THORLABS DSC1 Compact Digital Servo Controller

Spesifikasi:

• Jeneng produk: DSC1 Compact Digital Servo Controller
• Dianjurake Gunakake: Kanthi fotodetektor lan aktuator Thorlabs
• Aktuator sing kompatibel: Piezo amppengangkat, driver dioda laser, pengontrol TEC, modulator elektro-optik
• Kepatuhan: CE/UKCA tandha

Pandhuan Panggunaan Produk

Pambuka

Digunakake: DSC1 minangka pengontrol servo digital kompak sing dirancang kanggo panggunaan laboratorium umum ing riset lan industri. DSC1 ngukur voltage, ngitung sinyal umpan balik miturut algoritma kontrol sing dipilih pangguna, lan ngasilake voltage. Produk mung bisa digunakake miturut pandhuan sing diterangake ing manual iki. Sembarang panggunaan liyane bakal mbatalake garansi. Sembarang upaya kanggo reprogram, mbongkar kode binar, utawa ngowahi instruksi mesin pabrik ing DSC1, tanpa idin Thorlabs, bakal mbatalake babar pisan. Thorlabs nyaranake nggunakake DSC1 karo photodetector lan aktuator Thorlabs. ExampAktuator Thorlabs sing cocog kanggo digunakake karo DSC1 yaiku piezo Thorlabs. amppengangkat, driver dioda laser, pengontrol pendingin termoelektrik (TEC), lan modulator elektro-optik.

Panjelasan Bebaya Safety

CATETAN Nuduhake informasi sing dianggep penting, nanging ora ana hubungane karo bebaya, kayata bisa ngrusak produk.
Tandha CE / UKCA ing produk kasebut minangka deklarasi pabrikan manawa produk kasebut tundhuk karo syarat penting saka undang-undang kesehatan, safety, lan perlindungan lingkungan Eropa sing relevan.
Simbol wheelie bin ing produk, aksesoris utawa kemasan nuduhake yen piranti iki ora kudu dianggep minangka sampah kotamadya unsorted nanging kudu diklumpukake dhewe.

Katrangan
Pengontrol Servo Digital DSC1 Thorlabs minangka instrumen kanggo kontrol umpan balik sistem elektro-optik. Piranti kasebut ngukur volume inputtage, nemtokake vol umpan balik cocoktage liwat salah siji saka sawetara kalkulus kontrol, lan ditrapake saran iki kanggo vol outputtage saluran. Pangguna bisa milih kanggo ngatur operasi piranti liwat tampilan layar demek terpadu, antarmuka pangguna grafis (GUI) desktop PC remot, utawa kit pangembangan piranti lunak PC remot (SDK). Pengontrol servo samples voltage data kanthi resolusi 16-dicokot liwat port input SMB coaxial ing 1 MHz.

Kanggo nyedhiyani vol luwih akurattagpangukuran, sirkuit aritmetika ing piranti rata-rata saben rong detikamples kanggo efektif sample rate saka 500 kHz. Data digital diproses dening mikroprosesor kanthi kacepetan dhuwur nggunakake teknik digital signal processing (DSP). Pangguna bisa milih antarane algoritma kontrol SERVO lan PEAK. Utawa, pangguna bisa nyoba respon sistem kanggo DC voltage kanggo nemtokake setpoint servo karo RAMP mode operasi, kang output gelombang sawtooth sinkron karo input. Saluran input duwe bandwidth khas 120 kHz. Saluran output nduweni bandwidth khas 100 kHz. Fase lag -180 derajat saka vol input-to-outputtage fungsi transfer controller servo iki biasane 60 kHz.

Data Teknis

Spesifikasi

Spesifikasi Operasi
Sistem Bandwidth	DC nganti 100 kHz
Input kanggo Output -180 Derajat Frekuensi	>58 kHz (60 kHz Khas)
Input Nominal Sampling Resolusi	16 bit
Resolusi Nominal Output	12 bit
Input Maksimum Voltage	± 4 V
Output Maksimum Voltageb	± 4 V
Maksimum Input Saiki	100 mA
Rata-rata Noise Floor	-120 dB V2/Hz
Lantai Noise Puncak	-105 dB V2/Hz
Input RMS Noisec	0.3 mV
Input Sampling Frekuensi	1 MHz
PID Update Frekuensid	500 kHz
Range Frekuensi Modulasi Peak Lock	100 Hz - 100 kHz ing 100 Langkah Hz
Input Mandheg	1 MΩ
Impedansi Outputb	220 Ω

• a. Iki frekuensi ing kang output tekan -180 derajat phase shift relatif kanggo input.
• b. Output dirancang kanggo sambungan menyang piranti dhuwur-Z (> 100 kΩ). Nyambungake piranti karo mandap input ngisor, Rdev, bakal ngurangi vol outputtage kisaran dening Rdev/(Rdev + 220 Ω) (contone, piranti karo mandap 1 kΩ bakal menehi 82% saka volume output nominal.tagrentang e).
• c. Bandwidth integrasi yaiku 100 Hz - 250 kHz.
• d. Filter low-pass nyuda artefak digitalisasi ing kontrol output voltage, ngasilake bandwidth output 100 kHz.

Persyaratan Listrik
Pasokan Voltage	4.75 – 5.25 V DC
Pasokan Saiki	750 mA (Maks)
Range Suhua	0 °C nganti 70 °C

• sawetara Suhu sing piranti bisa digunakake tanpa operasi Optimal dumadi nalika cedhak suhu kamar.

Requirements Sistem
Sistem Operasi	Windows 10® (Disaranake) utawa 11, 64 Bit Dibutuhake
Memori (RAM)	4 GB Minimal, 8 GB Dianjurake
Storage	300 MB (Min) Ruang Disk sing Kasedhiya
Antarmuka	USB 2.0
Resolusi Layar Minimal	1200 x 800 piksel

Gambar Mekanik 

Pranyatan Sederhana Kesesuaian
Teks lengkap deklarasi kesesuaian EU kasedhiya ing alamat internet ing ngisor iki: https://Thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=16794

Jeneng FCC 

Cathetan: Peralatan iki wis dites lan ditemokake tundhuk karo watesan kanggo piranti digital Kelas A, miturut bagean 15 Aturan FCC. Watesan kasebut dirancang kanggo menehi pangayoman sing cukup marang gangguan sing mbebayani nalika peralatan dioperasikake ing lingkungan komersial. Peralatan iki ngasilake, nggunakake, lan bisa mancarake energi frekuensi radio lan, yen ora dipasang lan digunakake miturut instruksi manual, bisa nyebabake gangguan sing mbebayani kanggo komunikasi radio. Operasi peralatan iki ing wilayah omah bisa nyebabake gangguan sing mbebayani, saengga pangguna kudu mbenerake gangguan kasebut kanthi biaya dhewe.

Pènget safety: Tandha CE / UKCA nuduhake kepatuhan karo undang-undang kesehatan, safety, lan perlindungan lingkungan Eropa.

Operasi

dhasar: Familiarize dhewe karo fungsi dhasar saka DSC1.

Ground Loops lan DSC1: Priksa manawa grounding sing tepat supaya ora ana gangguan.

Daya DSC1: Sambungake sumber daya miturut pandhuan sing diwenehake.

Layar tutul 

Miwiti Antarmuka Layar Tutul 
Sawise disambungake menyang daya lan warmup singkat, kurang saka siji detik, DSC1 bakal madhangi tampilan layar demek terpadu lan layar bakal nanggapi input.

Operasi layar demek ing Mode SERVO
Mode SERVO ngetrapake pengontrol PID.

Gambar 2 Tampilan layar demek ing mode operasi servo kanthi pengontrol PID diaktifake ing mode kontrol PI. 

• Nilai numerik PV (variabel proses) nuduhake AC RMS voltage saka sinyal input ing volt.
• OV (output voltage) angka numerik nuduhake rata-rata output voltage saka DSC1.
• Kontrol S (setpoint) nyetel setpoint saka daur ulang servo ing volt. 4 V iku maksimum lan -4 V iku minimal allowable.
• Kontrol O (offset) nyetel offset DC saka daur ulang servo ing volt. 4 V iku maksimum lan -4 V iku minimal allowable.
• Kontrol P (proporsional) nyetel koefisien gain proporsional. Iki bisa dadi nilai positif utawa negatif antarane 10-5 lan 10,000, sing dicathet ing notasi teknik.
• Kontrol I (integral) nyetel koefisien gain integral. Iki bisa dadi nilai positif utawa negatif antarane 10- 5 lan 10,000, sing dicathet ing notasi teknik.
• Kontrol D (turunan) nyetel koefisien gain turunan. Iki bisa dadi nilai positif utawa negatif antarane 10-5 lan 10,000, sing dicathet ing notasi teknik.
• Togol STOP-RUN mateni lan ngaktifake loop servo.
• Tombol P, I, lan D ngaktifake (disorot) lan mateni (biru peteng) saben gain s.tage ing loop servo PID.
• Menu gulung mudhun SERVO ngidini pangguna milih mode operasi.
• Tilak teal nuduhake setpoint saiki. Saben titik jarake 2 µs ing sumbu X.
• Tilak emas nuduhake PV sing diukur saiki. Saben titik jarake 2 µs ing sumbu X.

Operasi layar tutul ing RAMP Mode 
RAMP mode output gelombang sawtooth karo pangguna configurable amplitude lan offset.

• Nilai numerik PV (variabel proses) nuduhake AC RMS voltage saka sinyal input ing volt.
• OV (output voltage) angka numerik nuduhake rata-rata output voltage Applied dening piranti.
• Kontrol O (offset) nyetel offset DC saka ramp output ing volt. 4 V iku maksimum lan -4 V iku minimal allowable.
• A (amplitude) kontrol mranata ing amplinuwih saka ramp output ing volt. 4 V iku maksimum lan -4 V iku minimal allowable.
• Togol STOP-RUN mateni lan ngaktifake loop servo.
• RAMP menu molor ngidini pangguna kanggo milih mode operasi.
• Tilak emas nuduhake respon tanduran sing disinkronake karo output scan voltage. Saben titik diwenehi jarak 195 µs ing sumbu X.

Operasi layar demek ing mode PEAK
Mode PEAK ngetrapake pengontrol pencarian ekstrem kanthi frekuensi modulasi sing bisa dikonfigurasi pangguna, amplitude, lan konstanta integrasi. Elinga yen modulasi lan demodulasi tansah aktif nalika piranti ing mode PEAK; tombol mbukak-mandeg aktif lan mateni gain integral ing daur ulang kontrol dither.

• Nilai numerik PV (variabel proses) nuduhake AC RMS voltage saka sinyal input ing volt.
• OV (output voltage) angka numerik nuduhake rata-rata output voltage Applied dening piranti.
• M (modulation frequency multiplier) angka numerik nuduhake kaping 100 Hz frekuensi modulasi. Kanggo example, yen M = 1 minangka ditampilake, frekuensi modulasi punika 100 Hz. Frekuensi modulasi maksimum yaiku 100 kHz, kanthi nilai M 1000. Umumé, frekuensi modulasi sing luwih dhuwur disaranake, yen aktuator kontrol responsif ing frekuensi kasebut.
• A (amplitude) kontrol mranata ing amplitude modulasi ing volt, dicathet ing notasi teknik. 4 V iku maksimum lan -4 V iku minimal allowable.
• Kontrol K (koefisien integral kunci puncak) nyetel konstanta integrasi pengontrol, kanthi unit V / s, dicathet ing notasi teknik. Yen pangguna ora yakin carane ngatur nilai iki, biasane diwiwiti karo nilai watara 1 dianjurake.
• Togol STOP-RUN mateni lan ngaktifake loop servo.
• Menu gulung mudhun PEAK ngidini pangguna milih mode operasi.
• Tilak emas nuduhake respon tanduran sing disinkronake karo output scan voltage. Saben titik diwenehi jarak 195 µs ing sumbu X.

Piranti lunak
Piranti lunak pengontrol servo digital dirancang kanggo ngidini kontrol fungsi dhasar liwat antarmuka komputer lan nyedhiyakake alat analisis sing ditambahi kanggo nggunakake pengontrol. Kanggo example, GUI kalebu plot sing bisa nampilake vol inputtage ing domain frekuensi. Kajaba iku, data bisa diekspor minangka .csv file. Piranti lunak iki ngidini kanggo nggunakake piranti ing servo, puncak, utawa ramp mode karo kontrol liwat kabeh paramèter lan setelan. Tanggepan sistem bisa uga viewed minangka input voltage, sinyal kesalahan, utawa loro-lorone, salah siji ing domain wektu utawa perwakilan domain frekuensi. Mangga deleng manual kanggo informasi luwih lengkap.

Bukak Piranti Lunak
Sawise miwiti piranti lunak, klik "Sambungake" kanggo dhaptar piranti DSC sing kasedhiya. Sawetara piranti DSC bisa dikontrol bebarengan.

Gambar 5
Layar Bukak kanggo piranti lunak Klien DSCX.

Gambar 6 Jendela pilihan piranti. Klik OK kanggo nyambung menyang piranti sing dipilih.

Tab Piranti Lunak Servo
Tab Servo ngidini pangguna ngoperasikake piranti ing mode servo kanthi kontrol lan tampilan tambahan ngluwihi sing diwenehake dening antarmuka pangguna layar demek sing dipasang ing piranti kasebut. Ing tab iki, kasedhiya perwakilan domain wektu utawa frekuensi saka variabel proses. Tanggepan sistem bisa uga viewed minangka variabel proses, sinyal kesalahan, utawa loro-lorone. Sinyal kesalahan yaiku prabédan antarane variabel proses lan setpoint. Nggunakake teknik analisis kontrol, respon impuls, respon frekuensi, lan respon fase piranti bisa diprediksi, yen ana asumsi tartamtu babagan prilaku sistem lan koefisien gain digawe. Data iki ditampilake ing tab kontrol servo supaya pangguna bisa preemptively ngatur sistem, sadurunge miwiti eksperimen kontrol.

Gambar 7. Antarmuka piranti lunak ing Ramp mode kanthi tampilan domain frekuensi. 

• Aktifake X Gridlines: Priksa kothak mbisakake X gridlines.
• Aktifake Y Gridlines: Priksa kothak mbisakake Y gridlines.
• Tombol Run / Pause: Pencet tombol iki diwiwiti / mandheg nganyari informasi grafis ing tampilan.
• Frekuensi / Wektu Toggle: Ngalih antarane frekuensi-domain lan wektu-domain plotting.
• PSD / ASD Toggle: Ngalih antarane Kapadhetan spektral daya lan ampsumbu vertikal kerapatan spektral litude.
• Pindai Rata-rata: Ngalihake switch iki ngaktifake lan mateni rata-rata ing domain frekuensi.
• Pindai Rata-rata: Kontrol numerik iki nemtokake jumlah pindai sing bakal dirata-rata. Minimal 1 scan lan maksimal 100 scan. Panah munggah lan mudhun ing keyboard nambah lan nyuda jumlah scan ing rata-rata. Kajaba iku, tombol munggah lan mudhun ing jejere kontrol nambah lan ngurangi jumlah scan ing rata-rata.
• Muat: Pencet tombol iki ing panel Referensi Spektrum ngidini pangguna milih spektrum referensi sing disimpen ing PC klien.
• Simpen: Pencet tombol iki ing panel Referensi Spektrum ngidini pangguna nyimpen data frekuensi sing saiki ditampilake ing PC. Sawise ngeklik tombol iki, a nyimpen file dialog bakal ngidini pangguna milih lokasi panyimpenan lan ketik file jeneng kanggo data sing. Data disimpen minangka Commas Separated Value (CSV).
• Tampilake Referensi: Priksa kothak iki ngidini tampilan spektrum referensi pungkasan sing dipilih.
• Y-Axis Autoscale: Priksa kothak mbisakake setelan otomatis watesan tampilan Y Axis.
• Autoscale X-Axis: Priksa kothak mbisakake setelan otomatis watesan tampilan X Axis.
• Log X-Axis: Priksa kothak malih antarane tampilan sumbu X logaritmik lan linear.
• Mbukak PID: Ngaktifake pilihan iki mbisakake daur ulang servo ing piranti.
• O Numeric: Nilai iki nyetel offset voltage ing volt.
• SP Numeric: Nilai iki nyetel setpoint voltage ing volt.
• Kp Numeric: Nilai iki nyetel gain proporsional.
• Ki Numeric: Nilai iki nyetel gain integral ing 1/s.
• Kd Numeric: Nilai iki nyetel gain turunan ing s.
• Tombol P, I, D: Tombol iki mbisakake gain proporsional, integral, lan turunan nalika dipadhangi.
• Run / Stop Toggle: Toggling switch iki mbisakake lan mateni kontrol.

Pangguna uga bisa nggunakake mouse kanggo ngganti ukuran informasi sing ditampilake: 

• Roda mouse nggedhekake plot mlebu lan metu menyang posisi pointer mouse saiki.
• SHIFT + Klik ngganti pointer mouse menyang tandha plus. Sawisé iku, tombol mouse kiwa bakal nggedhekake posisi pointer mouse kanthi faktor 3. Pangguna uga bisa nyeret lan milih wilayah bagan kanggo nggedhekake supaya pas.
• ALT + Klik ngganti pointer mouse dadi tandha minus. Banjur tombol mouse kiwa bakal nyilikake saka posisi pointer mouse kanthi faktor 3.
• Sikep nyebar lan jiwit ing pad mouse utawa layar demek bakal nggedhekake lan nyilikake grafik.
• Sawise nggulung, ngeklik tombol mouse kiwa bakal ngidini pangguna nggeser kanthi nyeret mouse.
• Ngeklik tengen grafik bakal mulihake posisi gawan ing grafik.

Ramp Tab Piranti Lunak
Ramp tab menehi fungsi iso dibandhingke kanggo ramp tab ing tampilan layar demek sing dipasang. Ngalih menyang tab iki nempatno piranti disambungake ing ramp modus.

Gambar 8
Antarmuka piranti lunak ing Ramp modus.

Saliyane kontrol sing kasedhiya ing mode Servo, Ramp mode nambah: 

• Amplitude Numeric: Nilai iki nyetel scan amplitude ing volt.
• Numerik Offset: Nilai iki nyetel offset scan ing volt.
• Run / Stop Ramp Ngalih: Ngalih ngalih iki mbisakake lan mateni ramp.

Tab Piranti Lunak Puncak 
Tab Peak Control nyedhiyakake fungsi sing padha karo mode PEAK ing antarmuka pangguna sing dipasang, kanthi visibilitas tambahan menyang sifat sinyal bali saka sistem. Ngalih menyang tab iki ngalih piranti sing disambungake menyang mode operasi PEAK.

Gambar 9 Antarmuka piranti lunak ing mode Puncak kanthi tampilan domain wektu.

Saliyane kontrol sing kasedhiya ing mode Servo, mode Puncak nambahake: 

• Amplitude numeric: Nilai iki nyetel modulasi amplitude ing volt.
• K numerik: Iki minangka koefisien integral kunci puncak; Nilai nyetel gain integral konstan ing V / s.
• Numerik Offset: Nilai iki nyetel offset ing volt.
• Numerik frekuensi: Iki nyetel multiplier frekuensi modulasi kanthi tambahan 100 Hz. Nilai minimal sing diidini yaiku 100 Hz lan maksimal yaiku 100 kHz.
• Run / Stop Peak toggle: Toggling switch iki mbisakake lan mateni gain integral. Elinga, yen piranti ing mode PUNCAK, modulasi output lan demodulasi sinyal kesalahan aktif.

Data sing disimpen 
Data disimpen ing format Comma Separated Value (CSV). Header ringkes nahan data sing cocog saka data sing disimpen. Yen format CSV iki diowahi, piranti lunak bisa uga ora bisa mbalekake spektrum referensi. Mulane, pangguna dianjurake kanggo nyimpen data ing spreadsheet sing kapisah file yen padha arep nindakake analisis independen.

Gambar 10 Data ing format .csv diekspor saka DSC1. 

Teori Operasi

Kontrol Servo PID
Sirkuit PID asring digunakake minangka pengontrol umpan balik kontrol lan umum banget ing sirkuit servo. Tujuan sirkuit servo yaiku kanggo nahan sistem ing nilai sing wis ditemtokake (set point) kanggo wektu sing suwe. Sirkuit PID kanthi aktif nahan sistem ing titik disetel kanthi ngasilake sinyal kesalahan sing beda antarane titik disetel lan nilai saiki lan modulasi vol output.tage kanggo njaga set point. Huruf sing mbentuk akronim PID cocog karo Proporsional (P), Integral (I), lan Turunan (D), sing makili telung setelan kontrol sirkuit PID.

Istilah proporsional gumantung marang kesalahan saiki, istilah integral gumantung marang akumulasi kesalahan kepungkur, lan istilah turunan yaiku prediksi kesalahan ing mangsa ngarep. Saben istilah kasebut diwenehake menyang jumlah bobot sing nyetel volume outputtage saka sirkuit, u(t). Output iki dilebokake ing piranti kontrol, pangukuran kasebut diuripake maneh menyang loop PID, lan proses kasebut diidini aktif nyetabilake output sirkuit kanggo nggayuh lan nahan nilai set point. Diagram blok ing ngisor iki nggambarake tumindak sirkuit PID. Siji utawa luwih saka kontrol bisa digunakke ing sembarang sirkuit servo gumantung apa sing dibutuhake kanggo stabil sistem (IE, P, I, PI, PD, utawa PID).

Elinga yen sirkuit PID ora njamin kontrol optimal. Setelan kontrol PID sing ora bener bisa nyebabake sirkuit oscillate sacara signifikan lan nyebabake ketidakstabilan ing kontrol. Terserah pangguna kanggo nyetel paramèter PID kanthi bener kanggo njamin kinerja sing tepat.

Teori PID 

Teori PID kanggo Pengontrol Servo Terus-terusan: Ngerti teori PID kanggo kontrol servo optimal.
Output saka sirkuit kontrol PID, u (t), diwenehi minangka

ngendi:

• ?? yaiku gain proporsional, tanpa dimensi
• ?? punika gain integral ing 1 / detik
• ?? punika gain turunan ing detik
• ?(?) iku sinyal kesalahan ing volt
• ?(?) punika output kontrol ing volt

Saka kene kita bisa nemtokake unit kontrol kanthi matematis lan ngrembug saben luwih rinci. Kontrol proporsional sebanding karo sinyal kesalahan; kaya mangkono, iku minangka respon langsung marang sinyal kesalahan sing diasilake dening sirkuit:
? = ???(?)
Gain proporsional sing luwih gedhe nyebabake owah-owahan sing luwih gedhe kanggo nanggepi kesalahan kasebut, lan kanthi mangkono mengaruhi kacepetan ing controller bisa nanggapi owah-owahan ing sistem. Nalika gain proporsional dhuwur bisa nyebabake sirkuit nanggapi kanthi cepet, nilai sing dhuwur banget bisa nyebabake osilasi babagan nilai SP. Nilai banget kurang lan sirkuit ora bisa nanggapi owah-owahan ing sistem kanthi efisien. Kontrol integral luwih maju tinimbang gain proporsional, amarga proporsional ora mung gedhene sinyal kesalahan nanging uga durasi kesalahan akumulasi.

Kontrol integral efektif banget kanggo nambah wektu nanggepi sirkuit bebarengan karo ngilangi kesalahan stabil sing ana gandhengane karo kontrol proporsional. Intine, kontrol integral nyimpulake kesalahan sing sadurunge ora dikoreksi, lan banjur nggandake kesalahan kasebut kanthi Ki kanggo ngasilake respon integral. Mangkono, sanajan kesalahan cilik sing terus-terusan, respon integral sing dikumpulake gedhe bisa diwujudake. Nanging, amarga respon cepet saka kontrol integral, Nilai gain dhuwur bisa nimbulaké overshoot pinunjul saka Nilai SP lan mimpin kanggo osilasi lan kahanan kang ora tetep. Kurang banget lan sirkuit bakal luwih alon kanggo nanggapi owah-owahan ing sistem kasebut. Kontrol turunan nyoba nyuda potensial overshoot lan dering saka kontrol proporsional lan integral. Iku nemtokake carane cepet sirkuit diganti liwat wektu (kanthi ndeleng turunan saka sinyal kesalahan) lan multiplies dening Kd kanggo gawé respon turunan.

Ora kaya kontrol proporsional lan integral, kontrol turunan bakal alon respon sirkuit. Ing mengkono, iku bisa kanggo ijol sebagian kanggo overshoot uga damp metu osilasi sing disebabake dening kontrol integral lan proporsional. Nilai gain dhuwur nimbulaké sirkuit nanggapi alon banget lan bisa ninggalake siji rentan kanggo gangguan lan osilasi frekuensi dhuwur (minangka sirkuit dadi alon banget kanggo nanggapi kanthi cepet). Banget kurang lan sirkuit rawan kanggo overshooting nilai set titik. Nanging, ing sawetara kasus overshooting Nilai set titik dening sembarang jumlah pinunjul kudu nyingkiri lan kanthi mangkono gain turunan luwih (bebarengan karo gain proporsional ngisor) bisa digunakake. Bagan ing ngisor iki nerangake efek saka nambah gain salah siji saka paramèter independen.

Paramèter Tambah	Munggah Wektu	Overshoot	Ngatur wektu	Kasalahan Steady-State	Stabilitas
Kp	Ngurangi	Tambah	Ganti Cilik	Ngurangi	Degrade
Ki	Ngurangi	Tambah	Tambah	Ngurangi Ngartekno	Degrade
Kd	Penurunan Minor	Penurunan Minor	Penurunan Minor	Ora Ana Efek	Ngapikake (kanggo Kd cilik)

Pengontrol Servo Wektu Diskrit 

Format Data
PID controller ing DSC1 nampa 16-dicokot ADC sample, yaiku nomer biner offset, sing bisa saka 0-65535. 0 maps linearly menyang input 4V negatif lan 65535 makili sinyal input +4V. Sinyal "kesalahan", ?[?], ing daur ulang PID ing wektu ? ditemtokake minangka ?[?] = ? − ?[?] Where ? punika setpoint lan ?[?] punika voltagesample ing skala biner offset ing langkah wektu diskrèt, ?.

Hukum Kontrol ing Domain Wektu
Telung istilah gain diitung lan dijumlahake.
?[?] = ??[?] + ??[?] + ??[?] ?? = ???[?] ?? ≈ ?? ∫ ?[?] ?? = ??(?[?] − ?[? − 1])
Ing endi ??[?], ??[?], lan ??[?] minangka asil proporsional, integral, lan turunan sing kalebu output kontrol ?[?] ing timestep ?. ??, ??, lan ?? yaiku koefisien gain proporsional, integral, lan turunan.

Kira-kira Integral lan Turunan
DSC1 kira-kira integrator karo akumulator.
∫ ?[?] = ?[?] + ∫ ?[? − 1] Pertimbangan interval integrasi, lebar timestep, dibungkus menyang koefisien gain integral ?? kuwi:?? = ?′?ℎ
Ngendi?' yaiku koefisien gain integral sing dilebokake kanthi nominal lan ℎ yaiku wektu antarane ADC samples. Kita nggawe perkiraan sing padha karo turunan minangka prabédan antarane ?[?] lan ?[? − 1] maneh nganggep yen ?? uga ngandhut skala 1 / h.

Kaya sing wis kasebut sadurunge, saiki nimbang manawa perkiraan integral lan turunan ora kalebu pertimbangan wektu (s).ample interval), sakteruse ℎ. Biasane, kita nyebutake urutan pertama, eksplisit, perkiraan kanggo variabel ?[?] karo = ?(?, ?) adhedhasar istilah ing ekspansi seri Taylor yaiku ?[?] ≈ ?[? − 1] + ℎ ?(?, ?)
Iki asring diarani minangka Skema Integrasi Backwards Euler utawa Integrator Numerik Urutan Pertama Eksplisit. Yen kita ngrampungake turunan, ?(?, ?), kita nemokake:

Wigati podho saka numerator ing ndhuwur kanggo kita nerusake approximation kanggo turunan ing persamaan kontrol. Iki tegese, perkiraan kita menyang turunan luwih cocog karo skala ℎ−1.

Iki uga kanthi intuisi niru Teorema Fundamental Kalkulus:

Saiki yen kita ngomong? minangka integral saka sinyal kesalahan?, kita bisa nggawe substitusi ing ngisor iki.
?[?]=∫?[?] ?(?,?)= ?[?] Lan kita entuk saka perkiraan seri Taylor orde kapisan menyang fungsi ?: ∫?[?]=∫?[?−1]+ℎ ?(?)
Kanthi mung nganggep ∫?[?]=0 kanggo ?=0, kira-kira nerusake menyang integral praktis kondensasi menyang akumulator.

Mulane, kita nyetel derivasi sadurunge saka hukum kontrol kanggo:

Hukum Kontrol ing Domain Frekuensi
Senajan pepadhan asalé ing bagean nerusake informs prilaku domain wektu diskrit-wektu PID controller dipun ginakaken ing DSC1, ngandika sethitik bab respon domain frekuensi saka controller. Nanging kita introduce ing? domain, sing padha karo domain Laplace, nanging kanggo wektu diskrit tinimbang terus-terusan. Padha karo transformasi Laplace, transformasi Z saka sawijining fungsi asring ditemtokake kanthi ngrakit hubungan transformasi Z-tabulasi, tinimbang ngganti definisi transformasi Z (katon ing ngisor iki) kanthi langsung.

Where ?(?) Ekspresi domain-Z saka variabel wektu diskrit ?[?], ? iku radius (asring dianggep minangka 1) saka variabel bebas ?, ? yaiku akar kuadrat saka -1, lan ∅ minangka argumen kompleks ing radian utawa derajat. Ing kasus iki, mung rong tabulasi Z-transformasi sing perlu.
?[?] = ?[?] ?[? − 1] = ?[?]?−1
Transformasi Z saka istilah proporsional, ??, ora pati penting. Uga, please nampa kanggo wayahe iku migunani kanggo kita nemtokake kesalahan kanggo kontrol fungsi transfer, ?(?), tinimbang mung ?(?).

Transformasi Z saka istilah integral, ??, luwih menarik.
Elinga skema integrasi Euler sing eksplisit ing bagean sadurunge: ??(?) = ?? ∫ ?[?] = ?? (∫ ?[? − 1] + ℎ ?(?))
∫ ?(?) = ∫ ?(?) ?−1 + ℎ?(?)
∫ ?(?) − ∫ ?(?) ?−1 = ℎ?(?)

Pungkasan, kita ndeleng gain derivatif, ??: 

Nglumpukake saben fungsi transfer ing ndhuwur, kita teka ing: 

Kanthi persamaan iki, kita bisa ngetung kanthi numerik respon domain frekuensi kanggo controller lan nampilake minangka plot Bode, kayata ing ngisor iki.
Fungsi Transfer PID, Kp = 1.8, Ki = 1.0, Kd = 1E-4

Elinga carane gain controller PI nyedhaki mung gain proporsional lan hi-frekuensi lan carane gain PD controller nyedhaki mung gain proporsional ing frekuensi kurang.

PID Tuning
Umumé, asil P, I, lan D kudu diatur dening pangguna supaya bisa ngoptimalake kinerja sistem. Nalika ana ora pesawat statis saka aturan apa nilai kudu kanggo sistem tartamtu, tindakake prosedur umum kudu bantuan ing tuning sirkuit kanggo cocog karo sistem lan lingkungan. Umumé, sirkuit PID sing disetel kanthi bener bakal ngluwihi nilai SP lan banjur cepet damp metu kanggo nggayuh nilai SP lan terus anteng ing titik kasebut. Daur ulang PID bisa ngunci salah siji slope positif utawa negatif kanthi ngganti tandha saka P, I, lan D. Ing DSC1, pratandha dikunci bebarengan supaya ngganti siji bakal ngganti kabeh.

Penyetelan manual saka setelan gain minangka cara paling gampang kanggo nyetel kontrol PID. Nanging, prosedur iki ditindakake kanthi aktif (kontroler PID sing dipasang ing sistem lan loop PID diaktifake) lan mbutuhake sawetara pengalaman kanggo entuk asil sing apik. Kanggo nyetel kontrol PID kanthi manual, setel gain integral lan turunan menyang nol. Tambah gain proporsional nganti sampeyan mirsani osilasi ing output. Gain proporsional sampeyan kudu disetel dadi kira-kira setengah nilai iki. Sawise gain proporsional disetel, nambah gain integral nganti sembarang offset didandani kanggo ing ukuran wektu cocok kanggo sistem.

Yen sampeyan nambah gain iki kakehan, sampeyan bakal mirsani overshoot pinunjul saka Nilai SP lan kahanan kang ora tetep ing sirkuit. Sawise gain integral disetel, gain turunan banjur bisa ditambah. Keuntungan turunan bakal nyuda overshoot lan damp sistem cepet menyang Nilai nyetel titik. Yen sampeyan nambah gain turunan kakehan, sampeyan bakal weruh overshoot gedhe (amarga sirkuit banget alon nanggapi). Kanthi muter karo setelan gain, sampeyan bisa ngoptimalake kinerja sirkuit PID Panjenengan, asil ing sistem sing cepet nanggapi owah-owahan lan èfèktif damps metu osilasi babagan nilai set titik.

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

Nalika tuning manual bisa banget efektif kanggo nyetel sirkuit PID kanggo sistem tartamtu, iku mbutuhake sawetara pengalaman lan pangerten saka sirkuit PID lan respon. Cara Ziegler-Nichols kanggo tuning PID nawakake pandhuan sing luwih terstruktur kanggo nyetel nilai PID. Maneh, sampeyan pengin nyetel gain integral lan turunan menyang nol. Tambah gain proporsional nganti sirkuit wiwit oscillate. Kita bakal nelpon tingkat gain iki Ku. Osilasi bakal duwe periode Pu. Keuntungan kanggo macem-macem sirkuit kontrol banjur diwenehi ing grafik ing ndhuwur. Elinga yen nggunakake metode tuning Ziegler-Nichols karo DSC1, istilah integral sing ditemtokake saka tabel kudu dikali 2⋅10-6 kanggo normalake menyang s.ample rate. Kajaba iku, koefisien turunan kudu dibagi 2⋅10-6 kanggo normalake menyang s.amptingkat le.

Ramping
Pangguna bisa uga kerep kudu nemtokake titik operasi sinyal gedhe utawa setpoint migunani kanggo sistem. Kanggo nemtokake titik operasi sinyal gedhe (saiki diarani offset DC) utawa setpoint servo optimal, tèknik umum yaiku mung ngrangsang sistem bola-bali kanthi volume tambah linear.tagsinyal e. Pola kasebut umume diarani gelombang sawtooth, amarga mirip karo untu gergaji.

Mode Kunci Puncak
Mode kunci puncak ngleksanakake algoritma ngunci dither uga dikenal minangka pengontrol nggoleki ekstrem. Ing mode operasi iki, nilai kontrol ditumpangake ing output gelombang sinus. Input sing diukur voltage pisanan digital high-pass saring (HPF) kanggo mbusak sembarang DC offset. Banjur sinyal AC digandhengake karo demodulasi dening multiply saben vol diukurtage dening nilai modulasi gelombang sinus metu. Operasi multiplikasi iki nggawe sinyal demodulasi kanthi rong komponen utama: gelombang sinus kanthi jumlah rong frekuensi lan sinyal kanthi bedane rong frekuensi.

Filter digital kapindho, wektu iki minangka low pass filter (LPF), nyuda sinyal jumlah rong frekuensi, lan ngirim sinyal prabédan frekuensi kurang saka rong frekuensi. Isi sinyal kanthi frekuensi sing padha karo modulasi katon minangka demodulasi pasca sinyal DC. Langkah pungkasan ing algoritma kunci puncak yaiku nggabungake sinyal LPF. Output integrator, digabungake karo modulasi metu, drive output voltage. Akumulasi energi sinyal demodulasi frekuensi rendah ing integrator nyurung vol kontrol offsettage saka output sing luwih dhuwur lan luwih dhuwur nganti tandha saka output LPF mbalikke lan output integrator wiwit diminish. Nalika nilai kontrol nyedhaki puncak respon sistem, asil modulasi ing sinyal input menyang controller servo dadi luwih cilik lan luwih cilik, amarga kemiringan gelombang sinusoidal nol ing puncake. Iki tegese ana nilai output sing luwih murah saka sinyal low-pass-filtered, lan mulane kurang kanggo nglumpukake ing integrator.

Gambar 12 Diagram blok pengontrol penguncian puncak. Sinyal input saka pabrik responsif puncak didigitalisasi, banjur disaring high-pass. Sinyal output HPF didemodulasi karo osilator lokal digital. Output saka demodulator wis low-pass disaring lan banjur Integrasi. Output integrator ditambahake menyang sinyal modulasi lan output menyang pabrik responsif puncak. Ngunci puncak minangka algoritma kontrol sing apik kanggo dipilih nalika sistem sing dikarepake pangguna ora duwe respon monoton ing sekitar titik kontrol sing optimal. ExampSistem jinis iki minangka media optik kanthi dawa gelombang resonansi, kayata sel uap, utawa panyaring nolak pita RF (filter kedudukan). Karakteristik utama skema kontrol penguncian puncak yaiku kecenderungan algoritma kanggo ngarahake sistem menyang nul-nyebrang sinyal kesalahan sing bertepatan karo puncak ing sinyal sing diukur, kaya sinyal kesalahan minangka turunan saka sinyal sing diukur. Elinga yen puncak bisa positif utawa negatif. Kanggo miwiti mode ngunci puncak operasi kanggo DSC1, sampeyan bisa tindakake prosedur iki.

1. Priksa manawa ana puncak (utawa lembah) sinyal sing dikunci ing vol kontroltagsawetara aktuator, lan posisi puncak relatif stabil karo wektu. Iku migunani kanggo nggunakake RAMP mode kanggo nggambarake sinyal liwat vol kontroltage sawetara kapentingan.
2. Wigati volume kontroltage posisi puncak (utawa lembah).
3. Ngira sepira ambane puncak (utawa lembah) ing kontrol voltage ing setengah saka dhuwur saka pucuk. Jembar iki, ing volt, biasane diarani minangka Full-Width Half-Max utawa FWHM. Jembaré kudu paling sethithik 0.1V kanggo asil sing apik.
4. Setel modulasi amplitude (A) kanggo 1% kanggo 10% saka FWHM voltage.
5. Setel offset voltage minangka cedhak karo posisi puncak (utawa lembah) sing pengin dikunci.
6. Setel frekuensi modulasi menyang frekuensi sing dikarepake. Ing layar tutul iki kena pengaruh liwat M, parameter frekuensi modulasi. Frekuensi modulasi yaiku 100 Hz kaping M. Pilihan frekuensi modulasi paling apik gumantung saka aplikasi kasebut. Thorlabs nyaranake nilai sekitar 1 kHz kanggo aktuator mekanik. Frekuensi sing luwih dhuwur bisa digunakake kanggo aktuator elektro-optik.
7. Setel koefisien integral kunci puncak (K) dadi 0.1 kaping A. K bisa positif utawa negatif. Umumé, K positif ngunci menyang puncak sinyal input, nalika K negatif ngunci menyang lembah sinyal input. Nanging, yen aktuator utawa sistem sing dikunci duwe wektu tundha fase luwih saka 90 derajat ing frekuensi dither, tandha K bakal mbalikke lan K positif bakal ngunci menyang lembah, lan K negatif bakal ngunci menyang puncak.
8. Pencet Run lan verifikasi yen kontrol voltage output owah-owahan saka nilai offset asli (O) lan ora mbukak adoh menyang ekstrem. Utawa, ngawasi variabel proses nggunakake osiloskop kanggo verifikasi manawa DSC1 ngunci menyang puncak utawa lembah sing dikarepake.

Gambar 13 Exampdata saka ramping output offset voltage karo gelombang sinus terus-terusan, dileksanakake ing tanduran respon puncak. Elinga sinyal kesalahan nul nyebrang sejajar karo puncak sinyal respon tanduran.

Maintenance lan Cleaning
Ajeg ngresiki lan njaga DSC1 kanggo kinerja optimal. DSC1 ora mbutuhake pangopènan biasa. Yen layar demek ing piranti dadi reged, Thorlabs nyaranake ngresiki layar demek kanthi alon-alon nganggo kain sing lembut tanpa serat, jenuh karo alkohol isopropil sing diencerake.

Ngatasi masalah lan ndandani

Yen ana masalah, deleng bagean ngatasi masalah kanggo pandhuan babagan ngatasi masalah umum. Tabel ing ngisor iki nggambarake masalah khas karo obat sing disaranake DSC1 lan Thorlabs.

Jeksa Agung bisa ngetokake	Panjelasan	Obat
Piranti ora urip nalika disambungake menyang daya USB Type-C.	Piranti kasebut mbutuhake arus 750 mA saka sumber 5 V, 3.75 W. Iki bisa uga ngluwihi kemampuan daya sawetara konektor USB-A ing laptop lan PC.	Gunakake sumber daya Thorlabs DS5 utawa CPS1. Utawa, gunakake sumber daya USB Type-C kayata biasane digunakake kanggo ngisi daya telpon utawa laptop sing dirating paling ora 750 mA ing 5 V.
Piranti ora urip nalika port data disambungake menyang PC.	DSC1 mung narik daya saka konektor daya USB Type-C. Konektor USB Type Mini-B mung data.	Sambungake port USB Type-C menyang sumber daya sing dirating kanggo output paling sethithik 750 mA ing 5 V, kayata Thorlabs DS5 utawa CPS1.

Pembuangan
Tindakake pedoman pembuangan sing tepat nalika pensiun DSC1.
Thorlabs verifikasi kepatuhan kita karo arahan WEEE (Sampah Listrik lan Peralatan Elektronik) saka Komunitas Eropa lan hukum nasional sing cocog. Patut, kabeh pangguna pungkasan ing EC bisa bali "akhir umur" Annex I kategori peralatan listrik lan elektronik sing didol sawise 13 Agustus 2005 kanggo Thorlabs, tanpa mbayar biaya pembuangan. Unit sing layak ditandhani kanthi logo "wheelie bin" (deleng sisih tengen), didol lan saiki diduweni dening perusahaan utawa institusi ing EC lan ora dissembled utawa kontaminasi. Hubungi Thorlabs kanggo informasi luwih lengkap. Pengolahan sampah dadi tanggung jawab sampeyan dhewe. Unit "Akhir urip" kudu bali menyang Thorlabs utawa dipasrahake menyang perusahaan sing duwe spesialisasi ing pemulihan sampah. Aja mbuwang unit kasebut ing tong sampah utawa ing papan pembuangan sampah umum. Tanggung jawab pangguna kanggo mbusak kabeh data pribadi sing disimpen ing piranti sadurunge dibuwang.

FAQ:

P: Apa sing kudu ditindakake yen DSC1 ora urip?
A: Priksa sambungan sumber daya lan priksa manawa cocog karo syarat sing ditemtokake. Yen masalah tetep, hubungi dhukungan pelanggan kanggo pitulung.

Safety

WARTA
Instrumen iki kudu diresiki saka lingkungan sing ana kemungkinan tumpahan cairan utawa kelembapan kondensasi. Iku ora tahan banyu. Kanggo ngindhari karusakan ing piranti, aja nyemprotake, cairan, utawa pelarut.

Instalasi

Informasi Garansi
Piranti presisi iki mung bisa dilayani yen dibalekake lan dikemas kanthi bener menyang kemasan asli lengkap kalebu kiriman lengkap lan sisipan karton sing ngemot piranti sing ditutup. Yen perlu, takon kemasan pengganti. Rujuk layanan menyang personel sing mumpuni.

Klebu Komponen

DSC1 Compact Digital Servo Controller dikirim kanthi komponen ing ngisor iki:

• DSC1 Digital Servo Controller
• Kertu wiwitan cepet
• Kabel Data USB-AB-72 USB 2.0 Type-A to Mini-B, 72″ (1.83 m)
• Kabel Daya USB Tipe-A menyang USB Tipe-C, dawane 1 m (39″).
• PAA248 SMB to BNC Coaxial Cable, 48″ (1.22 m) Long (Qty. 2)

Instalasi lan Setup

dhasar 
Pangguna bisa ngatur piranti nganggo komputer nggunakake antarmuka USB utawa liwat layar demek terpadu. Ing kasus apa wae, daya kudu diwenehake liwat sambungan USB-C 5V. Nalika nggunakake GUI desktop, controller servo kudu disambungake karo kabel USB 2.0 (kalebu) saka port data piranti menyang PC karo piranti lunak Digital Servo Controller diinstal.

Ground Loops lan DSC1
DSC1 kalebu sirkuit internal kanggo mbatesi kemungkinan puteran lemah. Thorlabs nyaranake nggunakake salah siji sumber daya sing diatur DS5 trafo sing diisolasi utawa paket baterei eksternal CPS1. Kanthi salah siji sumber daya DS5 utawa CPS1, sinyal lemah ing DSC1 ngambang babagan lemah ing stopkontak tembok. Sambungan mung kanggo piranti sing umum kanggo lemah sinyal iki sinyal lemah pin konektor daya USB-C lan njaba, bali path ing kabel coaxial output SMB. Sambungan data USB diisolasi. Sinyal input nduweni resistor break ground-loop antarane jalur bali sinyal lan lemah sinyal ing instrumen sing biasane nyegah gangguan loop lemah. Sing penting, ora ana rong jalur langsung menyang lemah sinyal piranti, nyuda kedadeyan puteran lemah.

Kanggo luwih nyuda risiko gangguan ground-loop, Thorlabs nyaranake praktik paling apik ing ngisor iki: 

• Tansah kabeh kabel daya lan sinyal menyang piranti cendhak.
• Gunakake salah siji sumber daya baterei (CPS1) utawa trafo isolasi (DS5) karo DSC1. Iki njamin lemah sinyal piranti ngambang.
• Aja nyambungake jalur bali sinyal instrumen liyane menyang siji liyane.
  • Mantan umumample minangka osiloskop benchtop khas; paling asring cangkang njaba sambungan input BNC langsung disambungake menyang lemah bumi. Klip lemah sing disambungake menyang simpul lemah sing padha ing eksperimen bisa nyebabake loop lemah.

Sanajan DSC1 ora bisa nyebabake loop lemah dhewe, instrumen liyane ing lab pangguna bisa uga ora duwe isolasi loop lemah lan kanthi mangkono bisa dadi sumber loop lemah.

Daya DSC1
DSC1 Digital Servo Controller mbutuhake daya 5 V liwat USB-C nganti 0.75 A arus puncak lan 0.55 A ing operasi khas. Thorlabs nawakake loro sumber daya sing kompatibel: CPS1 lan DS5. Ing aplikasi ing ngendi sensitivitas gangguan kurang diwatesi utawa ing ngendi runtime luwih saka 8 jam dibutuhake, sumber daya diatur DS5 dianjurake. Sumber daya baterei CPS1 dianjurake yen kinerja swara optimal dikarepake. Kanthi CPS1 kebak daya lan sehat, DSC1 bisa operate kanggo 8 jam utawa luwih tanpa ngisi daya.

Thorlabs Worldwide Kontak

Kanggo pitulung utawa pitakon luwih lengkap, waca kontak Thorlabs ing saindenging jagad. Kanggo dhukungan teknis utawa pitakon dodolan, bukak kita ing www.thorlabs.com/contact kanggo informasi kontak paling anyar kita.

Kantor Pusat
Thorlabs, Inc.
43 Sparta Ave
Newton, New Jersey 07860
Amerika Serikat
sales@thorlabs.com
techsupport@thorlabs.com

Importir UE
Thorlabs GmbH
Münchner Weg 1
D-85232 Bergkirchen
Jerman
sales.de@thorlabs.com
europe@thorlabs.com

Produsen Produk
Thorlabs, Inc.
43 Sparta Ave
Newton, New Jersey 07860 Amérika Sarékat
sales@thorlabs.com
techsupport@thorlabs.com

Importir UK
Thorlabs Ltd.
204 Lancaster Way Business Park
Ely CB6 3NX Kab
Inggris
sales.uk@thorlabs.com
techsupport.uk@thorlabs.com
www.thorlabs.com

Dokumen / Sumber Daya

THORLABS DSC1 Compact Digital Servo Controller [pdf] Pandhuan pangguna DSC1, DSC1 Kompak Digital Servo Controller, DSC1, Kompak Digital Servo Controller, Digital Servo Controller, Servo Controller, Controller

Referensi

• Manual pangguna