Компактен дигитален серво контролер THORLABS DSC1

Спецификации:

• Име на производ: DSC1 компактен дигитален серво контролер
• Препорачана употреба: Со фотодетектори и актуатори на Thorlabs
• Компатибилни актуатори: Piezo ampлајфикатори, двигатели на ласерски диоди, TEC контролери, електро-оптички модулатори
• Усогласеност: CE/UKCA ознаки

Упатство за употреба на производот

Вовед

Наменета употреба: DSC1 е компактен дигитален серво контролер дизајниран за општа лабораториска употреба во истражувањето и индустријата. DSC1 мери волtagд, пресметува сигнал за повратна информација според контролниот алгоритам избран од корисникот и излегува voltage. Производот може да се користи само во согласност со упатствата опишани во ова упатство. Секоја друга употреба ќе ја поништи гаранцијата. Секој обид за репрограмирање, расклопување на бинарни кодови или на друг начин менување на фабричките упатства за машината во DSC1, без согласност на Thorlabs, ќе ја поништи гаранцијата. Thorlabs препорачува користење на DSC1 со фотодетектори и актуатори на Thorlabs. На пр.ampАктиваторите на Thorlabs кои се добро прилагодени за употреба со DSC1 се пиезо на Thorlabs ampладилници, драјвери за ласерски диоди, контролери за термоелектрични ладилници (TEC) и електрооптички модулатори.

Објаснување на безбедносните предупредувања

ЗАБЕЛЕШКА Укажува информации кои се сметаат за важни, но не се поврзани со опасности, како што е можно оштетување на производот.
Ознаките CE/UKCA на производот се декларација на производителот дека производот е во согласност со суштинските барања на релевантното европско законодавство за здравје, безбедност и заштита на животната средина.
Симболот за корпа за отпадоци на тркала на производот, додатоците или пакувањето означува дека овој уред не смее да се третира како несортиран комунален отпад, туку мора да се собира одделно.

Опис
Дигиталниот серво контролер DSC1 на Thorlabs е инструмент за контрола со повратна информација на електрооптички системи. Уредот мери влезен волумен.tagд, одредува соодветна повратна информација томtage преку еден од неколкуте контролни алгоритми, и ја применува оваа повратна информација на излезна томtagе-канал. Корисниците можат да изберат да ја конфигурираат работата на уредот или преку интегриран екран на допир, графички кориснички интерфејс за далечински десктоп компјутер (GUI) или комплет за развој на софтвер за далечински компјутер (SDK). Серво контролерот сamples voltage податоци со 16-битна резолуција преку коаксијален SMB влезен порт на 1 MHz.

За да се обезбеди попрецизен волуменtage мерења, аритметичките кола во уредот даваат просек на секои две секундиampпомалку за ефективнаampле фреквенција од 500 kHz. Дигитализираните податоци се обработуваат од микропроцесор со голема брзина користејќи техники за дигитална обработка на сигнали (DSP). Корисникот може да избере помеѓу SERVO и PEAK контролни алгоритми. Алтернативно, корисникот може да тестира одговор на системот на DC волумен.tage за да се одреди серво поставената точка со RAMP режим на работа, кој испушта бран на пила синхрони со влезот. Влезниот канал има типичен пропусен опсег од 120 kHz. Излезниот канал има типичен пропусен опсег од 100 kHz. Фазното задоцнување од -180 степени на влезно-излез волtagПреносната функција на овој серво контролер е типично 60 kHz.

Технички податоци

Спецификации

Работни спецификации
Пропусен опсег на системот	DC до 100 kHz
Влез во излез -180 степени Фреквенција	>58 kHz (типично 60 kHz)
Номинален влез Сampling резолуција	16 бит
Номинална излезна резолуција	12 бит
Максимален влезен волtage	±4 V
Максимален излез волtageb	±4 V
Максимална влезна струја	100 mA
Просечен праг на бучава	-120 dB V2/Hz
Подот со врвен шум	-105 dB V2/Hz
Влезен RMS шумc	0.3 mV
Влез Sampлинг Фреквенција	1 MHz
Фреквенција на ажурирање на PIDd	500 kHz
Опсег на фреквенција на модулација на Peak Lock	100 Hz – 100 kHz во чекори од 100 Hz
Влезно завршување	1 MΩ
Излезна импедансаb	220 Ω

• а. Ова е фреквенцијата при која излезот достигнува фазно поместување од -180 степени во однос на влезот.
• б. Излезот е дизајниран за поврзување со уреди со висока Z (>100 kΩ). Поврзувањето уреди со понизок влезен терминал, Rdev, ќе ја намали излезната јачинаtagопсег од Rdev/(Rdev + 220 Ω) (на пр. уред со завршница од 1 kΩ ќе даде 82% од номиналната излезна јачинаtagопсег).
• в. Пропусниот опсег на интеграција е 100 Hz – 250 kHz.
• г. Нископропусен филтер ги намалува артефактите од дигитализацијата во јачината на звукот на излезната контрола.tage, што резултира со излезна пропусност од 100 kHz.

Електрични барања
Набавка Voltage	4.75 – 5.25 V DC
Струја на снабдување	750 mA (Макс)
Температурен опсегa	0 °C до 70 °C

• a Температурен опсег преку кој уредот може да се ракува без Оптималната работа се јавува кога е во близина на собна температура.

Системски барања
Оперативен систем	Windows 10® (препорачано) или 11, задолжителни 64 битни
Меморија (RAM)	4 GB минимум, 8 GB се препорачува
Sтоража	300 MB (мин.) достапен простор на дискот
Интерфејс	USB 2.0
Минимална резолуција на екранот	1200 x 800 пиксели

Механички цртежи 

Поедноставена декларација за усогласеност
Целосниот текст на декларацијата за усогласеност на ЕУ е достапен на следната интернет адреса: https://Thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=16794

Ознака на FCC 

Забелешка: Оваа опрема е тестирана и утврдено е дека е во согласност со ограничувањата за дигитален уред од класа А, во согласност со дел 15 од Правилата на FCC. Овие ограничувања се дизајнирани да обезбедат разумна заштита од штетни пречки кога опремата се ракува во комерцијална средина. Оваа опрема генерира, користи и може да зрачи енергија на радио фреквенција и, доколку не се инсталира и користи во согласност со упатството за употреба, може да предизвика штетни пречки на радио комуникациите. Работењето на оваа опрема во станбена зона најверојатно ќе предизвика штетни пречки во тој случај од корисникот ќе се бара да ги поправи пречките на свој трошок.

Безбедносни предупредувања: Ознаките CE/UKCA укажуваат на усогласеност со европското законодавство за здравје, безбедност и заштита на животната средина.

Операција

Основи: Запознајте се со основните функции на DSC1.

Заземјување јамки и DSC1: Обезбедете соодветно заземјување за да избегнете пречки.

Напојување на DSC1: Поврзете го изворот на енергија следејќи ги дадените упатства.

Екран на допир 

Стартување на интерфејсот со екран на допир 
По поврзувањето на струја и краткото загревање за помалку од една секунда, DSC1 ќе го осветли интегрираниот екран на допир и екранот ќе реагира на влезовите.

Работа со екран на допир во SERVO режим
Режимот SERVO имплементира PID контролер.

Слика 2 Екран на допир во режим на работа на сервото со вклучен PID контролер во режим на PI контрола. 

• Нумеричката вредност на PV (променливата на процесот) ја покажува AC RMS voltage на влезниот сигнал во волти.
• OV (излезен волуменtagд) нумеричката вредност го покажува просечниот излез voltage од DSC1.
• Контролата S (зададена вредност) ја поставува зададената вредност на серво јамката во волти. 4 V е максималната, а -4 V е минималната дозволена вредност.
• Контролата O (офсет) го поставува DC поместувањето на серво јамката во волти. 4 V е максимум и -4 V е минимално дозволено.
• Контролата P (пропорционална) го поставува пропорционалниот коефициент на засилување. Ова може да биде позитивна или негативна вредност помеѓу 10-5 и 10,000, означена во инженерската нотација.
• I (интегралната) контрола го поставува коефициентот на интегрално засилување. Ова може да биде позитивна или негативна вредност помеѓу 10-5 и 10,000, означена со инженерска нотација.
• Контролата D (дериват) го поставува коефициентот на засилување на изводот. Ова може да биде позитивна или негативна вредност помеѓу 10-5 и 10,000, означена во инженерската нотација.
• Прекинувачот STOP-RUN ја оневозможува и активира серво јамката.
• Копчињата P, I и D овозможуваат (осветлени) и оневозможуваат (темно сино) секое засилувањеtage во PID серво јамката.
• Паѓачкото мени SERVO му овозможува на корисникот да го избере режимот на работа.
• Трагата на теле ја покажува моменталната зададена точка. Секоја точка е оддалечена 2 µs на X-оската.
• Златната трага го покажува тековното измерено PV. Секоја точка е оддалечена 2 µs на X-оската.

Работа со екран на допир во RAMP Режим 
РAMP Режимот дава пилевина бран со конфигурација на корисникот ampлитуда и офсет.

• Нумеричката вредност на PV (променливата на процесот) ја покажува AC RMS voltage на влезниот сигнал во волти.
• OV (излезен волуменtagд) нумеричката вредност го покажува просечниот излез voltagд се применува од уредот.
• Контролата O (офсет) го поставува офсетот на DC на ramp излез во волти. 4 V е максималниот, а -4 V е минималниот дозволен.
• А (ampконтролата на литиумот ја поставува ampлитуда на рamp излез во волти. 4 V е максималниот, а -4 V е минималниот дозволен.
• Прекинувачот STOP-RUN ја оневозможува и овозможува серво-јамката соодветно.
• РAMP паѓачкото мени му овозможува на корисникот да го избере режимот на работа.
• Златната трага го покажува одговорот на растението синхронизиран со излезниот волумен на скенирање.tagд. Секоја точка е на растојание од 195 µs на X-оската.

Екран на допир Работа во режим PEAK
Режимот PEAK имплементира контролер за барање екстреми со фреквенција на модулација што може да се конфигурира од корисникот, ampлитидуа и интеграциска константа. Забележете дека модулацијата и демодулацијата се секогаш активни кога уредот е во PEAK режим; прекинувачот за запирање на работата го активира и деактивира интегралното засилување во јамката за контрола на нишањето.

• Нумеричката вредност на PV (променливата на процесот) ја покажува AC RMS voltage на влезниот сигнал во волти.
• OV (излезен волуменtagд) нумеричката вредност го покажува просечниот излез voltagд се применува од уредот.
• Нумеричката вредност M (множител на фреквенција на модулација) го покажува множителот од 100 Hz на фреквенцијата на модулација. За прample, ако M = 1 како што е прикажано, фреквенцијата на модулација е 100 Hz. Максималната модулациска фреквенција е 100 kHz, со вредност M од 1000. Генерално, се препорачуваат повисоки фреквенции на модулација, под услов контролниот актуатор да реагира на таа фреквенција.
• А (ampконтролата на литиумот ја поставува ampлитуда на модулацијата во волти, означена во инженерска нотација. 4 V е максимум и -4 V е минимално дозволено.
• Контролата K (интегрален коефициент на заклучување на врвот) ја поставува константата на интеграција на контролорот, со единици од V / s, означени во инженерската нотација. Ако корисникот не е сигурен како да ја конфигурира оваа вредност, обично се препорачува почнување со вредност околу 1.
• Прекинувачот STOP-RUN ја оневозможува и овозможува серво-јамката соодветно.
• Паѓачкото мени PEAK му овозможува на корисникот да го избере режимот на работа.
• Златната трага го покажува одговорот на растението синхронизиран со излезниот волумен на скенирање.tagд. Секоја точка е на растојание од 195 µs на X-оската.

Софтвер
Софтверот за дигитален серво контролер е дизајниран да овозможи контрола врз основната функционалност преку компјутерски интерфејс и да обезбеди проширен сет на алатки за анализа за користење на контролерот. На пр.ampле, GUI вклучува заплет што може да го прикаже влезниот волуменtage во фреквенциски домен. Дополнително, податоците можат да се извезат како .csv file. Овој софтвер овозможува користење на уредот во серво, врв или рamp режими со контрола врз сите параметри и поставки. Одговорот на системот може да биде viewед како влез волtage, сигнал за грешка или и двете, или во претставувањата во временскиот или фреквентниот домен. Ве молиме погледнете го упатството за повеќе информации.

Стартување на софтверот
Откако ќе го стартувате софтверот, кликнете на „Поврзи се“ за да ги видите достапните DSC уреди. Може да се контролираат повеќе DSC уреди истовремено.

Слика 5
Стартување на екранот за софтверот DSCX Client.

Слика 6 Прозорец за избор на уред. Кликнете OK за да се поврзете со избраниот уред.

Таб за серво софтвер
Картичката Servo му овозможува на корисникот да работи со уредот во серво режим со дополнителни контроли и прикази надвор од оние што се обезбедени од вградениот кориснички интерфејс со екран на допир на самиот уред. На ова јазиче, достапни се претставите на доменот на време или фреквенција на процесната променлива. Одговорот на системот може да биде viewед како процесна променлива, сигнал за грешка или и двете. Сигналот за грешка е разликата помеѓу процесната променлива и поставената точка. Со користење на техники за контролна анализа, одговорот на импулсите, фреквентниот одговор и фазниот одговор на уредот може да се предвидат, под услов да се направат одредени претпоставки за однесувањето на системот и коефициентите на засилување. Овие податоци се прикажуваат на картичката за серво контрола за корисниците да можат превентивно да го конфигурираат својот систем, пред да започнат со контролни експерименти.

Слика 7 Софтверски интерфејс во Рamp режим со приказ на доменот на фреквенција. 

• Овозможи X мрежни линии: Штиклирањето на полето ги овозможува X мрежните линии.
• Овозможи Y мрежни линии: штиклирањето на полето ги овозможува Y мрежните линии.
• Копче за стартување / пауза: Со притискање на ова копче започнува / запира ажурирањето на графичките информации на екранот.
• Фреквенција / Вклучување време: се префрла помеѓу зацртување домен на фреквенција и домен на време.
• Вклучување PSD / ASD: се префрла помеѓу спектрална густина на моќност и ampвертикални оски со литуда со спектрална густина.
• Просечни скенирања: Вклучувањето на овој прекинувач го овозможува и оневозможува просекот во доменот на фреквенцијата.
• Просечно скенирање: оваа нумеричка контрола го одредува бројот на скенирања што треба да се просечат. Минимумот е 1 скенирање, а максимумот е 100 скенирања. Стрелките нагоре и надолу на тастатурата го зголемуваат и намалуваат бројот на скенирања во просек. Слично на тоа, копчињата нагоре и надолу во непосредна близина на контролата го зголемуваат и намалуваат бројот на скенирања во просек.
• Вчитај: Притискањето на ова копче во панелот Референтен спектар му овозможува на корисникот да избере референтен спектар зачуван на компјутерскиот компјутер.
• Зачувај: Притискањето на ова копче во панелот Референтен спектар му овозможува на корисникот да ги зачува моментално прикажаните податоци за фреквенцијата на својот компјутер. Откако ќе кликнете на ова копче, зачувајте file дијалогот ќе му овозможи на корисникот да ја избере локацијата за складирање и да ја внесе file име за нивните податоци. Податоците се зачувуваат како вредност одвоена со запирки (CSV).
• Прикажи референца: штиклирањето на ова поле овозможува прикажување на последниот избран референтен спектар.
• Автоматско скалирање на Y-оската: Штиклирањето на полето овозможува автоматско поставување на границите на приказот на Y-оската.
• Автоматско скалирање на X-оската: Штиклирањето на полето овозможува автоматско поставување на границите на приказот на X-оската.
• Дневник X-оска: проверка на полето за префрлање помеѓу логаритамски и линеарен приказ на оската X.
• Стартувај PID: Овозможувањето на ова копче ја овозможува серво јамката на уредот.
• O Numeric: Оваа вредност ја поставува поместувањето на јачината на звукотtage во волти.
• SP Numeric: Оваа вредност ја поставува зададената вредност за јачина на звукtage во волти.
• Kp Numeric: Оваа вредност го поставува пропорционалното засилување.
• Ki Numeric: Оваа вредност го поставува интегралното засилување во 1/s.
• Kd Numeric: Оваа вредност ја поставува добивката на изводот во s.
• Копчиња P, I, D: Овие копчиња овозможуваат соодветно пропорционално, интегрално и изводно засилување кога се осветлени.
• Вклучување на Run/Stop: со вклучување на овој прекинувач се овозможува и оневозможува контролата.

Корисникот може да го користи и глувчето за да го промени обемот на прикажаните информации: 

• Тркалото на глувчето го зумира и намалува заплетот кон моменталната положба на покажувачот на глувчето.
• SHIFT + Click го менува покажувачот на глувчето во знак плус. Потоа, левото копче на глувчето ќе ја зголеми позицијата на покажувачот на глувчето за фактор 3. Корисникот може исто така да влече и да избере регион од графиконот за да го зумира за да го вклопи.
• ALT + Click го менува покажувачот на глувчето во знак минус. Потоа, левото копче на глувчето ќе се оддалечи од позицијата на покажувачот на глувчето за фактор 3.
• Ширење и стискање гестови на подлогата за глувче или екран на допир ќе зумирате и одзумирате од табелата соодветно.
• По скролувањето, кликнувањето на левото копче на глувчето ќе му овозможи на корисникот да се движи по патеката со влечење на глувчето.
• Со кликнување со десното копче на графиконот ќе се врати стандардната позиција на графиконот.

Ramp Таб со софтвер
Рamp табот обезбедува споредлива функционалност со ramp картичката на вградениот екран на допир. Префрлувањето на оваа картичка го става поврзаниот уред во ramp режим.

Слика 8
Софтверски интерфејс во Ramp режим.

Покрај контролите достапни во Серво режим, Ramp режимот додава: 

• Amplitude Numeric: Оваа вредност го поставува скенирањето ampлитуда во волти.
• Offset Numeric: Оваа вредност го поставува поместувањето на скенирањето во волти.
• Стартувај / Стоп Ramp Вклучи/исклучи: Вклучувањето на овој прекинувач го овозможува и оневозможува ramp.

Картичка за врвен софтвер 
Картичката Peak Control ја обезбедува истата функционалност како и режимот PEAK на вградениот кориснички интерфејс, со дополнителна видливост на природата на повратниот сигнал од системот. Префрлувањето на оваа картичка го префрла поврзаниот уред во режим на работа PEAK.

Слика 9 Софтверски интерфејс во режим на врв со приказ на временски домен.

Покрај контролите достапни во серво режимот, режимот Peak додава: 

• Amplitude numeric: Оваа вредност ја поставува модулацијата ampлитуда во волти.
• K нумеричко: Ова е коефициентот на интегрален коефициент на врвно заклучување; вредноста ја поставува константата на интегрално засилување во V/s.
• Офсет нумерички: Оваа вредност го поставува поместувањето во волти.
• Нумеричка фреквенција: Ова го поставува мултипликаторот на фреквенцијата на модулација во зголемувања од 100 Hz. Минималната дозволена вредност е 100 Hz, а максималната е 100 kHz.
• Вклучување на Run/Stop Peak: Вклучувањето на овој прекинувач го овозможува и оневозможува интегралното засилување. Забелешка, секогаш кога уредот е во режим PEAK, излезната модулација и демодулацијата на сигналот за грешка се активни.

Зачувани податоци 
Податоците се зачувуваат во формат на вредност одвоена со запирки (CSV). Кратко заглавие ги задржува релевантните податоци од податоците што се зачувуваат. Ако форматот на овој CSV е променет, софтверот можеби нема да може да врати референтен спектар. Затоа, корисникот се охрабрува да ги зачува своите податоци во посебна табела file доколку имаат намера да направат некаква независна анализа.

Слика 10 Податоци во формат .csv извезени од DSC1. 

Теорија на операција

PID серво контрола
Колото PID често се користи како контролер за повратни информации за контролната јамка и е многу честа појава во серво кола. Целта на серво колото е да го држи системот на предодредена вредност (подесена точка) подолги временски периоди. Колото PID активно го држи системот на зададената точка со генерирање на сигнал за грешка што е разликата помеѓу зададената точка и моменталната вредност и модулирање на излезната јачинаtage за одржување на зададената точка. Буквите што го сочинуваат акронимот PID одговараат на пропорционално (P), интегрално (I) и изводливо (D), што ги претставуваат трите контролни поставки на PID колото.

Пропорционалниот член зависи од сегашната грешка, интегралниот член зависи од акумулацијата на минатите грешки, а изводниот член е предвидување на идната грешка. Секој од овие членови се внесува во пондерирана сума која го прилагодува излезниот волуменtage од колото, u(t). Овој излез се внесува во контролниот уред, неговото мерење се внесува назад во PID јамката и на процесот му е дозволено активно да го стабилизира излезот на колото за да ја достигне и задржи вредноста на зададената точка. Блок-дијаграмот подолу го илустрира дејството на PID колото. Една или повеќе од контролите може да се користат во кое било серво коло во зависност од тоа што е потребно за стабилизирање на системот (т.е. P, I, PI, PD или PID).

Ве молиме имајте предвид дека PID колото нема да гарантира оптимална контрола. Неправилното поставување на PID контролите може да предизвика значително осцилирање на колото и да доведе до нестабилност во контролата. Од корисникот зависи правилно да ги прилагоди PID параметрите за да обезбеди соодветни перформанси.

Теорија на PID 

PID теорија за континуиран серво контролер: Разберете ја PID теоријата за оптимална серво контрола.
Излезот на контролното коло PID, u(t), е даден како

Каде:

• ?? е пропорционалното засилување, бездимензионално
• ?? е интегралното засилување во 1/секунди
• ?? е дериватната добивка во секунди
• ?(?) е сигналот за грешка во волти
• ?(?) е контролниот излез во волти

Оттука можеме математички да ги дефинираме контролните единици и да ја разгледаме секоја подетално. Пропорционалната контрола е пропорционална на сигналот за грешка; како таква, таа е директен одговор на сигналот за грешка генериран од колото:
? = ???(?)
Поголемото пропорционално засилување резултира со поголеми промени како одговор на грешката, а со тоа влијае на брзината со која контролорот може да одговори на промените во системот. Додека високото пропорционално засилување може да предизвика колото да реагира брзо, превисоката вредност може да предизвика осцилации околу вредноста на SP. Премногу ниска вредност и колото не може ефикасно да одговори на промените во системот. Интегралната контрола оди чекор подалеку од пропорционалното засилување, бидејќи е пропорционално не само на големината на сигналот за грешка, туку и на времетраењето на секоја акумулирана грешка.

Интегралната контрола е многу ефикасна во зголемувањето на времето на одговор на колото, заедно со елиминирањето на грешката во стационарна состојба поврзана со чисто пропорционалната контрола. Во суштина, интегралната контрола ги сумира сите претходно некорегирани грешки, а потоа ја множи таа грешка со Ki за да го произведе интегралниот одговор. Така, дури и за мала одржлива грешка, може да се реализира голем агрегиран интегрален одговор. Сепак, поради брзиот одговор на интегралната контрола, високите вредности на засилување можат да предизвикаат значително пречекорување на SP вредноста и да доведат до осцилации и нестабилност. Премногу ниско, колото ќе биде значително побавно во реагирањето на промените во системот. Деривативната контрола се обидува да го намали пречекорувањето и потенцијалот на ѕвонење од пропорционалната и интегралната контрола. Таа одредува колку брзо колото се менува со текот на времето (со гледање на дериватот на сигналот за грешка) и го множи со Kd за да го произведе деривативниот одговор.

За разлика од пропорционалната и интегралната контрола, деривативната контрола ќе го забави одговорот на колото. Притоа, таа е во можност делумно да го компензира пречекорувањето, како и damp од сите осцилации предизвикани од интегрална и пропорционална контрола. Високите вредности на засилување предизвикуваат колото да реагира многу бавно и може да остави некој подложен на бучава и осцилации со висока фреквенција (бидејќи колото станува премногу бавно за да реагира брзо). Премногу ниско и колото е склоно кон надминување на вредноста на зададената точка. Меѓутоа, во некои случаи мора да се избегне надминување на вредноста на зададената точка за која било значајна сума и на тој начин може да се користи поголема изводна добивка (заедно со помала пропорционална добивка). Табелата подолу ги објаснува ефектите од зголемувањето на засилувањето на кој било од параметрите независно.

Параметар Зголемен	Време на пораст	Надминување	Време на решавање	Грешка во стабилна состојба	Стабилност
Kp	Намали	Зголемување	Мала промена	Намали	Деградирај
Ki	Намали	Зголемување	Зголемување	Значително намалување	Деградирај
Kd	Мало намалување	Мало намалување	Мало намалување	Без ефект	Подобрување (за мали Kd)

Серво контролери со дискретно време 

Формат на податоци
PID контролерот во DSC1 добива 16-битен ADC sample, што е офсет бинарен број, кој може да се движи од 0-65535. 0 се мапира линеарно на негативен влез од 4V и 65535 претставува влезен сигнал +4V. Сигналот „грешка“, ?[?], во PID јамката во временски чекор ? се определува како ?[?] = ? − ?[?] Каде? е зададената точка и ?[?] е томtagесample во офсет бинарната скала на дискретен временски чекор, ?.

Закон за контрола во доменот на времето
Три члена за добивка се пресметуваат и се сумираат заедно.
?[?] = ??[?] + ??[?] + ??[?] ?? = ???[?] ?? ≈ ?? ∫ ?[?] ?? = ??(?[?] − ?[? − 1])
Каде ??[?], ??[?] и ??[?] се пропорционалните, интегралните и изводните добивки кои го сочинуваат контролниот излез ?[?] во временски чекор ?. ???, ???, и ??? се пропорционалните, интегралните и дериватните коефициенти на засилување.

Приближување на интегралот и дериватот
DSC1 апроксимира интегратор со акумулатор.
∫ ?[?] = ?[?] + ∫ ?[? − 1] Разгледувањето на интервалот на интеграција, ширината на временскиот чекор, е завиткано во коефициентот на интегрално засилување ?? така што: ?? = ?′?ℎ
Каде ?? е номинално внесениот интегрален коефициент на засилување и ℎ е времето помеѓу ADC sampлес. Ние правиме слично приближување со изводот како разлика помеѓу ?[?] и ?[? − 1] повторно под претпоставка дека ?? содржи и скалирање од 1 / ч.

Како што беше претходно споменато, сега земете во предвид дека интегралните и изводните апроксимации не вклучија никакво разгледување на временскиот чекор (сample интервал), во понатамошниот текст ℎ. Традиционално велиме апроксимација од прв ред, експлицитна, на променлива ?[?] со = ?(?, ?) врз основа на членовите во проширувањето на Тејлоровиот ред е ?[?] ≈ ?[? − 1] + ℎ ?(?, ?)
Ова често се нарекува шема на обратна Ојлерова интеграција или експлицитен нумерички интегратор од прв ред. Ако го решиме изводот, ?(?, ?), наоѓаме:

Забележете ја сличноста на броителот во горенаведеното со нашето процесно приближување до изводот во контролната равенка. Ова значи дека нашето приближување до изводот е посоодветно скалирано за ℎ−1.

Исто така, интуитивно ја имитира Основната теорема на Калкулусот:

Сега ако го кажеме тоа? е интегралот на сигналот за грешка?, можеме да ги направиме следните замени.
?[?]=∫?[?] ?(?,?)= ?[?] И добиваме приближување од тејлоровата серија од прв ред до функцијата ?: ∫?[?]=∫?[?−1]+ℎ ?(?)
Со едноставно претпоставување ∫?[?]=0 за ?=0, тековното приближување до интеграл практично се кондензира во акумулатор.

Затоа го прилагодуваме нашето претходно изведување на контролниот закон на:

Закон за контрола во доменот на фреквенција
Иако равенката изведена во понатамошниот дел го информира однесувањето во временскиот домен на дискретно-временскиот PID контролер имплементиран во DSC1, таа малку кажува за одговорот на контролерот во фреквенцискиот домен. Наместо тоа, го воведуваме ? доменот, кој е аналоген на Лапласовиот домен, но за дискретно, а не за континуирано време. Слично на Лапласовата трансформација, Z трансформацијата на функцијата најчесто се одредува со составување на табелирани Z-трансформациски врски, наместо директно да се замени дефиницијата на Z-трансформацијата (прикажана подолу).

Каде што ?(?) е изразот во Z-доменот на дискретна временска променлива ?[?], ? е радиусот (често третиран како 1) на независната променлива ?, ? е квадратниот корен од -1, а ∅ е комплексниот аргумент во радијани или степени. Во овој случај, потребни се само две табелирани Z-трансформации.
?[?] = ?[?] ?[? − 1] = ?[?]?−1
З-трансформацијата на пропорционалниот член, ??, е тривијална. Исто така, ве молиме прифатете за момент дека ни е корисно да ја одредиме грешката за контрола на функцијата за пренос, ?(?), наместо едноставно ?(?).

Z-трансформацијата на интегралниот член, ??, е поинтересна.
Да се ​​потсетиме на нашата експлицитна Ојлерова шема за интеграција во претходниот дел: ??(?) = ?? ∫ ?[?] = ?? (∫ ?[? − 1] + ℎ ?(?))
∫ ?(?) = ∫ ?(?) ?−1 + ℎ?(?)
∫ ?(?) − ∫ ?(?) ?−1 = ℎ?(?)

Конечно, ја гледаме добивката на изводот, ??: 

Составувајќи ја секоја од горенаведените функции за пренос, доаѓаме до: 

Со оваа равенка, можеме нумерички да го пресметаме одговорот на доменот на фреквенција за контролорот и да го прикажеме како Bode график, како што е подолу.
Функции за пренос на PID, Kp = 1.8, Ki = 1.0, Kd = 1E-4

Забележете како засилувањето на PI контролерот се приближува само до пропорционалното засилување и висока фреквенција и како засилувањето на контролорот PD се приближува само до пропорционалното засилување при ниски фреквенции.

PID подесување
Општо земено, придобивките на P, I и D ќе треба да се прилагодат од страна на корисникот за да се оптимизираат перформансите на системот. Иако не постои статичен сет на правила за тоа кои вредности треба да бидат за кој било специфичен систем, следењето на општите процедури треба да помогне во прилагодувањето на колото за да одговара на системот и околината. Општо земено, правилно наместеното PID коло обично малку ќе ја надмине вредноста на SP и потоа брзо damp за да ја достигнете вредноста на SP и држете стабилно во тој момент. PID јамката може да се заклучи или на позитивен или негативен наклон со менување на знакот на добивките P, I и D. Во DSC1, знаците се заклучени заедно, така што менувањето на еден ќе ги промени сите.

Рачното подесување на поставките за засилување е наједноставниот метод за поставување на контролите на PID. Сепак, оваа постапка се прави активно (PID контролерот е прикачен на системот и PID јамката е овозможена) и бара одредено искуство за да се постигнат добри резултати. За рачно нагодување на вашиот PID контролер, прво поставете ги интегралните и изводните добивки на нула. Зголемете го пропорционалното засилување додека не забележите осцилација на излезот. Вашата пропорционална добивка потоа треба да се постави на приближно половина од оваа вредност. Откако ќе се постави пропорционалното засилување, зголемете го интегралното засилување додека не се коригира некое поместување на временска скала соодветна за вашиот систем.

Ако го зголемите ова засилување премногу, ќе забележите значително пречекорување на вредноста на SP и нестабилност во колото. Откако ќе се постави интегралното засилување, засилувањето на дериватот може да се зголеми. Засилувањето на дериватот ќе го намали пречекорувањето и damp системот брзо до зададената вредност. Ако премногу ја зголемите добивката на дериватот, ќе видите големо надминување (поради тоа што колото е премногу бавно за да одговори). Со играње со поставките за засилување, можете да ги оптимизирате перформансите на вашето PID коло, што резултира со систем кој брзо реагира на промените и ефикасно гampосцилација околу зададената вредност.

Тип на контрола	Kp	Ki	Kd
P	0.50 ку	–	–
PI	0.45 ку	1.2 Kp/Pu	–
PID	0.60 ку	2 Kp/Pu	KpPu/8

Додека рачното подесување може да биде многу ефикасно при поставување на PID коло за вашиот специфичен систем, тоа бара одредено искуство и разбирање на PID кола и одговор. Циглер-Николсовиот метод за подесување на PID нуди поструктуриран водич за поставување на вредностите на PID. Повторно, ќе сакате да ја поставите интегралната и изведената добивка на нула. Зголемете го пропорционалното засилување додека колото не почне да осцилира. Ова ниво на добивка ќе го наречеме Ku. Осцилацијата ќе има период од Pu. Добивките се за различни контролни кола потоа се дадени во табелата погоре. Забележете дека кога се користи методот Ziegler-Nichols подесување со DSC1, интегралниот член определен од табелата треба да се помножи со 2⋅10-6 за да се нормализира на sample стапка. Слично на тоа, коефициентот на изводот треба да се подели со 2⋅10-6 за да се нормализира на sample стапка.

Rampинг
Корисниците честопати може да треба да ја одредат работната точка со голем сигнал или корисна зададена точка за системот. За да се одреди или работната точка со голем сигнал (во натамошниот текст како DC offset) или оптималната серво поставена точка, вообичаена техника е едноставно да се стимулира системот постојано со линеарно зголемување на јачината на звукот.tagе сигнал. Моделот најчесто се нарекува пилана-бран, поради сличноста со забите на пилата.

Режим на заклучување на врвот
Режимот за заклучување на врв имплементира алгоритам за заклучување на нерамнините, исто така познат како контролер за барање екстреми. Во овој режим на работа, контролната вредност е надредена на излез од синусен бран. Измерениот влез волtage прво е дигитално високопропусен филтриран (HPF) за да се отстранат сите DC поместувања. Потоа, AC поврзаниот сигнал се демодулира со множење на секој измерен волуменtage од вредноста на излезната синусна модулација. Оваа операција на множење создава демодулиран сигнал со две главни компоненти: синусоидален бран на збирот од двете фреквенции и сигнал на разликата од двете фреквенции.

Втор дигитален филтер, овој пат нископропусен филтер (LPF), го намалува сигналот од збир од две фреквенции и го пренесува сигналот од ниска фреквенција со разлика од две фреквенции. Содржината на сигналот на иста фреквенција како модулацијата се појавува како DC сигнал по демодулацијата. Последниот чекор во алгоритмот за заклучување на врв е да се интегрира LPF сигналот. Излезот на интеграторот, во комбинација со излезната модулација, го регулира излезниот волумен.tagд. Акумулацијата на нискофреквентната демодулирана сигнална енергија во интеграторот ја турка контролата на офсет волtage на излезот се повисоко и повисоко додека знакот на излезот LPF не се промени и излезот на интеграторот не почне да се намалува. Како што контролната вредност се приближува до врвот на одговорот на системот, резултатот од модулацијата на влезниот сигнал до серво контролерот станува сè помал и помал, бидејќи наклонот на формата на синусоидалниот бран е нула на нејзиниот врв. Ова пак значи дека има помала излезна вредност од нископропусниот филтриран, демодулиран сигнал, и затоа помалку да се акумулира во интеграторот.

Слика 12 Блок-дијаграм на контролер за заклучување на врвот. Влезниот сигнал од постројката која реагира на врвот се дигитализира, а потоа се филтрира високопропусни. Излезниот сигнал на HPF е демодулиран со дигитален локален осцилатор. Излезот на демодулаторот е нископропусен филтриран и потоа интегриран. Излезот на интеграторот се додава на сигналот за модулација и излезот во постројката која реагира на врвот. Заклучувањето на врвот е добар контролен алгоритам за избор кога системот што корисникот сака да го контролира нема монотон одговор околу оптималната контролна точка. ПрampНекои од овие видови системи се оптички медиуми со резонантна бранова должина, како што е ќелија на пареа, или филтер за отфрлање на опсегот на RF (филтер за засек). Централната карактеристика на шемата за контрола на заклучување врв е тенденцијата на алгоритмот да го насочи системот кон нулта вкрстување на сигналот за грешка што се совпаѓа со врв во измерениот сигнал, како сигналот за грешка да е извод на измерениот сигнал. Забележете дека врвот може да биде позитивен или негативен. За да започнете со режимот на работа со максимално заклучување за DSC1, можете да ја следите оваа постапка.

1. Проверете дали има врв (или долина) на сигналот на кој се заклучувате е во рамките на контролната јачинаtagопсегот на актуаторот и дека позицијата на врвот е релативно стабилна со текот на времето. Корисно е да се користи RAMP режим за визуелизирање на сигналот преку контролната волtagопсег на интерес.
2. Забележете го контролниот волуменtagд позиција на врвот (или долината).
3. Проценете колку е широк врвот (или долината) во контрола волtagд на половина од висината на врвот. Оваа ширина, во волти, најчесто се нарекува полу-макс со целосна ширина или FWHM. Треба да биде широк најмалку 0.1 V за добри резултати.
4. Поставете ја модулацијата ampлитиум (А) до 1% до 10% од волуменот на FWHMtage.
5. Поставете го офсет волtagе колку што е можно поблиску до позицијата на врвот (или долината) на која сакате да се заклучите.
6. Поставете ја фреквенцијата на модулација на саканата фреквенција. На екранот на допир на ова влијае M, параметарот за фреквенција на модулација. Фреквенцијата на модулација е 100 Hz пати M. Најдобар избор на фреквенција на модулација зависи од апликацијата. Thorlabs препорачува вредности околу 1 kHz за механички активатори. Може да се користат повисоки фреквенции за електро-оптички актуатори.
7. Поставете го интегралниот коефициент на заклучување на врвот (K) на 0.1 пати A. K може да биде позитивен или негативен. Општо земено, позитивниот K се заклучува на врвот на влезниот сигнал, додека негативниот K се заклучува на долината на влезниот сигнал. Меѓутоа, ако актуаторот или системот што се заклучува има фазно доцнење од повеќе од 90 степени на фреквенцијата на нишање, знакот на K ќе се инвертира и позитивниот K ќе се заклучи на долината, а негативниот K ќе се заклучи на врвот.
8. Притиснете Run и потврдете дека контролата voltagИзлезот се менува од оригиналната вредност на поместување (O) и не отстапува до екстрем. Алтернативно, следете ја процесната променлива користејќи осцилоскоп за да потврдите дека DSC1 е заклучен на посакуваниот врв или долина.

Слика 13 Прample податоци од ramping на излезната поместување voltage со континуиран синусен бран, наметнат на постројка за одговор на врвот. Забележете дека сигналот за грешка премин нула се усогласува со врвот на сигналот за одговор на постројката.

Одржување и чистење
Редовно чистете го и одржувајте го DSC1 за оптимални перформанси. DSC1 не бара редовно одржување. Доколку екранот на допир на уредот се извалка, Thorlabs препорачува нежно чистење на екранот на допир со мека крпа без влакненца, заситена со разреден изопропил алкохол.

Решавање проблеми и поправка

Ако се појават проблеми, погледнете во делот за решавање проблеми за упатства за решавање на вообичаени проблеми. Табелата подолу ги опишува типичните проблеми со препорачаните лекови од DSC1 и Thorlabs.

Прашање	Објаснување	Лек
Уредот не се вклучува кога е поврзан со USB Type-C напојување.	Уредот бара струја од дури 750 mA од напојување од 5 V, 3.75 W. Ова може да ги надмине можностите за напојување на некои USB-A конектори на лаптопи и компјутери.	Користете Thorlabs DS5 или CPS1 напојувања. Алтернативно, користете USB тип-C напојување како што обично се користи за полнење телефон или лаптоп што е оценет за излез од најмалку 750 mA на 5 V.
Уредот не се вклучува кога портата за податоци е поврзана со компјутер.	DSC1 троши енергија само од USB Type-C конекторот за напојување. USB Type Mini-B конекторот е само за податоци.	Поврзете го приклучокот за USB Type-C со напојување со моќност од најмалку 750 mA на 5 V, како што се Thorlabs DS5 или CPS1.

Отстранување
Следете ги правилните упатства за фрлање кога го повлекувате DSC1.
Thorlabs ја потврдува нашата усогласеност со директивата WEEE (Отпад од електрична и електронска опрема) на Европската заедница и соодветните национални закони. Според тоа, сите крајни корисници во ЕУ можат да вратат електрична и електронска опрема од категоријата Анекс I „од крај на животниот век“ продадена по 13 август 2005 година кај Thorlabs, без да платат трошоци за отстранување. Подобните единици се означени со прецртан лого „канта за отпадоци“ (видете десно), се продадени и моментално се во сопственост на компанија или институт во рамките на ЕУ и не се расклопени или контаминирани. Контактирајте го Thorlabs за повеќе информации. Третманот на отпад е ваша сопствена одговорност. Единиците „од крај на животниот век“ мора да се вратат кај Thorlabs или да се предадат на компанија специјализирана за преработка на отпад. Не го фрлајте уредот во канта за отпадоци или на јавно место за отстранување на отпад. Одговорност на корисникот е да ги избрише сите приватни податоци складирани на уредот пред отстранувањето.

ЧПП:

П: Што треба да направам ако DSC1 не се вклучува?
A: Проверете го поврзувањето на изворот на енергија и уверете се дека ги исполнува наведените барања. Ако проблемот продолжи, контактирајте со поддршката за корисници за помош.

Безбедност

ИЗВЕСТУВАЊЕ
Овој инструмент треба да се чува подалеку од средини каде што е веројатно истекување на течност или кондензирачка влага. Не е водоотпорен. За да избегнете оштетување на инструментот, не го изложувајте на прскање, течности или растворувачи.

Инсталација

Информации за гаранцијата
Овој прецизен уред може да се сервисира само ако се врати и правилно се спакува во целосното оригинално пакување, вклучувајќи ја и целосната пратка плус картонскиот додаток што ги чува приложените уреди. Доколку е потребно, побарајте замена за пакување. Упатете го сервисирањето на квалификуван персонал.

Вклучени компоненти

Компактниот дигитален серво контролер DSC1 се испорачува со следните компоненти:

• Дигитален серво контролер DSC1
• Картичка за брз почеток
• USB-AB-72 USB 2.0 Кабел за податоци од типот А до Мини-Б, долг 72 инчи (1.83 m)
• Кабел за напојување USB од тип A до USB тип-C, долг 1 m (39").
• Коаксијален кабел PAA248 SMB до BNC, долг 48" (1.22 m) (кол. 2)

Инсталација и поставување

Основи 
Корисниците може да го конфигурираат уредот со компјутер користејќи USB-интерфејс или преку интегрираниот екран на допир. Во секој случај, напојувањето мора да се обезбеди преку 5V USB-C конекцијата. Кога користите графички интерфејс на работната површина, серво контролерот мора да биде поврзан со USB 2.0 кабел (вклучен) од податочниот приклучок на уредот на компјутер со инсталиран софтвер за дигитален серво контролер.

Ground Loops и DSC1
DSC1 вклучува внатрешно коло за да се ограничи веројатноста за појава на заземјувачки јамки. Thorlabs предлага да се користи или DS5 регулирано напојување изолирано од трансформаторот или надворешен пакет батерии CPS1. Со DS5 или CPS1 напојувањето, заземјувањето на сигналот во DSC1 лебди во однос на заземјувањето на ѕидниот штекер. Единствените врски со уредот што се вообичаени за ова заземјување на сигналот се заземјувањето на сигналот на приклучокот за напојување USB-C и надворешната повратна патека на излезниот коаксијален SMB кабел. Податочната USB врска е изолирана. Влезниот сигнал има отпорник за прекин на јамката за заземјување помеѓу патеката за враќање на сигналот и заземјувањето на сигналот во инструментот што вообичаено ги спречува пречките во заземјувањето. Поважно е дека нема две директни патеки до заземјувањето на сигналот на уредот, со што се минимизира појавата на заземјувачки јамки.

За дополнително да се ублажи ризикот од пречки во заземјувањето, Thorlabs ги предлага следните најдобри практики: 

• Држете ги сите кабли за напојување и сигнал до уредот кратки.
• Користете или напојување со батерија (CPS1) или изолирано од трансформатор (DS5) напојување со DSC1. Ова обезбедува заземјување на сигналот на пловечкиот уред.
• Не ги поврзувајте патеките за враќање на сигналот од други инструменти една со друга.
  • Вообичаен ексample е типичен осцилоскоп за на маса; најчесто надворешните обвивки на влезните BNC конекции се директно поврзани со заземјување. Повеќе заземјувачки спојници поврзани на истиот заземјувачки јазол во еден експеримент можат да предизвикаат заземјувачка јамка.

Иако DSC1 веројатно нема сам по себе да предизвика заземјувачка јамка, другите инструменти во лабораторијата на корисникот може да немаат изолација на заземјувачката јамка и затоа би можеле да бидат извор на заземјувачки јамки.

Напојување на DSC1
Дигиталниот серво контролер DSC1 бара напојување од 5 V преку USB-C со максимална струја до 0.75 А и 0.55 А при типична работа. Thorlabs нуди две компатибилни напојувања: CPS1 и DS5. Во апликации каде што чувствителноста на бучава е помалку ограничена или каде што се потребни работни времиња поголеми од 8 часа, се препорачува регулирано напојување со DS5. Напојувањето од батеријата CPS1 се препорачува кога се посакуваат оптимални перформанси за бучава. Со целосно наполнет CPS1 и добро здравје, DSC1 може да работи 8 часа или повеќе без полнење.

Контакти на Thorlabs ширум светот

За понатамошна помош или прашања, погледнете ги светските контакти на Thorlabs. За техничка поддршка или прашања за продажба, посетете не на www.thorlabs.com/contact за нашите најсовремени информации за контакт.

Корпоративното седиште
Thorlabs, Inc.
43 Спарта Ave
Њутн, Њу Џерси 07860
Соединетите Американски Држави
sales@thorlabs.com
techsupport@thorlabs.com

Увозник на ЕУ
Thorlabs GmbH
Münchner Weg 1
Д-85232 Бергкирхен
Германија
sales.de@thorlabs.com
europe@thorlabs.com

Производител на производи
Thorlabs, Inc.
43 Спарта Ave
Њутн, Њу Џерси 07860 Соединетите Американски Држави
sales@thorlabs.com
techsupport@thorlabs.com

Велика Британија увозник
Thorlabs Ltd.
204 Бизнис парк Ланкастер Веј
Ely CB6 3NX
Обединетото Кралство
sales.uk@thorlabs.com
techsupport.uk@thorlabs.com
www.thorlabs.com

Документи / ресурси

Компактен дигитален серво контролер THORLABS DSC1 [pdf] Упатство за корисникот DSC1, DSC1 Компактен дигитален серво контролер, DSC1, компактен дигитален серво контролер, дигитален серво контролер, серво контролер, контролер

Референци

• Упатство за употреба