ТХОРЛАБС ДСЦ1 компактни дигитални серво контролер

Спецификације:

• Назив производа: ДСЦ1 компактни дигитални серво контролер
• Препоручена употреба: Са Тхорлабс фотодетекторима и актуаторима
• Компатибилни актуатори: Пиезо ampЛифиери, драјвери ласерских диода, ТЕЦ контролери, електро-оптички модулатори
• Усклађеност: ЦЕ/УКЦА ознаке

Упутства за употребу производа

Увод

Наменска употреба: ДСЦ1 је компактни дигитални серво контролер дизајниран за општу лабораторијску употребу у истраживању и индустрији. ДСЦ1 мери волtagе, израчунава повратни сигнал у складу са алгоритмом управљања који је изабрао корисник и даје волtagе. Производ се сме користити само у складу са упутствима описаним у овом приручнику. Свака друга употреба поништиће гаранцију. Сваки покушај репрограмирања, растављања бинарних кодова или на други начин измене фабричких машинских инструкција у ДСЦ1, без пристанка Тхорлабса, поништиће гаранцију. Тхорлабс препоручује коришћење ДСЦ1 са Тхорлабс фотодетекторима и актуаторима. ПрampЛе Тхорлабс актуатори који су погодни за употребу са ДСЦ1 су Тхорлабс пиезо ampЛифиери, драјвери ласерских диода, термоелектрични хладњак (ТЕЦ) контролери и електро-оптички модулатори.

Објашњење сигурносних упозорења

НАПОМЕНА Означава информације које се сматрају важним, али нису повезане са опасностима, као што је могућа оштећења производа.
ЦЕ/УКЦА ознаке на производу су изјава произвођача да је производ усклађен са основним захтевима релевантног европског законодавства о здрављу, безбедности и заштити животне средине.
Симбол канте за отпатке на производу, прибору или паковању означава да се овај уређај не сме третирати као несортирани комунални отпад, већ да се мора одвојено сакупљати.

Опис
Тхорлабсов ДСЦ1 дигитални серво контролер је инструмент за контролу електро-оптичких система са повратном спрегом. Уређај мери улазну запреминуtagе, одређује одговарајућу повратну информацију волtagе кроз један од неколико контролних алгоритама, и примењује ову повратну информацију на излазну волtagе канал. Корисници могу да изаберу да конфигуришу рад уређаја преко интегрисаног екрана осетљивог на додир, графичког корисничког интерфејса (ГУИ) удаљеног десктоп рачунара или комплета за развој софтвера за удаљени рачунар (СДК). Серво контролер сampлес волtagПодаци са 16-битном резолуцијом кроз коаксијални СМБ улазни порт на 1 МХз.

Да би се обезбедио прецизнији волtagе мерења, аритметичка кола унутар уређаја просечне вредности сваке две сampлес за ефективно сampбрзина од 500 кХз. Дигитализоване податке обрађује микропроцесор великом брзином користећи технике дигиталне обраде сигнала (ДСП). Корисник може да бира између СЕРВО и ПЕАК алгоритама управљања. Алтернативно, корисник може тестирати системски одговор на ДЦ волtagе за одређивање задате вредности серво помоћу РAMP режим рада, који на излазу даје пиласти талас синхроно са улазом. Улазни канал има типичан пропусни опсег од 120 кХз. Излазни канал има типичан пропусни опсег од 100 кХз. Фазно кашњење од -180 степени инпут-то-оутпут волtagПреносна функција овог серво контролера је типично 60 кХз.

Технички подаци

Спецификације

Оперативне спецификације
Системски пропусни опсег	ДЦ до 100 кХз
Улаз за излаз -180 степени фреквенције	>58 кХз (60 кХз типично)
Номинални улаз Сampлинг Резолуција	16 Бит
Номинална излазна резолуција	12 Бит
Макимум Инпут Волtage	±4 В
Макимум Оутпут Волtageb	±4 В
Максимална улазна струја	100 мА
Авераге Ноисе Флоор	-120 дБ В2/Хз
Пеак Ноисе Флоор	-105 дБ В2/Хз
Улазни РМС шумc	КСНУМКС мВ
Улаз С.ampлинг Фрекуенци	1 МХз
Учесталост ажурирања ПИД-аd	500 кХз
Опсег фреквенције модулације Пеак Лоцк	100 Хз – 100 кХз у корацима од 100 Хз
Инпут Терминатион	1 МΩ
Излазна импедансаb	220 Ω

• а. Ово је фреквенција на којој излаз достиже фазни помак од -180 степени у односу на улаз.
• б. Излаз је дизајниран за повезивање са високим З (>100 кΩ) уређајима. Повезивање уређаја са нижим улазним завршетком, Рдев, ће смањити излазну запреминуtagОпсег од Рдев/(Рдев + 220 Ω) (нпр. уређај са 1 кΩ терминацијом ће дати 82% номиналне излазне запреминеtagе опсег).
• ц. Интеграциони опсег је 100 Хз – 250 кХз.
• д. Нископропусни филтер смањује артефакте дигитализације у контроли излаза волtagе, што резултира излазном ширином опсега од 100 кХз.

Електрични захтеви
Суппли Волtage	4.75 – 5.25 В ДЦ
Суппли Цуррент	750 мА (макс.)
Температурни опсегa	0 °Ц до 70 °Ц

• а Опсег температуре у којем уређај може да ради без Оптимални рад се јавља када је температура близу собне температуре.

Системски захтеви
Оперативни систем	Потребан је Виндовс 10® (препоручено) или 11, 64 бита
Меморија (РАМ)	4 ГБ минимално, 8 ГБ препоручено
Sтораге	300 МБ (мин) доступног простора на диску
Интерфејс	УСБ 2.0
Минимална резолуција екрана	1200 к 800 пиксела

Механички цртежи 

Поједностављена изјава о усаглашености
Комплетан текст ЕУ декларације о усаглашености доступан је на следећој интернет адреси: https://Thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=16794

ФЦЦ ознака 

Напомена: Ова опрема је тестирана и утврђено је да је у складу са ограничењима за дигиталне уређаје класе А, у складу са делом 15 ФЦЦ правила. Ова ограничења су дизајнирана да обезбеде разумну заштиту од штетних сметњи када се опрема користи у комерцијалном окружењу. Ова опрема генерише, користи и може да емитује енергију радио фреквенције и, ако се не инсталира и не користи у складу са упутством за употребу, може да изазове штетне сметње радио комуникацијама. Рад ове опреме у стамбеној зони ће вероватно изазвати штетне сметње у ком случају ће корисник морати да исправи сметње о свом трошку.

Безбедносна упозорења: ЦЕ/УКЦА ознаке указују на усклађеност са европским законима о здрављу, безбедности и заштити животне средине.

Операција

основе: Упознајте се са основним функцијама ДСЦ1.

Уземљене петље и ДСЦ1: Обезбедите правилно уземљење да бисте избегли сметње.

Напајање ДСЦ1: Повежите извор напајања пратећи дате смернице.

Тоуцхсцреен 

Покретање интерфејса екрана осетљивог на додир 
Након прикључења на напајање и кратког загревања, мање од једне секунде, ДСЦ1 ће осветлити интегрисани екран осетљив на додир и екран ће реаговати на улазе.

Рад са екраном осетљивим на додир у СЕРВО режиму
СЕРВО режим имплементира ПИД контролер.

Слика 2 Екран осетљив на додир у серво режиму рада са ПИД контролером омогућеним у режиму ПИ контроле. 

• ПВ (процесна променљива) нумеричка вредност показује АЦ РМС волtagе улазног сигнала у волтима.
• ОВ (излазни волtagе) нумеричка вредност показује просечну излазну волtagе из ДСЦ1.
• Контрола С (сетпоинт) поставља задату тачку серво петље у волтима. 4 В је максимум, а -4 В је минимално дозвољено.
• О (оффсет) контрола поставља ДЦ помак серво петље у волтима. 4 В је максимум, а -4 В је минимално дозвољено.
• П (пропорционална) контрола поставља коефицијент пропорционалног појачања. Ово може бити позитивна или негативна вредност између 10-5 и 10,000, означена инжењерском нотацијом.
• И (интегрална) контрола поставља коефицијент интегралног појачања. Ово може бити позитивна или негативна вредност између 10-5 и 10,000, означена инжењерском нотацијом.
• Контрола Д (деривација) поставља коефицијент појачања деривата. Ово може бити позитивна или негативна вредност између 10-5 и 10,000, означена инжењерском нотацијом.
• Прекидач СТОП-РУН онемогућава и омогућава серво петљу.
• Дугмад П, И и Д омогућавају (осветљена) и онемогућавају (тамно плава) свако појачање сtagе у ПИД серво петљи.
• Падајући мени СЕРВО омогућава кориснику да изабере режим рада.
• Теал траг приказује тренутну задату тачку. Свака тачка је удаљена 2 µс на Кс-оси.
• Златни траг приказује тренутно измерени ПВ. Свака тачка је удаљена 2 µс на Кс-оси.

Рад са екраном осетљивим на додир у РAMP Режим 
РAMP Режим емитује пиласти талас који може да конфигурише корисник ampлитуда и офсет.

• ПВ (процесна променљива) нумеричка вредност показује АЦ РМС волtagе улазног сигнала у волтима.
• ОВ (излазни волtagе) нумеричка вредност показује просечну излазну волtagе примењује уређај.
• О (оффсет) контрола поставља ДЦ помак рamp излаз у волтима. 4 В је максимум, а -4 В је минимално дозвољено.
• А (ampлитуде) контрола поставља тхе ampлитуде оф тхе рamp излаз у волтима. 4 В је максимум, а -4 В је минимално дозвољено.
• Прекидач СТОП-РУН онемогућава и омогућава серво петљу.
• РAMP падајући мени омогућава кориснику да изабере режим рада.
• Златни траг приказује одговор биљке синхронизован са излазним скенираним волtagе. Свака тачка је удаљена 195 µс на Кс-оси.

Екран осетљив на додир Рад у режиму ПЕАК
ПЕАК режим имплементира контролер за тражење екстрема са фреквенцијом модулације коју може конфигурисати корисник, ampлитуда, и интеграциона константа. Имајте на уму да су модулација и демодулација увек активне када је уређај у режиму ПЕАК; Рун-стоп прекидач се активира и деактивира интегрално појачање у контролној петљи дитхер.

• ПВ (процесна променљива) нумеричка вредност показује АЦ РМС волtagе улазног сигнала у волтима.
• ОВ (излазни волtagе) нумеричка вредност показује просечну излазну волtagе примењује уређај.
• Бројчана вредност М (множилац фреквенције модулације) показује вишекратник од 100 Хз фреквенције модулације. Фор екampле, ако је М = 1 као што је приказано, фреквенција модулације је 100 Хз. Максимална фреквенција модулације је 100 кХз, са М вредношћу од 1000. Генерално, препоручљиве су веће фреквенције модулације, под условом да управљачки актуатор реагује на тој фреквенцији.
• А (ampлитуде) контрола поставља тхе ampјачина модулације у волтима, означена инжењерском нотацијом. 4 В је максимум, а -4 В је минимално дозвољено.
• Контрола К (пеак лоцк интеграл цоеффициент) поставља интеграциону константу контролера, са јединицама В/с, означеним у инжењерској нотацији. Ако корисник није сигуран како да конфигурише ову вредност, препоручљиво је обично почети са вредношћу око 1.
• Прекидач СТОП-РУН онемогућава и омогућава серво петљу.
• Падајући мени ПЕАК омогућава кориснику да изабере режим рада.
• Златни траг приказује одговор биљке синхронизован са излазним скенираним волtagе. Свака тачка је удаљена 195 µс на Кс-оси.

софтвер
Софтвер дигиталног серво контролера је дизајниран да омогући контролу над основном функционалношћу преко рачунарског интерфејса и да пружа проширени скуп алата за анализу за коришћење контролера. Фор екampда, ГУИ укључује графику која може да прикаже улазну волtagе у фреквенцијском домену. Поред тога, подаци се могу извести као .цсв file. Овај софтвер омогућава употребу уређаја у серво, пеак или рamp режими са контролом свих параметара и подешавања. Одговор система може бити viewед као улазни волtagе, сигнал грешке, или обоје, било у временском или фреквентном домену представљања. Молимо погледајте упутство за више информација.

Покретање софтвера
Након покретања софтвера, кликните на „Повежи“ да бисте приказали доступне ДСЦ уређаје. Истовремено се може контролисати више ДСЦ уређаја.

Слика 5
Екран за покретање софтвера ДСЦКС Цлиент.

Слика 6 Прозор за избор уређаја. Кликните на ОК да бисте се повезали са изабраним уређајем.

Картица Серво софтвера
Картица Серво омогућава кориснику да управља уређајем у серво режиму са додатним контролама и екранима изван оних које пружа уграђени кориснички интерфејс на екрану осетљивом на додир на самом уређају. На овој картици су доступне или временске или фреквентне репрезентације процесне варијабле. Одговор система може бити viewед као променљива процеса, сигнал грешке или обоје. Сигнал грешке је разлика између процесне варијабле и задате вредности. Користећи технике контролне анализе, импулсни одзив, фреквентни одзив и фазни одзив уређаја могу се предвидети, под условом да се направе одређене претпоставке о понашању система и коефицијентима појачања. Ови подаци се приказују на картици серво контроле тако да корисници могу унапред да конфигуришу свој систем, пре него што започну контролни експерименти.

Слика 7 Софтверски интерфејс у ​​Рamp режим са приказом фреквенцијског домена. 

• Омогући Кс линије мреже: Означавањем поља за потврду омогућавају Кс линије мреже.
• Омогући И мреже: Означавањем поља за потврду омогућавају И линије мреже.
• Дугме за покретање / пауза: Притиском на ово дугме почиње / зауставља се ажурирање графичких информација на екрану.
• Фрекуенци / Тиме Тоггле: Пребацује између исцртавања фреквенцијског и временског домена.
• ПСД / АСД Тоггле: Пребацује између спектралне густине снаге и ampлитуде спектралне густине вертикалне осе.
• Просечна скенирања: Пребацивање овог прекидача омогућава и онемогућава усредњавање у фреквенцијском домену.
• Скенирања у просеку: Ова нумеричка контрола одређује број скенирања која треба да се усредсреди. Минимум је 1 скенирање, а максимум је 100 скенирања. Стрелице нагоре и надоле на тастатури повећавају и смањују број скенирања у просеку. Слично томе, дугмад горе и доле поред контроле повећавају и смањују број скенирања у просеку.
• Учитај: Притиском на ово дугме на панелу Референтни спектар омогућава кориснику да изабере референтни спектар сачуван на клијентском рачунару.
• Сачувај: Притиском на ово дугме на панелу Референтни спектар омогућава кориснику да сачува тренутно приказане податке о фреквенцији на свом рачунару. Након што кликнете на ово дугме, биће сачувано file дијалог ће омогућити кориснику да одабере локацију за складиштење и унесе file назив за своје податке. Подаци се чувају као вредност одвојена зарезима (ЦСВ).
• Прикажи референцу: Означавањем овог поља омогућава се приказ последњег изабраног референтног спектра.
• Аутосцале И-Акис: Означавање поља за потврду омогућава аутоматско подешавање граница приказа И осе.
• Аутосцале Кс-Акис: Означавање поља за потврду омогућава аутоматско подешавање граница приказа Кс осе.
• Лог Кс-Акис: Означавањем поља се пребацује између логаритамског и линеарног приказа Кс осе.
• Покрени ПИД: Омогућавање овог прекидача омогућава серво петљу на уређају.
• О Нумерички: Ова вредност поставља офсет волtagе у волтима.
• СП Нумериц: Ова вредност поставља задату вредност волtagе у волтима.
• Кп Нумериц: Ова вредност поставља пропорционално појачање.
• Ки Нумерички: Ова вредност поставља интегрално појачање у 1/с.
• Кд Нумериц: Ова вредност поставља деривациони добитак у с.
• П, И, Д дугмад: Ови тастери омогућавају пропорционално, интегрално и деривативно појачање када су осветљени.
• Рун / Стоп Тоггле: Пребацивање овог прекидача омогућава и онемогућава контролу.

Корисник такође може користити миш да промени обим приказаних информација: 

• Точак миша увећава и умањује графику према тренутној позицији показивача миша.
• СХИФТ + клик мења показивач миша у знак плус. Након тога ће леви тастер миша зумирати позицију показивача миша за фактор 3. Корисник такође може да превуче и изабере регион графикона који ће зумирати да би се уклопио.
• АЛТ + клик мења показивач миша на знак минус. Након тога ће леви тастер миша умањити положај показивача миша за фактор 3.
• Покрети ширења и штипања на подлози за миша или екрану осетљивом на додир ће зумирати, односно умањити графикон.
• Након померања, клик на леви тастер миша ће омогућити кориснику да се помера превлачењем миша.
• Десни клик на графикон ће вратити подразумевану позицију графикона.

Ramp Софтвер картица
Рamp картица пружа упоредиву функционалност са рamp картицу на уграђеном екрану осетљивом на додир. Прелазак на ову картицу ставља повезани уређај у рamp режим.

Слика 8
Софтверски интерфејс у ​​Рamp режим.

Поред контрола доступних у серво режиму, Рamp режим додаје: 

• Ampлитуде Нумерички: Ова вредност поставља скенирање ampлитуда у волтима.
• Оффсет Нумериц: Ова вредност поставља помак скенирања у волтима.
• Трчи / Заустави Рamp Пребаци: Пребацивање овог прекидача омогућава и онемогућава рamp.

Картица Пеак Софтваре 
Картица Пеак Цонтрол пружа исту функционалност као режим ПЕАК на уграђеном корисничком интерфејсу, са додатном видљивошћу природе повратног сигнала из система. Пребацивање на ову картицу пребацује повезани уређај у ПЕАК режим рада.

Слика 9 Софтверски интерфејс у ​​режиму Пеак са приказом временског домена.

Поред контрола доступних у серво режиму, режим Пеак додаје: 

• Ampлитуде нумериц: Ова вредност поставља модулацију ampлитуда у волтима.
• К нумерички: Ово је интегрални коефицијент вршне блокаде; вредност поставља константу интегралног појачања у В/с.
• Нумерички помак: Ова вредност поставља помак у волтима.
• Нумеричка фреквенција: Ово поставља множилац фреквенције модулације у корацима од 100 Хз. Минимална дозвољена вредност је 100 Хз, а максимална је 100 кХз.
• Пребацивање Рун/Стоп Пеак: Пребацивање овог прекидача омогућава и онемогућава интегрално појачање. Напомена, кад год је уређај у режиму ПЕАК, излазна модулација и демодулација сигнала грешке су активни.

Сачувани подаци 
Подаци се чувају у формату вредности одвојене зарезима (ЦСВ). Кратко заглавље задржава релевантне податке из података који се чувају. Ако се формат овог ЦСВ-а промени, софтвер можда неће моћи да поврати референтни спектар. Стога се корисник подстиче да сачува своје податке у посебној табели file ако намеравају да ураде било какву независну анализу.

Слика 10 Подаци у .цсв формату извезени из ДСЦ1. 

Тхеори оф Оператион

ПИД серво контрола
ПИД коло се често користи као контролер повратне спреге контролне петље и врло је уобичајено у серво колима. Сврха серво кола је да задржи систем на унапред одређеној вредности (сет поинт) током дужег временског периода. ПИД коло активно држи систем на задатој тачки генерисањем сигнала грешке који је разлика између задате тачке и тренутне вредности и модулацијом излазне запреминеtagе за одржавање подешене тачке. Слова која чине акроним ПИД одговарају Пропорционалном (П), Интегралном (И) и Дериватном (Д), који представљају три контролна подешавања ПИД кола.

Пропорционални члан зависи од садашње грешке, интегрални члан зависи од акумулације прошле грешке, а дериватни термин је предвиђање будуће грешке. Сваки од ових термина се додаје у пондерисани збир који прилагођава излазну запреминуtagе кола, у(т). Овај излаз се доводи у контролни уређај, његово мерење се враћа назад у ПИД петљу, а процесу је дозвољено да активно стабилизује излаз кола како би достигао и задржао вредност задате тачке. Блок дијаграм испод илуструје деловање ПИД кола. Једна или више контрола се могу користити у било ком серво колу у зависности од тога шта је потребно за стабилизацију система (нпр. П, И, ПИ, ПД или ПИД).

Имајте на уму да ПИД коло неће гарантовати оптималну контролу. Неправилно подешавање ПИД контрола може узроковати значајне осцилације кола и довести до нестабилности у контроли. На кориснику је да правилно подеси параметре ПИД-а како би обезбедио одговарајуће перформансе.

ПИД Тхеори 

ПИД теорија за континуирани серво контролер: Разумети ПИД теорију за оптималну серво контролу.
Излаз ПИД управљачког кола, у(т), је дат као

где:

• ?? је пропорционални добитак, без димензије
• ?? је интегрални добитак у 1/секунди
• ?? је дериват добитка у секундама
• ?(?) је сигнал грешке у волтима
• ?(?) је контролни излаз у волтима

Одавде можемо математички дефинисати контролне јединице и разговарати о свакој мало детаљније. Пропорционална контрола је пропорционална сигналу грешке; као такав, то је директан одговор на сигнал грешке који генерише коло:
? = ???(?)
Веће пропорционално појачање резултира већим променама у одговору на грешку, а самим тим утиче и на брзину којом контролер може да одговори на промене у систему. Док високо пропорционално појачање може проузроковати да коло брзо реагује, превисока вредност може изазвати осцилације око СП вредности. Прениска вредност и коло не може ефикасно да реагује на промене у систему. Интегрална контрола иде корак даље од пропорционалног појачања, пошто је пропорционална не само величини сигнала грешке већ и трајању било које акумулиране грешке.

Интегрална контрола је веома ефикасна у повећању времена одзива кола заједно са елиминисањем грешке стабилног стања повезане са чисто пропорционалном контролом. У суштини, интегрална контрола сабира сваку претходно неисправљену грешку, а затим ту грешку множи са Ки да би се добио интегрални одговор. Стога, чак и за малу дуготрајну грешку, може се реализовати велики агрегирани интегрални одговор. Међутим, због брзог одзива интегралне контроле, високе вредности појачања могу изазвати значајно прекорачење СП вредности и довести до осциловања и нестабилности. Прениско и коло ће бити знатно спорије у реаговању на промене у систему. Деривативна контрола покушава да смањи потенцијал прекорачења и звоњења из пропорционалне и интегралне контроле. Он одређује колико се брзо коло мења током времена (гледајући дериват сигнала грешке) и множи га са Кд да би произвео одговор деривата.

За разлику од пропорционалне и интегралне контроле, деривативно управљање ће успорити одзив кола. При томе је у стању да делимично надокнади прекорачење као и дamp отклонити све осцилације изазване интегралном и пропорционалном контролом. Високе вредности појачања узрокују да коло реагује веома споро и може да остави подложним буци и високофреквентним осцилацијама (пошто коло постаје преспоро да би брзо реаговало). Прениска и коло је склоно прекорачењу вредности задате тачке. Међутим, у неким случајевима мора се избећи прекорачење вредности задате тачке за било који значајан износ и на тај начин се може користити већи дериватни добитак (заједно са нижим пропорционалним добитком). Графикон испод објашњава ефекте независног повећања појачања било ког од параметара.

Параметар Повећано	Време пораста	Оверсхоот	Временом смирења	Грешка стабилног стања	Стабилност
Kp	Смањење	Повећати	Мала промена	Смањење	Деградирати
Ki	Смањење	Повећати	Повећати	Значајно смањити	Деградирати
Kd	Минор Децреасе	Минор Децреасе	Минор Децреасе	Нема ефекта	Побољшај (за мали Кд)

Серво контролери са дискретним временом 

Формат података
ПИД контролер у ДСЦ1 прима 16-битни АДЦ сampле, који је офсет бинарни број, који може да се креће од 0-65535. 0 се линеарно пресликава на негативни 4В улаз, а 65535 представља +4В улазни сигнал. Сигнал „грешке“, ?[?], у ПИД петљи у временском кораку ? се одређује као ?[?] = ? − ?[?] Где? је задата вредност и ?[?] је волtagесampле у офсет бинарној скали у дискретном временском кораку, ?.

Закон о контроли у временском домену
Три члана добитка се израчунавају и сабирају заједно.
?[?] = ??[?] + ??[?] + ??[?] ?? = ???[?] ?? ≈ ?? ∫ ?[?] ?? = ??(?[?] − ?[? − 1])
Где су ??[?], ??[?] и ??[?] пропорционални, интегрални и деривативни добици који садрже контролни излаз ?[?] у временском кораку?. ??, ?? и ?? су пропорционални, интегрални и изведени коефицијенти појачања.

Апроксимација интеграла и извода
ДСЦ1 апроксимира интегратор са акумулатором.
∫ ?[?] = ?[?] + ∫ ?[? − 1] Разматрање интервала интеграције, ширине временског корака, је умотано у интегрални коефицијент појачања ?? такав да: ?? = ?′?ℎ
Где?′? је номинално унети интегрални коефицијент појачања и ℎ је време између АДЦ сampлес. Изводимо сличну апроксимацију као разлику између ?[?] и ?[? − 1] опет под претпоставком да је ?? такође садржи скалирање од 1/х.

Као што је раније поменуто, сада узмите у обзир да интегралне и деривативне апроксимације нису укључивале никакво разматрање временског корака (сampле интервал), у даљем тексту ℎ. Традиционално кажемо експлицитну апроксимацију првог реда променљивој ?[?] са = ?(?, ?) на основу термина у проширењу Тејлоровог низа је ?[?] ≈ ?[? − 1] + ℎ ?(?, ?)
Ово се често назива Ојлерова интеграциона шема уназад или експлицитни нумерички интегратор првог реда. Ако решимо извод, ?(?, ?), налазимо:

Обратите пажњу на сличност бројача у горњем тексту са нашом наставном апроксимацијом деривату у контролној једначини. То значи да је наша апроксимација деривату прикладније скалирана са ℎ−1.

Такође интуитивно опонаша основну теорему рачуна:

Сада ако то кажемо? је интеграл сигнала грешке ?, можемо направити следеће замене.
?[?]=∫?[?] ?(?,?)= ?[?] И добијамо из апроксимације Тејлоровог реда првог реда функцији ?: ∫?[?]=∫?[?−1]+ℎ ?(?)
Једноставним претпоставком ∫?[?]=0 за ?=0, наредна апроксимација интегралу се практично кондензује на акумулатор.

Стога прилагођавамо наше претходно извођење закона о контроли на:

Закон о контроли у фреквенцијском домену
Иако једначина изведена у наставку даје информације о понашању у временском домену ПИД контролера са дискретним временом имплементираног у ДСЦ1, она мало говори о одзиву контролера у фреквентном домену. Уместо тога уводимо ? домену, што је аналогно Лапласовом домену, али за дискретно, а не континуирано време. Слично као код Лапласове трансформације, З трансформација функције се најчешће одређује састављањем табеларно приказаних односа З-трансформације, уместо директном заменом дефиниције З-трансформације (приказано испод).

Где је ?(?) израз З-домена дискретне временске променљиве ?[?], ? да ли је полупречник (често се третира као 1) независне променљиве ?, ? је квадратни корен од -1, а ∅ је комплексни аргумент у радијанима или степенима. У овом случају, потребне су само две табеларне З-трансформације.
?[?] = ?[?] ?[? − 1] = ?[?]?−1
З-трансформација пропорционалног члана, ??, је тривијална. Такође, прихватите на тренутак да нам је корисно да одредимо грешку за контролу функције преноса, ?(?), а не једноставно ?(?).

З-трансформација интегралног члана, ??, је занимљивија.
Присетите се наше експлицитне Ојлерове шеме интеграције у претходном одељку: ??(?) = ?? ∫ ?[?] = ?? (∫ ?[? − 1] + ℎ ?(?))
∫ ?(?) = ∫ ?(?) ?−1 + ℎ?(?)
∫ ?(?) − ∫ ?(?) ?−1 = ℎ?(?)

Коначно, посматрамо добит од деривата, ??: 

Састављајући сваку од горе наведених функција преноса, долазимо до: 

Са овом једначином, можемо нумерички израчунати одзив фреквенцијског домена за контролер и приказати га као Бодеов дијаграм, као што је доле.
ПИД преносне функције, Кп = 1.8, Ки = 1.0, Кд = 1Е-4

Обратите пажњу на то како се појачање ПИ контролера приближава искључиво пропорционалном појачању и високој фреквенцији и како појачање ПД контролера приступа искључиво пропорционалном појачању на ниским фреквенцијама.

ПИД подешавање
Уопштено говорећи, добитке П, И и Д ће корисник морати да прилагоди како би оптимизовао перформансе система. Иако не постоји статичан скуп правила о томе које вредности треба да буду за било који одређени систем, праћење општих процедура требало би да помогне у подешавању кола тако да одговара нечијем систему и окружењу. Генерално, правилно подешено ПИД коло ће обично мало премашити СП вредност, а затим брзо дamp да достигне СП вредност и остане стабилан у тој тачки. ПИД петља се може закључати на позитиван или негативан нагиб променом предзнака П, И и Д појачања. У ДСЦ1, знаци су закључани заједно тако да ће промена једног променити све.

Ручно подешавање подешавања појачања је најједноставнији метод за подешавање ПИД контрола. Међутим, ова процедура се ради активно (ПИД контролер је прикључен на систем и ПИД петља је омогућена) и захтева одређену количину искуства да би се постигли добри резултати. Да бисте ручно подесили свој ПИД контролер, прво поставите добитке интеграла и деривата на нулу. Повећајте пропорционално појачање док не приметите осцилацију на излазу. Ваш пропорционални добитак би тада требало да буде подешен на отприлике половину ове вредности. Након што је пропорционално појачање подешено, повећавајте интегрално појачање све док се било који помак не коригује на временској скали прикладној за ваш систем.

Ако повећате ово појачање превише, приметићете значајно прекорачење вредности СП и нестабилност у колу. Када се постави интегрални добитак, онда се може повећати деривативни добитак. Добитак деривата ће смањити прекорачење и дamp систем брзо до задате вредности. Ако повећате појачање деривата превише, видећете велико прекорачење (због тога што је коло преспоро да реагује). Играјући се са подешавањима појачања, можете оптимизовати перформансе вашег ПИД кола, што резултира системом који брзо реагује на промене и ефикасно дampискључује осцилацију око задате вредности.

Тип контроле	Kp	Ki	Kd
P	0.50 Ку	–	–
PI	0.45 Ку	1.2 Кп/Пу	–
ПИД	0.60 Ку	2 Кп/Пу	КпПу/8

Иако ручно подешавање може бити веома ефикасно у постављању ПИД кола за ваш специфични систем, оно захтева одређено искуство и разумевање ПИД кола и одговора. Зиеглер-Ницхолсова метода за ПИД подешавање нуди структуриранији водич за подешавање ПИД вредности. Поново ћете желети да поставите интегралну и деривативну добит на нулу. Повећајте пропорционално појачање све док коло не почне да осцилује. Овај ниво појачања ћемо назвати Ку. Осцилација ће имати период од Пу. Појачања за различита контролна кола су тада дата у горњој табели. Имајте на уму да када користите Зиеглер-Ницхолсов метод подешавања са ДСЦ1, интегрални термин одређен из табеле треба помножити са 2⋅10-6 да би се нормализовао на сampле рате. Слично томе, коефицијент деривата треба поделити са 2⋅10-6 да би се нормализовао на сampле рате.

Rampинг
Корисници ће често морати да одреде радну тачку великог сигнала или корисну радну тачку за систем. Да би се одредила или радна тачка великог сигнала (у даљем тексту ДЦ оффсет) или оптимална серво задата тачка, уобичајена техника је да се систем једноставно више пута стимулише са линеарним повећањем запреминеtagе сигнал. Узорак се обично назива тестерасти талас, због сличности са зубима тестере.

Пеак Лоцк Моде
Режим вршног закључавања имплементира алгоритам закључавања дитхера познат и као контролер за тражење екстрема. У овом режиму рада, контролна вредност је суперпонована на излаз синусног таласа. Измерени улазни обимtagе је прво дигитално високопропусно филтрирано (ХПФ) да би се уклонио било који ДЦ помак. Затим се АЦ спрегнути сигнал демодулише множењем сваке измерене запреминеtagе по излазној вредности модулације синусног таласа. Ова операција множења ствара демодулиран сигнал са две главне компоненте: синусним таласом на збиру две фреквенције и сигналом на разлици две фреквенције.

Други дигитални филтер, овог пута нископропусни филтер (ЛПФ), пригушује сигнал збира две фреквенције и емитује сигнал разлике две фреквенције ниске фреквенције. Садржај сигнала на истој фреквенцији као и модулација се појављује као ДЦ сигнал након демодулације. Последњи корак у алгоритму пеак лоцк је интеграција ЛПФ сигнала. Излаз интегратора, у комбинацији са одлазном модулацијом, покреће излазну волtagе. Акумулација нискофреквентне демодулисане енергије сигнала у интегратору гура оффсет контролу волtagе излаза све више и више све док се предзнак ЛПФ излаза не обрне и излаз интегратора не почне да се смањује. Како се контролна вредност приближава врхунцу одзива система, резултат модулације на улазном сигналу серво контролеру постаје све мањи и мањи, пошто је нагиб синусоидног таласног облика нула на свом врху. Ово заузврат значи да постоји нижа излазна вредност из нископропусног филтрираног, демодулисаног сигнала, а самим тим и мање да се акумулира у интегратору.

Слика 12 Блок дијаграм контролера за закључавање врха. Улазни сигнал из постројења које реагује на вршне вредности се дигитализује, а затим се високопропусно филтрира. ХПФ излазни сигнал је демодулиран дигиталним локалним осцилатором. Излаз демодулатора је нископропусни филтриран, а затим интегрисан. Излаз интегратора се додаје модулационом сигналу и излази у постројење које реагује на вршне вредности. Пеак лоцкинг је добар контролни алгоритам за одабир када систем који корисник жели да контролише нема монотон одговор око оптималне контролне тачке. ПрampОд ових врста система су оптички медији са резонантном таласном дужином, као што је парна ћелија или филтер за одбијање РФ опсега (зарезни филтер). Централна карактеристика контролне шеме за закључавање врха је тенденција алгоритма да усмери систем ка преласку нуле сигнала грешке који се поклапа са врхом у мереном сигналу, као да је сигнал грешке дериват измереног сигнала. Имајте на уму да врх може бити позитиван или негативан. Да бисте започели са режимом рада за закључавање врха за ДСЦ1, можете следити ову процедуру.

1. Уверите се да је врх (или долина) сигнала на који закључавате унутар контролног волуменаtagе домет актуатора, и да је вршна позиција релативно стабилна током времена. Корисно је користити РAMP режим за визуелизацију сигнала преко контролне волtagе опсег интересовања.
2. Обратите пажњу на контролну волtagположај врха (или долине).
3. Процените колико је широк врх (или долина) у контроли волtagе на половини висине врха. Ова ширина, у волтима, се обично назива полумак пуне ширине или ФВХМ. За добре резултате треба да буде широк најмање 0.1 В.
4. Подесите модулацију ampлитуде (А) до 1% до 10% ФВХМ волtage.
5. Подесите офсет волtagе што је могуће ближе позицији врха (или долине) на коју желите да се закључате.
6. Подесите фреквенцију модулације на жељену фреквенцију. На екрану осетљивом на додир на ово утиче параметар М, фреквенција модулације. Фреквенција модулације је 100 Хз пута М. Најбољи избор фреквенције модулације зависи од апликације. Тхорлабс препоручује вредности око 1 кХз за механичке актуаторе. Више фреквенције се могу користити за електрооптичке актуаторе.
7. Поставите интегрални коефицијент вршног закључавања (К) на 0.1 пута А. К може бити позитиван или негативан. Генерално, позитивни К се закључава за врх улазног сигнала, док се негативни К закључава за долину улазног сигнала. Међутим, ако актуатор или систем који се закључава има кашњење фазе више од 90 степени на фреквенцији дизера, знак К ће се инвертирати и позитивно К ће се закључати у долину, а негативно К ће се закључати на врхунац.
8. Притисните Рун и проверите да ли је контролни волtagИзлаз се мења у односу на оригиналну вредност помака (О) и не бежи до екстрема. Алтернативно, пратите променљиву процеса помоћу осцилоскопа да бисте проверили да ли је ДСЦ1 закључан на жељени врх или долину.

Слика 13 Прampле подаци из рampинг излазног офсета волtagе са континуираним синусним таласом, наметнутим постројењу са вршним одзивом. Имајте на уму да је укрштање нуле сигнала грешке у равни са врхом сигнала одговора постројења.

Одржавање и чишћење
Редовно чистите и одржавајте ДСЦ1 за оптималне перформансе. ДСЦ1 не захтева редовно одржавање. Ако се екран осетљив на додир на уређају запрља, Тхорлабс препоручује нежно чишћење екрана осетљивог на додир меком крпом која не оставља длачице, засићеном разблаженим изопропил алкохолом.

Решавање проблема и поправка

Ако се појаве проблеми, погледајте одељак за решавање проблема за упутства о решавању уобичајених проблема. Табела у наставку описује типичне проблеме са ДСЦ1 и Тхорлабс препорученим лековима.

Иссуе	Објашњење	Лек
Уређај се не укључује када је прикључен на УСБ Типе-Ц напајање.	Уређај захтева чак 750 мА струје из напајања од 5 В, 3.75 В. Ово може премашити могућности напајања неких УСБ-А конектора на лаптоповима и ПЦ рачунарима.	Користите Тхорлабс ДС5 или ЦПС1 изворе напајања. Алтернативно, користите УСБ Типе-Ц напајање, као што се обично користи за пуњење телефона или лаптопа који има излазну снагу од најмање 750 мА на 5 В.
Уређај се не укључује када је порт за податке прикључен на рачунар.	ДСЦ1 црпи напајање само из УСБ конектора за напајање типа Ц. УСБ Тип Мини-Б конектор је само за пренос података.	Повежите УСБ Типе-Ц порт на извор напајања који има излазну снагу од најмање 750 мА на 5 В, као што је Тхорлабс ДС5 или ЦПС1.

Одлагање
Следите одговарајуће смернице за одлагање када повлачите ДСЦ1 из употребе.
Тхорлабс потврђује нашу усклађеност са ВЕЕЕ (Васте Елецтрицал анд Елецтрониц Екуипмент) директивом Европске заједнице и одговарајућим националним законима. Сходно томе, сви крајњи корисници у ЕЦ могу вратити Тхорлабс-у електричну и електронску опрему категорије „крај животног века“ Анекс И категорије продату после 13. августа 2005. без наплате трошкова одлагања. Прихватљиве јединице су означене прецртаним логом „канте за смеће“ (види десно), продате су компанији или институту унутар ЕЗ и тренутно су у власништву компаније или института и нису растављене или контаминиране. Контактирајте Тхорлабс за више информација. Третман отпада је ваша одговорност. Јединице „крај животног века“ морају бити враћене у Тхорлабс или предате компанији специјализованој за прераду отпада. Немојте одлагати јединицу у канту за отпатке или на јавно одлагалиште отпада. Одговорност корисника је да избрише све приватне податке сачуване на уређају пре одлагања.

ФАК:

П: Шта да радим ако се ДСЦ1 не укључује?
A: Проверите прикључак извора напајања и уверите се да испуњава наведене захтеве. Ако се проблем настави, контактирајте корисничку подршку за помоћ.

Сигурност

ОБАВЕШТЕЊЕ
Овај инструмент треба држати подаље од окружења где је вероватно проливање течности или кондензована влага. Није водоотпоран. Да бисте избегли оштећење инструмента, немојте га излагати спреју, течностима или растварачима.

Инсталација

Информације о гаранцији
Овај прецизни уређај је употребљив само ако је враћен и правилно упакован у комплетно оригинално паковање укључујући комплетну пошиљку плус картонски уметак који држи приложене уређаје. Ако је потребно, затражите замену за паковање. Обратите се квалификованом особљу за сервисирање.

Укључене компоненте

ДСЦ1 компактни дигитални серво контролер се испоручује са следећим компонентама:

• ДСЦ1 дигитални серво контролер
• Картица за брзи почетак
• УСБ-АБ-72 УСБ 2.0 Тип-А до Мини-Б кабл за пренос података, дужине 72″ (1.83 м)
• Кабл за напајање УСБ типа-А на УСБ тип-Ц, дужине 1 м (39″).
• ПАА248 СМБ до БНЦ коаксијални кабл, 48″ (1.22 м) дугачак (кол. 2)

Инсталација и подешавање

Основе 
Корисници могу да конфигуришу уређај са рачунаром користећи УСБ интерфејс или преко интегрисаног екрана осетљивог на додир. У оба случаја, напајање мора бити обезбеђено преко 5В УСБ-Ц везе. Када користите десктоп ГУИ, серво контролер мора бити повезан УСБ 2.0 каблом (укључен) са порта за податке уређаја на рачунар са инсталираним софтвером Дигитал Серво Цонтроллер.

Гроунд Лоопс и ДСЦ1
ДСЦ1 укључује унутрашња кола за ограничавање вероватноће појаве уземљења. Тхорлабс предлаже коришћење или изолованог трансформатора ДС5 регулисаног напајања или ЦПС1 екстерне батерије. Са ДС5 или ЦПС1 изворима напајања, сигнално уземљење унутар ДСЦ1 лебди у односу на уземљење зидне утичнице. Једине везе са уређајем које су заједничке за ово сигнално уземљење су пин за уземљење сигнала УСБ-Ц конектора за напајање и спољна, повратна путања на излазном СМБ коаксијалном каблу. УСБ дата веза је изолована. Улазни сигнал има отпорник за прекид петље уземљења између повратне путање сигнала и уземљења сигнала унутар инструмента који типично спречава сметње петље уземљења. Важно је да не постоје два директна пута до сигналног уземљења уређаја, што минимизира појаву уземљења.

Да би додатно ублажио ризик од сметњи у земаљској петљи, Тхорлабс предлаже следеће најбоље праксе: 

• Нека сви каблови за напајање и сигнали до уређаја буду кратки.
• Користите или батеријско (ЦПС1) или трансформаторско изоловано (ДС5) напајање са ДСЦ1. Ово осигурава уземљење сигнала плутајућег уређаја.
• Не повезујте повратне путеве сигнала других инструмената један на други.
  • Уобичајени бившиampле је типичан стони осцилоскоп; најчешће су спољне шкољке БНЦ улазних прикључака директно повезане са уземљењем. Више уземљења спојених на исти чвор уземљења у експерименту може изазвати петљу уземљења.

Иако је мало вероватно да ће ДСЦ1 сам по себи изазвати петљу уземљења, други инструменти у лабораторији корисника можда немају изолацију петље уземљења и стога могу бити извор петљи уземљења.

Напајање ДСЦ1
Дигитални серво контролер ДСЦ1 захтева напајање од 5 В преко УСБ-Ц до 0.75 А вршне струје и 0.55 А у типичном раду. Тхорлабс нуди два компатибилна извора напајања: ЦПС1 и ДС5. У апликацијама где је осетљивост на буку мање ограничена или где је потребно време рада дуже од 8 сати, препоручује се ДС5 регулисано напајање. ЦПС1 батеријско напајање се препоручује када се жели оптимална бука. Када је ЦПС1 потпуно напуњен и у добром стању, ДСЦ1 може да ради 8 сати или више без поновног пуњења.

Тхорлабс Ворлдвиде Цонтацтс

За даљу помоћ или упите, погледајте контакте Тхорлабса широм света. За техничку подршку или упите о продаји, посетите нас на ввв.тхорлабс.цом/цонтацт за наше најновије контакт информације.

Седиште
Тхорлабс, Инц.
43 Спарта Аве
Њутн, Њу Џерси 07860
Сједињене Државе
салес@тхорлабс.цом
тецхсуппорт@тхорлабс.цом

Увозник из ЕУ
Тхорлабс ГмбХ
Мунцхнер Вег 1
Д-85232 Бергкирцхен
Немачка
салес.де@тхорлабс.цом
еуропе@тхорлабс.цом

Произвођач производа
Тхорлабс, Инц.
43 Спарта Аве
Невтон, Нев Јерсеи 07860 Сједињене Америчке Државе
салес@тхорлабс.цом
тецхсуппорт@тхорлабс.цом

УК Импортер
Тхорлабс Лтд.
204 Ланцастер Ваи Бусинесс Парк
Ели ЦБ6 3НКС
Уједињено Краљевство
салес.ук@тхорлабс.цом
тецхсуппорт.ук@тхорлабс.цом
ввв.тхорлабс.цом

Документи / Ресурси

ТХОРЛАБС ДСЦ1 компактни дигитални серво контролер [пдф] Упутство за кориснике ДСЦ1, ДСЦ1 компактни дигитални серво контролер, ДСЦ1, компактни дигитални серво контролер, дигитални серво контролер, серво контролер, контролер

Референце

• Упутство за употребу