastavljanjem svake od gornjih funkcija prijenosa, dolazimo do: 

S ovom jednadžbom možemo numerički izračunati odziv frekvencijske domene za regulator i prikazati ga kao Bodeov dijagram, kao što je dolje.
PID prijenosne funkcije, Kp = 1.8, Ki = 1.0, Kd = 1E-4

Imajte na umu kako se pojačanje PI regulatora približava isključivo proporcionalnom pojačanju i visokoj frekvenciji i kako se pojačanje PD regulatora približava isključivo proporcionalnom pojačanju na niskim frekvencijama.

PID podešavanje
Općenito, dobitke P, I i D morat će prilagoditi korisnik kako bi se optimizirao učinak sustava. Iako ne postoji statični skup pravila o tome koje bi vrijednosti trebale biti za bilo koji određeni sustav, slijeđenje općih postupaka trebalo bi pomoći u podešavanju kruga kako bi odgovarao nečijem sustavu i okolini. Općenito, ispravno podešen PID krug će obično malo premašiti SP vrijednost i zatim brzo damp prema van kako biste dosegli SP vrijednost i držite se na toj točki. PID petlja može se zaključati na pozitivan ili negativan nagib promjenom predznaka pojačanja P, I i D. U DSC1, znakovi su zaključani zajedno pa će se promjenom jednog promijeniti svi.

Ručno podešavanje postavki pojačanja najjednostavnija je metoda za postavljanje PID kontrola. Međutim, ovaj se postupak provodi aktivno (PID regulator priključen na sustav i omogućena PID petlja) i zahtijeva određeno iskustvo za postizanje dobrih rezultata. Za ručno podešavanje vašeg PID regulatora, prvo postavite pojačanje integrala i derivata na nulu. Povećajte proporcionalno pojačanje dok ne primijetite oscilacije u izlazu. Vaš proporcionalni dobitak tada bi trebao biti postavljen na otprilike polovicu te vrijednosti. Nakon što je proporcionalno pojačanje postavljeno, povećavajte integralno pojačanje dok se bilo koji pomak ne ispravi na vremenskoj skali koja odgovara vašem sustavu.

Ako previše povećate ovaj dobitak, primijetit ćete značajno prekoračenje SP vrijednosti i nestabilnost u krugu. Nakon što se postavi integralno pojačanje, derivacijsko pojačanje se može povećati. Derivacijski dobitak smanjit će prekoračenje i damp sustav brzo na zadanu vrijednost. Ako previše povećate derivacijsko pojačanje, vidjet ćete veliko prekoračenje (zbog toga što je sklop presporo da reagira). Igrajući se s postavkama pojačanja, možete optimizirati performanse vašeg PID kruga, što rezultira sustavom koji brzo reagira na promjene i učinkovito dampvan oscilacije oko zadane vrijednosti.

Vrsta kontrole	Kp	Ki	Kd
P	0.50 Ku	–	–
PI	0.45 Ku	1.2 Kp/Pu	–
PID	0.60 Ku	2 Kp/Pu	KpPu/8

Iako ručno ugađanje može biti vrlo učinkovito u postavljanju PID kruga za vaš specifični sustav, zahtijeva određeno iskustvo i razumijevanje PID krugova i odgovora. Ziegler-Nicholsova metoda za podešavanje PID-a nudi strukturiraniji vodič za postavljanje PID vrijednosti. Opet, htjet ćete postaviti dobitak integrala i derivacije na nulu. Povećajte proporcionalno pojačanje dok krug ne počne oscilirati. Ovu razinu pojačanja nazvat ćemo Ku. Oscilacija će imati period od Pu. Dobici za različite upravljačke krugove su zatim dati u gornjoj tablici. Imajte na umu da kada koristite Ziegler-Nicholsovu metodu podešavanja s DSC1, integralni član određen iz tablice treba pomnožiti s 2⋅10-6 za normalizaciju na sample stopa. Slično, koeficijent derivacije treba podijeliti s 2⋅10-6 da se normalizira na sample stopa.

Ramping
Korisnici će često morati odrediti radnu točku velikog signala ili korisnu zadanu vrijednost za sustav. Da bi se odredila ili radna točka velikog signala (u daljnjem tekstu DC offset) ili optimalna zadana vrijednost servo, uobičajena tehnika je jednostavno stimulirati sustav više puta s linearno rastućim vol.tage signal. Uzorak se obično naziva pilastim valom, zbog sličnosti sa zubima pile.

Peak Lock Mode
Način zaključavanja vrha implementira algoritam zaključavanja podrhtavanja poznat i kao kontroler traženja ekstrema. U ovom načinu rada, kontrolna vrijednost se superponira na izlaz sinusnog vala. Izmjereni ulazni voltage je prvi digitalno visokopropusni filter (HPF) za uklanjanje bilo kakvog istosmjernog pomaka. Zatim se spregnuti AC signal demodulira množenjem svakog izmjerenog voltage vrijednošću odlazne modulacije sinusnog vala. Ova operacija množenja stvara demodulirani signal s dvije glavne komponente: sinusni val u zbroju dviju frekvencija i signal na razlici dviju frekvencija.

Drugi digitalni filtar, ovoga puta niskopropusni filtar (LPF), prigušuje signal zbroja dviju frekvencija i odašilje signal niske frekvencije razlike dviju frekvencija. Sadržaj signala na istoj frekvenciji kao i modulacija pojavljuje se kao DC signal nakon demodulacije. Posljednji korak u algoritmu zaključavanja vrha je integracija LPF signala. Izlaz integratora, u kombinaciji s odlaznom modulacijom, pokreće izlaz voltage. Akumulacija energije demoduliranog signala niske frekvencije u integratoru gura voltage izlaza sve više i više dok se predznak izlaza LPF ne promijeni i izlaz integratora ne počne opadati. Kako se kontrolna vrijednost približava vrhuncu odziva sustava, rezultat modulacije na ulaznom signalu servo kontrolera postaje sve manji i manji, budući da je nagib sinusoidalnog oblika vala jednak nuli na njegovom vrhu. To zauzvrat znači da postoji niža izlazna vrijednost iz niskopropusno filtriranog, demoduliranog signala, i stoga se manje akumulira u integratoru.

Slika 12. Blok dijagram kontrolera za zaključavanje vrha. Ulazni signal iz postrojenja s vršnim odzivom se digitalizira, a zatim visokopropusno filtrira. HPF izlazni signal demodulira se digitalnim lokalnim oscilatorom. Izlaz demodulatora je niskopropusni filtriran i potom integriran. Izlaz integratora dodaje se modulacijskom signalu i izlazi u postrojenje s vršnim odzivom. Zaključavanje vrha je dobar kontrolni algoritam za odabir kada sustav kojim korisnik želi upravljati nema monoton odgovor oko optimalne kontrolne točke. nprampOstali od ovih vrsta sustava su optički mediji s rezonantnom valnom duljinom, kao što je parna ćelija ili RF filtar za odbijanje pojasa (filtar s usjecima). Središnja karakteristika kontrolne sheme zaključavanja vrha je tendencija algoritma da usmjeri sustav prema prelasku nule signala greške koji se podudara s vrhom u mjerenom signalu, kao da je signal greške derivat mjerenog signala. Imajte na umu da vrh može biti pozitivan ili negativan. Da biste započeli s načinom rada zaključavanja vrha za DSC1, možete slijediti ovaj postupak.

1. Provjerite postoji li vrh (ili dolina) signala na koji zaključavate unutar kontrolne jačinetagraspona aktuatora i da je vršni položaj relativno stabilan tijekom vremena. Korisno je koristiti RAMP način za vizualizaciju signala preko upravljačke voltagraspon interesa.
2. Obratite pažnju na kontrolni voltagpoložaj vrha (ili doline).
3. Procijenite koliko je širok vrh (ili dolina) u kontrolnom volumenutage na polovici visine vrha. Ova širina, u voltima, obično se naziva puna širina Half-Max ili FWHM. Trebao bi biti širok najmanje 0.1 V za dobre rezultate.
4. Postavite modulaciju ampvisina (A) do 1% do 10% FWHM voltage.
5. Postavite offset voltage što je moguće bliže položaju vrha (ili doline) na koji se želite učvrstiti.
6. Postavite frekvenciju modulacije na željenu frekvenciju. Na dodirnom zaslonu na to utječe M, parametar frekvencije modulacije. Frekvencija modulacije je 100 Hz puta M. Najbolji odabir frekvencije modulacije ovisi o primjeni. Thorlabs preporučuje vrijednosti oko 1 kHz za mehaničke aktuatore. Više frekvencije mogu se koristiti za elektrooptičke pokretače.
7. Postavite integralni koeficijent zaključavanja vrha (K) na 0.1 puta A. K može biti pozitivan ili negativan. Općenito, pozitivni K zaključava vrh ulaznog signala, dok negativni K zaključava dolinu ulaznog signala. Međutim, ako aktuator ili sustav koji se zaključava ima više od 90 stupnjeva kašnjenja faze na frekvenciji podrhtavanja, predznak K će se obrnuti i pozitivni K će se zaključati na dolinu, a negativni K će se zaključati na vrh.
8. Pritisnite Pokreni i provjerite je li kontrolni voltagIzlaz se mijenja u odnosu na izvornu vrijednost pomaka (O) i ne prelazi u ekstrem. Alternativno, nadzirite varijablu procesa pomoću osciloskopa kako biste potvrdili da se DSC1 zaključava na željeni vrh ili pad.

Slika 13 nprample podaci iz rampizlazni pomak voltage s kontinuiranim sinusnim valom, nametnutim postrojenju s vršnim odzivom. Imajte na umu da je prijelaz nule signala pogreške usklađen s vrhom signala odgovora postrojenja.

Održavanje i čišćenje
Redovito čistite i održavajte DSC1 za optimalnu izvedbu. DSC1 ne zahtijeva redovito održavanje. Ako se zaslon osjetljiv na dodir na uređaju zaprlja, Thorlabs preporučuje nježno čišćenje zaslona osjetljivog na dodir mekom krpom koja ne ostavlja dlačice, natopljenom razrijeđenim izopropilnim alkoholom.

Rješavanje problema i popravak

Ako se pojave problemi, pogledajte odjeljak o rješavanju problema radi smjernica za rješavanje uobičajenih problema. Donja tablica opisuje tipične probleme s DSC1 i Thorlabs preporučenim lijekovima.

Izdati	Obrazloženje	Pravni lijek
Uređaj se ne uključuje kada je priključen na USB Type-C napajanje.	Uređaj zahtijeva čak 750 mA struje iz napajanja od 5 V, 3.75 W. To može premašiti mogućnosti napajanja nekih USB-A konektora na prijenosnim i osobnim računalima.	Koristite Thorlabs DS5 ili CPS1 izvore napajanja. Alternativno, upotrijebite USB Type-C napajanje kakvo se obično koristi za punjenje telefona ili prijenosnog računala koje ima izlaz od najmanje 750 mA pri 5 V.
Uređaj se ne uključuje kada je podatkovni priključak priključen na računalo.	DSC1 se napaja samo iz USB Type-C priključka za napajanje. USB Type Mini-B priključak služi samo za podatke.	Spojite USB Type-C priključak na izvor napajanja nazivnog za izlaz od najmanje 750 mA pri 5 V, kao što je Thorlabs DS5 ili CPS1.

Odlaganje
Slijedite smjernice za pravilno odlaganje kada povlačite DSC1.
Thorlabs provjerava našu usklađenost s WEEE (Otpadna električna i elektronička oprema) direktivom Europske zajednice i odgovarajućim nacionalnim zakonima. U skladu s tim, svi krajnji korisnici u EZ-u mogu vratiti električnu i elektroničku opremu kategorije "kraj životnog vijeka" Aneks I prodanu nakon 13. kolovoza 2005. Thorlabsu, bez naplate troškova zbrinjavanja. Jedinice koje ispunjavaju uvjete označene su logotipom prekrižene kante za otpatke (vidi desno), prodane su i trenutno su u vlasništvu tvrtke ili instituta unutar EZ-a i nisu rastavljene niti kontaminirane. Kontaktirajte Thorlabs za više informacija. Obrada otpada vaša je odgovornost. Jedinice "na kraju životnog vijeka" moraju se vratiti Thorlabsu ili predati tvrtki specijaliziranoj za oporabu otpada. Nemojte odlagati jedinicu u kantu za smeće ili na javno odlagalište otpada. Korisnik je dužan izbrisati sve privatne podatke pohranjene na uređaju prije odlaganja.

FAQ:

P: Što da radim ako se DSC1 ne uključuje?
A: Provjerite priključak izvora napajanja i provjerite ispunjava li navedene zahtjeve. Ako se problem nastavi, obratite se korisničkoj podršci za pomoć.

Sigurnost

OBAVIJEST
Ovaj instrument treba držati podalje od okruženja gdje postoji vjerojatnost izlijevanja tekućine ili kondenzacije vlage. Nije vodootporan. Kako biste izbjegli oštećenje instrumenta, nemojte ga izlagati spreju, tekućinama ili otapalima.

Montaža

Informacije o jamstvu
Ovaj precizni uređaj može se servisirati samo ako se vrati i pravilno zapakira u potpuno originalno pakiranje uključujući kompletnu pošiljku plus kartonski umetak koji drži priložene uređaje. Ako je potrebno, zatražite zamjensko pakiranje. Servisiranje prepustite kvalificiranom osoblju.

Uključene komponente

Kompaktni digitalni servo kontroler DSC1 isporučuje se sa sljedećim komponentama:

• DSC1 digitalni servo kontroler
• Kartica za brzi početak
• USB-AB-72 USB 2.0 tip-A do Mini-B podatkovni kabel, 72 inča (1.83 m) dug
• USB Type-A na USB Type-C kabel za napajanje, duljine 1 m (39 inča).
• PAA248 SMB na BNC koaksijalni kabel, 48 inča (1.22 m) dugačak (kom. 2)

Instalacija i postavljanje

Osnove 
Korisnici mogu konfigurirati uređaj s računalom pomoću USB sučelja ili putem integriranog zaslona osjetljivog na dodir. U svakom slučaju, napajanje mora biti osigurano putem 5V USB-C veze. Kada koristite desktop GUI, servo kontroler mora biti povezan USB 2.0 kabelom (uključen) s podatkovnog priključka uređaja na računalo s instaliranim softverom Digital Servo Controller.

Petlje uzemljenja i DSC1
DSC1 uključuje unutarnje sklopove za ograničavanje vjerojatnosti pojave petlji uzemljenja. Thorlabs predlaže korištenje transformatorski izoliranog DS5 reguliranog napajanja ili CPS1 vanjske baterije. Bilo s DS5 ili CPS1 izvorima napajanja, signalno uzemljenje unutar DSC1 lebdi u odnosu na uzemljenje zidne utičnice. Jedine veze s uređajem koje su zajedničke ovom signalnom uzemljenju su pin signalnog uzemljenja USB-C priključka za napajanje i vanjski, povratni put na izlaznom SMB koaksijalnom kabelu. USB podatkovna veza je izolirana. Ulazni signal ima prekidni otpornik petlje uzemljenja između povratnog puta signala i uzemljenja signala unutar instrumenta koji obično sprječava smetnje petlje uzemljenja. Važno je da ne postoje dva izravna puta do uzemljenja signala uređaja, čime se pojava petlji uzemljenja smanjuje na minimum.

Kako bi se dodatno smanjio rizik od smetnji petlje uzemljenja, Thorlabs predlaže sljedeće najbolje prakse: 

• Neka svi strujni i signalni kabeli do uređaja budu kratki.
• Koristite ili baterijsko (CPS1) ili napajanje izolirano transformatorom (DS5) s DSC1. Ovo osigurava plutajuće uzemljenje signala uređaja.
• Ne povezujte povratne putove signala drugih instrumenata jedan s drugim.
  • Uobičajeni bivšiample je tipičan stolni osciloskop; najčešće su vanjske ljuske BNC ulaznih priključaka izravno spojene na uzemljenje. Više spojnica za uzemljenje spojenih na isti čvor uzemljenja u eksperimentu može uzrokovati petlju uzemljenja.

Iako je malo vjerojatno da će DSC1 sam po sebi uzrokovati petlju uzemljenja, drugi instrumenti u korisnikovom laboratoriju možda nemaju izolaciju petlje uzemljenja i stoga mogu biti izvor petlji uzemljenja.

Napajanje DSC1
Digitalni servo kontroler DSC1 zahtijeva napajanje od 5 V preko USB-C pri vršnoj struji do 0.75 A i 0.55 A u tipičnom radu. Thorlabs nudi dva kompatibilna napajanja: CPS1 i DS5. U primjenama gdje je osjetljivost na buku manje ograničena ili gdje je potrebno vrijeme rada dulje od 8 sati, preporučuje se DS5 regulirano napajanje. CPS1 baterijsko napajanje preporuča se kada se žele optimalne performanse buke. S potpuno napunjenim CPS1 iu dobrom stanju, DSC1 može raditi 8 sati ili više bez ponovnog punjenja.

Thorlabs Worldwide kontakti

Za daljnju pomoć ili upite obratite se Thorlabsovim kontaktima širom svijeta. Za tehničku podršku ili upite o prodaji, posjetite nas na www.thorlabs.com/contact za naše najažurnije podatke za kontakt.

Sjedište tvrtke
Thorlabs, Inc.
43 Sparta Ave
Newton, New Jersey 07860
Sjedinjene Države
sales@thorlabs.com
techsupport@thorlabs.com

Uvoznik iz EU
Thorlabs GmbH
Münchner Weg 1
D-85232 Bergkirchen
Njemačka
sales.de@thorlabs.com
europe@thorlabs.com

Proizvođač proizvoda
Thorlabs, Inc.
43 Sparta Ave
Newton, New Jersey 07860 Sjedinjene Američke Države
sales@thorlabs.com
techsupport@thorlabs.com

UK uvoznik
Thorlabs doo
Poslovni park Lancaster Way 204
Ely CB6 3NX
Velika Britanija
sales.uk@thorlabs.com
techsupport.uk@thorlabs.com
www.thorlabs.com

Dokumenti / Resursi

THORLABS DSC1 kompaktni digitalni servo kontroler [pdf] Korisnički priručnik DSC1, DSC1 kompaktni digitalni servo kontroler, DSC1, kompaktni digitalni servo kontroler, digitalni servo kontroler, servo kontroler, kontroler

Reference

• korisnički priručnik