THORLABS DSC1 紧凑型数字伺服控制器

规格：

• 产品名称：DSC1紧凑型数字伺服控制器
• 建议使用：与Thorlabs的光电探测器和执行器配合使用
• 兼容执行器：压电 amp激光器、激光二极管驱动器、TEC控制器、电光调制器
• 符合性：CE/UKCA 标志

产品使用说明

介绍

预期用途： DSC1 是一款紧凑型数字伺服控制器，专为研究和工业领域的一般实验室使用而设计。DSC1 可测量体积tage、根据用户选择的控制算法计算反馈信号，并输出音量tage. 该产品只能按照本手册中所述的说明使用。任何其他用途都将使保修失效。未经 Thorlabs 同意，任何试图重新编程、反汇编二进制代码或以其他方式更改 DSC1 中的工厂机器指令的行为都将使保修失效。Thorlabs 建议将 DSC1 与 Thorlabs 的光电探测器和执行器一起使用。Examp最适合与 DSC1 配合使用的 Thorlabs 执行器包括 Thorlabs 的压电 amp放大器、激光二极管驱动器、热电冷却器 (TEC) 控制器和电光调制器。

安全警告说明

笔记 表示重要信息，但不会引起危险，例如可能损坏产品。
产品上的 CE/UKCA 标志是制造商的声明，表明该产品符合相关欧洲健康、安全和环境保护法规的基本要求。
产品、配件或包装上的有轮垃圾桶符号表示该设备不能作为未分类的城市垃圾处理，而必须单独收集。

描述
Thorlabs 的 DSC1 数字伺服控制器是一种用于电光系统反馈控制的仪器。该设备测量输入电压tage，确定适当的反馈量tag通过几种控制算法之一，并将该反馈应用于输出电压tage 通道。用户可以选择通过集成触摸屏显示器、远程桌面 PC 图形用户界面 (GUI) 或远程 PC 软件开发套件 (SDK) 配置设备的操作。伺服控制器的amp卷tag通过 16 MHz 同轴 SMB 输入端口传输 1 位分辨率的数据。

为了提供更准确的音量tag测量时，设备内的算术电路每两秒计算一次平均值amples 的有效amp速率为 500 kHz。数字化数据由微处理器使用数字信号处理 (DSP) 技术高速处理。用户可以在 SERVO 和 PEAK 控制算法之间进行选择。或者，用户可以测试系统对直流电压的响应tage 用 R 确定伺服设定点AMP 工作模式，输出与输入同步的锯齿波。输入通道的典型带宽为 120 kHz。输出通道的典型带宽为 100 kHz。输入到输出电压的 -180 度相位滞后tag该伺服控制器的传递函数通常为 60 kHz。

技术数据

规格

工作规格
系统带宽	直流至 100 kHz
输入到输出-180度频率	>58 kHz（典型值 60 kHz）
标称输入电压amp分辨率	16 位
标称输出分辨率	12 位
最大输入音量tage	±4 伏
最大输出音量tageb	±4 伏
最大输入电流	100 毫安
平均本底噪声	-120 分贝垂直2/赫兹
峰值噪声基底	-105 分贝垂直2/赫兹
输入均方根噪声c	0.3 mV
输入Samp灵频	1兆赫
PID 更新频率d	500 千赫
峰值锁定调制频率范围	100 Hz – 100 kHz，步长为 100 Hz
输入端接	1 兆欧
输出阻抗b	220 Ω

• a. 这是输出相对于输入达到 -180 度相移的频率。
• b. 输出设计用于连接高阻抗 (>100 kΩ) 设备。连接具有较低输入端接电阻 Rdev 的设备将降低输出电压tag范围由 Rdev/(Rdev + 220 Ω) 决定（例如，具有 1 kΩ 终端电阻的设备将提供 82% 的标称输出电压tage 范围）。
• c.积分带宽为100 Hz – 250 kHz。
• d. 低通滤波器可减少输出控制卷中的数字化伪影tage，导致输出带宽为 100 kHz。

电气要求
供应量tage	4.75 – 5.25 伏直流
电源电流	750 mA（最大值）
温度范围a	0 °C 至 70 °C

• 器件可以正常运行的温度范围，当接近室温时，器件可以达到最佳运行效果。

系统要求
操作系统	需要 Windows 10®（推荐）或 11，64 位
内存 (RAM)	最低 4 GB，建议 8 GB
S托拉赫	300 MB（最小）可用磁盘空间
界面	USB 2.0
最低屏幕分辨率	1200 x 800 像素

机械图纸 

简化符合性声明
欧盟符合性声明的全文可在以下互联网地址找到： https://Thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=16794

FCC 认证 

笔记： 本设备已经过测试，符合 FCC 规则第 15 部分中 A 类数字设备的限制。这些限制旨在为设备在商业环境中运行时提供合理的保护，防止有害干扰。本设备会产生、使用并辐射射频能量，如果不按照说明手册进行安装和使用，可能会对无线电通信造成有害干扰。在住宅区操作本设备可能会造成有害干扰，在这种情况下，用户需要自行承担纠正干扰的费用。

安全警告： CE/UKCA 标志表明符合欧洲健康、安全和环境保护法规。

手术

基础知识： 熟悉 DSC1 的基本功能。

接地环路和 DSC1： 确保正确接地以避免干扰。

为 DSC1 供电： 按照提供的指南连接电源。

触摸屏 

启动触摸屏界面 
接通电源并经过不到一秒钟的短暂预热后，DSC1 将点亮集成触摸屏显示屏，并且屏幕将响应输入。

伺服模式下的触摸屏操作
SERVO 模式实现 PID 控制器。

图 2 伺服操作模式下的触摸屏显示，其中 PID 控制器启用 PI 控制模式。 

• PV（过程变量）数值显示交流有效值电压tag输入信号的 e，以伏特为单位。
• OV（输出电压tage) 数值显示平均输出电压tag来自 DSC1。
• S（设定点）控制以伏特为单位设置伺服环路的设定点。4 V 是最大值，-4 V 是最小允许值。
• O（偏移）控制设置伺服环路的直流偏移（单位为伏特）。4 V 是最大值，-4 V 是最小允许值。
• P（比例）控制设置比例增益系数。该系数可以是 10-5 至 10,000 之间的正值或负值，以工程符号表示。
• I（积分）控制设置积分增益系数。该系数可以是 10-5 至 10,000 之间的正值或负值，以工程符号表示。
• D（导数）控制设置导数增益系数。该系数可以是 10-5 至 10,000 之间的正值或负值，以工程符号表示。
• STOP-RUN 切换按钮可禁用和启用伺服环路。
• P、I 和 D 按钮分别用于启用（亮起）和禁用（深蓝色）各个增益tage 在 PID 伺服回路中。
• SERVO 下拉菜单允许用户选择操作模式。
• 蓝绿色轨迹显示当前设定点。X 轴上每个点相隔 2 µs。
• 金色轨迹显示当前测量的 PV。X 轴上每个点相隔 2 µs。

R中的触摸屏操作AMP 模式 
RAMP 模式输出锯齿波，用户可配置 amp纬度和偏移量。

• PV（过程变量）数值显示交流有效值电压tag输入信号的 e，以伏特为单位。
• OV（输出电压tage) 数值显示平均输出电压tag由设备应用。
• O（偏移）控件设置 r 的直流偏移amp 输出（伏特）。 4 V 为最大值，-4 V 为最小值。
• A (amp度）控制设置 amp权利的amp 输出（伏特）。 4 V 为最大值，-4 V 为最小值。
• STOP-RUN 切换按钮分别禁用和启用伺服环路。
• RAMP 下拉菜单允许用户选择操作模式。
• 黄金轨迹显示植物响应与输出扫描量同步tage. 每个点在 X 轴上的间距为 195 µs。

PEAK 模式下的触摸屏操作
PEAK 模式实现了具有用户可配置调制频率的极值搜索控制器， amp亮度和积分常数。请注意，当设备处于峰值模式时，调制和解调始终处于活动状态；运行-停止切换可激活和停用抖动控制环路中的积分增益。

• PV（过程变量）数值显示交流有效值电压tag输入信号的 e，以伏特为单位。
• OV（输出电压tage) 数值显示平均输出电压tag由设备应用。
• M（调制频率倍数）数值表示调制频率 100Hz 的倍数。例如amp例如，如果 M = 1（如图所示），则调制频率为 100 Hz。最大调制频率为 100 kHz，M 值为 1000。一般而言，建议使用较高的调制频率，前提是控制执行器在该频率下有响应。
• A (amp度）控制设置 amp调制的电压（以伏特为单位），以工程符号表示。4 V 为最大值，-4 V 为最小允许值。
• K（峰值锁定积分系数）控制设置控制器的积分常数，单位为 V / s，以工程符号表示。如果用户不确定如何配置此值，通常建议从 1 左右的值开始。
• STOP-RUN 切换按钮分别禁用和启用伺服环路。
• PEAK 下拉菜单允许用户选择操作模式。
• 黄金轨迹显示植物响应与输出扫描量同步tage. 每个点在 X 轴上的间距为 195 µs。

软件
数字伺服控制器软件旨在允许通过计算机界面控制基本功能，并提供一组扩展的分析工具供使用控制器。例如ample，GUI 包含一个可以显示输入卷的图tage 在频域中。此外，数据可以导出为 .csv file。该软件允许在伺服、峰值或 r 中使用该设备amp 模式可控制所有参数和设置。系统响应可能 viewed 作为输入 voltage、误差信号，或两者，以时域或频域表示。请参阅手册了解更多信息。

启动软件
启动软件后，点击“连接”列出可用的DSC设备。可以同时控制多个DSC设备。

图 5
DSCX 客户端软件的启动屏幕。

图 6 设备选择窗口。单击“确定”以连接到所选设备。

伺服软件选项卡
“伺服”选项卡允许用户在伺服模式下操作设备，除了设备本身的嵌入式触摸屏用户界面提供的控件和显示之外，还提供其他控件和显示。在此选项卡上，可以使用过程变量的时间或频域表示。系统响应可以是 viewed 为过程变量、误差信号或两者兼有。误差信号是过程变量和设定点之间的差值。使用控制分析技术，可以预测设备的脉冲响应、频率响应和相位响应，前提是对系统的行为和增益系数做出某些假设。此数据显示在伺服控制选项卡上，以便用户在开始控制实验之前预先配置他们的系统。

图 7 R 中的软件界面amp 具有频域显示的模式。 

• 启用 X 网格线：选中该框可启用 X 网格线。
• 启用 Y 网格线：选中该框可启用 Y 网格线。
• 运行/暂停按钮：按下此按钮可开始/停止显示屏上图形信息的更新。
• 频率/时间切换：在频域和时域绘图之间切换。
• PSD / ASD 切换：在功率谱密度和 amp光密度谱密度垂直轴。
• 平均扫描：切换此开关可启用或禁用频域中的平均操作。
• 平均扫描次数：此数字控件决定要平均的扫描次数。最小值为 1 次扫描，最大值为 100 次扫描。键盘上的向上和向下箭头可增加或减少平均扫描次数。同样，控件旁边的向上和向下按钮可增加或减少平均扫描次数。
• 加载：按下参考光谱面板中的此按钮允许用户选择客户端电脑上保存的参考光谱。
• 保存：按下参考频谱面板上的此按钮，用户可以将当前显示的频率数据保存到他们的电脑。单击此按钮后，保存 file 对话框将允许用户选择存储位置并输入 file 数据名称。数据保存为逗号分隔值 (CSV)。
• 显示参考：选中此框可以显示最后选择的参考光谱。
• 自动缩放 Y 轴：选中该框可以自动设置 Y 轴显示限制。
• 自动缩放 X 轴：选中该框可以自动设置 X 轴显示限制。
• 对数 X 轴：选中该框可在对数和线性 X 轴显示之间切换。
• 运行 PID：启用此切换可启用设备上的伺服环路。
• O 数字：此值设置偏移量tage 以伏特为单位。
• SP 数字：此值设置设定点音量tage 以伏特为单位。
• Kp 数字：此值设置比例增益。
• Ki 数值：该值以 1/s 为单位设置积分增益。
• Kd 数字：此值设置微分增益（以 s 为单位）。
• P、I、D按钮：这些按钮亮起时分别启用比例、积分和微分增益。
• 运行/停止切换：切换此开关可启用或禁用控制。

用户还可以使用鼠标来改变显示信息的范围： 

• 鼠标滚轮可将图表放大或缩小至鼠标指针的当前位置。
• SHIFT + 单击可将鼠标指针变为加号。然后，鼠标左键将以 3 倍放大鼠标指针的位置。用户还可以拖动并选择要缩放到合适的图表区域。
• ALT + 单击可将鼠标指针变为减号。此后，鼠标左键将从鼠标指针的位置缩小 3 倍。
• 鼠标垫或触摸屏上的展开和捏合手势将分别放大和缩小图表。
• 滚动后，单击鼠标左键将允许用户通过拖动鼠标来平移。
• 右键单击图表将恢复图表的默认位置。

Ramp 软件选项卡
Ramp tab 提供与 r 类似的功能amp 选项卡。切换到此选项卡可将连接的设备置于amp 模式。

图 8
R中的软件界面amp 模式。

除了伺服模式下可用的控件外，Ramp 模式添加： 

• Amplitude Numeric：此值设置扫描 amp亮度以伏特为单位。
• 偏移数字：此值设置扫描偏移（单位为伏）。
• 运行/停止 Ramp 切换：切换此开关可启用或禁用 ramp.

Peak 软件标签 
峰值控制选项卡提供与嵌入式用户界面上的峰值模式相同的功能，并可进一步查看系统返回信号的性质。切换到此选项卡可将连接的设备切换至峰值操作模式。

图 9 峰值模式下的软件界面和时域显示。

除了伺服模式下可用的控制之外，峰值模式还增加了： 

• Amplitude 数字：此值设置调制 amp亮度以伏特为单位。
• K 数字：这是峰值锁定积分系数；该值设置积分增益常数（V/s）。
• 偏移数字：此值设置以伏特为单位的偏移。
• 频率数字：以 100 Hz 为增量设置调制频率倍数。允许的最小值为 100 Hz，最大值为 100 kHz。
• 运行/停止峰值切换：切换此开关可启用和禁用积分增益。请注意，只要设备处于峰值模式，输出调制和误差信号解调就会处于活动状态。

已保存数据 
数据以逗号分隔值 (CSV) 格式保存。简短的标题保留了正在保存的数据的相关数据。如果此 CSV 的格式发生更改，软件可能无法恢复参考光谱。因此，鼓励用户将数据保存在单独的电子表格中 file 如果他们打算进行任何独立分析。

图 10 从 DSC1 导出的 .csv 格式的数据。 

工作原理

PID 伺服控制
PID 电路通常用作控制环路反馈控制器，在伺服电路中非常常见。伺服电路的目的是将系统长时间保持在预定值（设定点）。PID 电路通过生成误差信号（即设定点和当前值之间的差值）并调制输出电压，主动将系统保持在设定点tage 以保持设定点。组成首字母缩略词 PID 的字母分别代表比例 (P)、积分 (I) 和微分 (D)，它们代表 PID 电路的三种控制设置。

比例项取决于当前误差，积分项取决于过去误差的累积，而导数项则是对未来误差的预测。这些项中的每一个都被输入到加权和中，以调整输出电压tag电路的 e，u(t)。该输出被馈送到控制装置，其测量值被反馈到 PID 回路，并且允许该过程主动稳定电路的输出以达到并保持设定值。下面的框图说明了 PID 电路的动作。可以根据需要在任何伺服电路中使用一个或多个控件来稳定系统（即 P、I、PI、PD 或 PID）。

请注意，PID 电路不能保证最佳控制。PID 控制设置不当会导致电路发生严重振荡，从而导致控制不稳定。用户需要正确调整 PID 参数以确保性能正常。

PID 理论 

连续伺服控制器的 PID 理论： 了解最佳伺服控制的 PID 理论。
PID 控制电路的输出 u(t) 表示为

在哪里：

• ?? 是比例增益，无量纲
• ?? 是积分增益，单位为 1/秒
• ?? 是微分增益（以秒为单位）
• ?(?) 是误差信号（单位：伏）
• ?(?) 是控制输出（单位：伏）

从这里我们可以用数学方法定义控制单元，并更详细地讨论每个控制单元。比例控制与误差信号成比例；因此，它是对电路产生的误差信号的直接响应：
？ = ???（？）
比例增益越大，响应误差的变化越大，从而影响控制器响应系统变化的速度。虽然高比例增益可以使电路快速响应，但值过高会导致 SP 值振荡。值过低，电路无法有效响应系统变化。积分控制比比例增益更进一步，因为它不仅与误差信号的幅度成正比，还与任何累积误差的持续时间成正比。

积分控制在增加电路响应时间以及消除纯比例控制相关的稳态误差方面非常有效。本质上，积分控制会将任何先前未校正的误差相加，然后将该误差乘以 Ki 以产生积分响应。因此，即使是很小的持续误差，也可以实现较大的聚合积分响应。但是，由于积分控制的快速响应，高增益值可能导致 SP 值显着超调并导致振荡和不稳定。太低，电路对系统变化的响应速度会明显变慢。微分控制试图减少比例和积分控制的过冲和振铃潜力。它确定电路随时间变化的速度（通过查看误差信号的导数）并将其乘以 Kd 以产生微分响应。

与比例和积分控制不同，微分控制会减慢电路的响应。这样，它能够部分补偿过冲以及amp 消除积分和比例控制引起的任何振荡。高增益值会导致电路响应非常缓慢，并且容易受到噪声和高频振荡的影响（因为电路变得太慢而无法快速响应）。太低，电路容易超过设定点值。但是，在某些情况下，必须避免超过设定点值任何显著量，因此可以使用更高的微分增益（以及更低的比例增益）。下图解释了单独增加任何一个参数的增益的影响。

范围 增加	上升时间	过冲	稳定时间	稳态误差	稳定
Kp	减少	增加	零钱	减少	降级
Ki	减少	增加	增加	大幅减少	降级
Kd	略有下降	略有下降	略有下降	无效果	改善（针对小 Kd）

离散时间伺服控制器 

数据格式
DSC1 中的 PID 控制器接收 16 位 ADCample 是一个偏移二进制数，范围为 0-65535。0 线性映射到负 4V 输入，65535 表示 +4V 输入信号。PID 环路中时间步长 ? 的“误差”信号 ?[?] 确定为 ?[?] = ? − ?[?] 其中 ? 是设定点，?[?] 是 voltag西文amp在离散时间步骤中偏移二进制尺度中的 le，？。

时域控制律
计算三个增益项并将其相加。
?[?] = ??[?] + ??[?] + ??[?] ?? = ???[?] ?? ≈ ?? ∫ ?[?] ?? = ??(?[?] − ?[? − 1])
其中 ??[?]、??[?] 和 ??[?] 是在时间步长 ? 处组成控制输出 ?[?] 的比例、积分和微分增益。??、?? 和 ?? 是比例、积分和微分增益系数。

积分和导数的近似值
DSC1 近似于一个带有累加器的积分器。
∫ ?[?] = ?[?] + ∫ ?[? − 1] 考虑积分区间，时间步长宽度被纳入积分增益系数 ?? 中，使得： ?? = ?′?ℎ
其中 ?′? 是标称输入的积分增益系数，ℎ 是 ADC 之间的时间amples。我们对导数进行类似的近似，作为 ?[?] 和 ?[? − 1] 之间的差异，再次假设 ?? 也包含 1 / h 缩放。

如前所述，现在考虑积分和导数近似不考虑时间步长（sample 区间），以下简称 ℎ。传统上，我们称变量 ?[?] 的一阶显式近似为 = ?(?, ?) 根据泰勒级数展开式中的项是 ?[?] ≈ ?[? − 1] + ℎ ?(?, ?)
这通常被称为向后欧拉积分方案或显式一阶数值积分器。如果我们求解导数 ?(?, ?)，我们会发现：

请注意，上式中的分子与我们对控制方程中导数的近似值相似。也就是说，我们对导数的近似值更适合按 ℎ−1 缩放。

它还直观地模仿了微积分基本定理：

现在，如果我们说？是误差信号？的积分，我们可以进行以下替换。
?[?]=∫?[?] ?(?,?)= ?[?] 并且我们从一阶泰勒级数近似得到函数 ?： ∫?[?]=∫?[?−1]+ℎ ?(?)
通过简单假设当 ?=0 时 ∫?[?]=0，对积分的近似实际上就凝缩为一个累加器。

因此，我们将先前推导的控制律调整为：

频域控制律
尽管上一节中推导的方程说明了 DSC1 中实现的离散时间 PID 控制器的时域行为，但它几乎没有说明控制器的频域响应。相反，我们引入了 ? 域，它类似于拉普拉斯域，但针对的是离散时间而不是连续时间。与拉普拉斯变换类似，函数的 Z 变换通常是通过组合表格 Z 变换关系来确定的，而不是直接替换 Z 变换定义（如下所示）。

其中 ?(?) 是离散时间变量 ?[?] 的 Z 域表达式，? 是独立变量 ? 的半径（通常视为 1），? 是 -1 的平方根，∅ 是弧度或度数的复数参数。在这种情况下，只需要两个列表 Z 变换。
?[?] = ?[?] ?[? − 1] = ?[?]?−1
比例项 ?? 的 Z 变换很简单。另外，请暂时接受这一点：确定控制传递函数 ?(?) 的误差（而不是简单的 ?(?)）对我们很有用。

积分项??的 Z 变换更有趣。
回想一下上一节中的显式欧拉积分方案：??(?) = ?? ∫ ?[?] = ?? (∫ ?[? − 1] + ℎ ?(?))
∫ ?（？）= ∫ ?（？） ?−1 + ℎ ?（？）
∫ ?(?) − ∫ ?(?) ?−1 = ℎ ?(?)

最后，我们看一下导数增益??： 

组合上述每个传递函数，我们得出： 

利用该方程，我们可以用数值方法计算控制器的频域响应，并将其显示为波特图，如下所示。
PID 传递函数，Kp = 1.8，Ki = 1.0，Kd = 1E-4

请注意 PI 控制器增益如何仅接近比例增益和高频，以及 PD 控制器增益如何仅接近低频下的比例增益。

PID 调整
一般来说，用户需要调整 P、I 和 D 的增益，以优化系统性能。虽然没有一套静态的规则来规定任何特定系统的值应该是多少，但遵循一般程序应该有助于调整电路以匹配系统和环境。一般来说，正确调整的 PID 电路通常会略微超过 SP 值，然后迅速下降amp 达到 SP 值并保持在该点稳定。PID 环路可以通过改变 P、I 和 D 增益的符号锁定为正斜率或负斜率。在 DSC1 中，符号锁定在一起，因此改变一个符号就会改变所有符号。

手动调整增益设置是设置 PID 控制的最简单方法。但是，此过程是主动完成的（PID 控制器连接到系统并启用 PID 环路），需要一定的经验才能获得良好的结果。要手动调整 PID 控制器，首先将积分和微分增益设置为零。增加比例增益，直到观察到输出振荡。然后应将比例增益设置为该值的大约一半。设置比例增益后，增加积分增益，直到在适合您系统的时间范围内校正任何偏移。

如果将此增益增加太多，您将观察到 SP 值明显过冲和电路不稳定。一旦设置了积分增益，就可以增加微分增益。微分增益将减少过冲和 damp 系统快速达到设定值。如果过多增加微分增益，则会看到较大的过冲（由于电路响应速度太慢）。通过调整增益设置，您可以优化 PID 电路的性能，从而使系统能够快速响应变化并有效地amps 围绕设定点值振荡。

控制类型	Kp	Ki	Kd
P	0.50 库	–	–
PI	0.45 库	1.2 千帕/普	–
PID	0.60 库	2 千帕/普	钚钚/8

虽然手动调节对于为您的特定系统设置 PID 电路非常有效，但它确实需要一定的经验和对 PID 电路和响应的理解。Ziegler-Nichols PID 调节方法提供了更结构化的 PID 值设置指南。同样，您需要将积分和微分增益设置为零。增加比例增益，直到电路开始振荡。我们将此增益水平称为 Ku。振荡周期为 Pu。上表给出了各种控制电路的增益。请注意，当使用 Ziegler-Nichols 调节方法与 DSC1 时，应将从表中确定的积分项乘以 2⋅10-6 以标准化为 sample 速率。类似地，导数系数应除以 2⋅10-6 以归一化为 samp率。

Ramp英
用户可能经常需要确定系统的大信号工作点或有用设定点。要确定大信号工作点（以下称为直流偏移）或最佳伺服设定点，一种常用技术是简单地用线性增加的音量反复刺激系统tag信号。该模式通常被称为锯齿波，因为它与锯齿相似。

峰值锁定模式
峰值锁定模式实现了抖动锁定算法，也称为极值搜索控制器。在这种操作模式下，控制值叠加在正弦波输出上。测量的输入音量tag首先对 e 进行数字高通滤波 (HPF)，以消除任何直流偏移。然后通过将每个测量的音量相乘来解调交流耦合信号tage 乘以输出正弦波调制值。此乘法运算创建具有两个主要分量的解调信号：两个频率之和的正弦波和两个频率之差的信号。

第二个数字滤波器（这次是低通滤波器 (LPF)）会衰减两个频率之和信号，并传输低频两个频率之差信号。与调制频率相同的信号内容在解调后显示为直流信号。峰值锁定算法的最后一步是积分 LPF 信号。积分器输出与输出调制相结合，驱动输出电压tage. 积分器中低频解调信号能量的积累推动了失调控制电压tag输出的 e 越来越高，直到 LPF 输出的符号反转，积分器输出开始减小。随着控制值接近系统响应的峰值，伺服控制器输入信号的调制结果变得越来越小，因为正弦波形的斜率在其峰值处为零。这反过来意味着低通滤波解调信号的输出值较低，因此在积分器中积累的较少。

图 12 峰值锁定控制器的框图。来自峰值响应装置的输入信号被数字化，然后进行高通滤波。HPF 输出信号用数字本地振荡器解调。解调器的输出经过低通滤波，然后积分。积分器输出被添加到调制信号并输出​​到峰值响应装置。当用户希望控制的系统在最佳控制点附近没有单调响应时，峰值锁定是一种很好的控制算法。例如amp这些类型的系统中，有些是具有谐振波长的光学介质，例如蒸汽室或 RF 带阻滤波器（陷波滤波器）。峰值锁定控制方案的核心特征是算法倾向于将系统引导至误差信号的零交叉点，该零交叉点与测量信号的峰值重合，就好像误差信号是测量信号的导数一样。请注意，峰值可能是正的，也可能是负的。要开始使用 DSC1 的峰值锁定操作模式，您可以按照此过程进行操作。

1. 确保你锁定的信号的峰值（或谷值）在控制音量范围内tag执行器的范围，并且峰值位置随时间相对稳定。使用 RAMP 模式可视化控制信号tag感兴趣的范围。
2. 注意控制卷tag峰（或谷）的位置。
3. 估计控制体积中峰（或谷）的宽度tage 位于峰高一半处。该宽度（以伏特为单位）通常称​​为全宽半峰或 FWHM。为获得良好结果，该宽度应至少为 0.1V。
4. 设置调制 amp亮度（A）为FWHM体积的1％至10％tage.
5. 设置偏移量tag尽可能接近您想要锁定的峰值（或谷值）的位置。
6. 将调制频率设置为所需频率。在触摸屏上，这受调制频率参数 M 的影响。调制频率为 100 Hz 乘以 M。最佳调制频率选择取决于应用。Thorlabs 建议机械执行器的值约为 1 kHz。电光执行器可以使用更高的频率。
7. 将峰值锁定积分系数 (K) 设置为 A 的 0.1 倍。K 可以为正数或负数。通常，正 K 锁定输入信号的峰值，而负 K 锁定输入信号的谷值。但是，如果被锁定的执行器或系统在抖动频率下有超过 90 度的相位延迟，则 K 的符号将反转，正 K 将锁定谷值，而负 K 将锁定峰值。
8. 按运行并验证控制卷tage 输出从原始偏移 (O) 值发生变化，并且不会失控到极端。或者，使用示波器监控过程变量，以验证 DSC1 是否锁定到所需的峰值或谷值。

图 13 前amp来自 r 的数据amp输出失调电压tage 用连续正弦波施加于峰值响应设备。注意误差信号零交叉与设备响应信号的峰值对齐。

维护和清洁
定期清洁和维护 DSC1 以获得最佳性能。DSC1 无需定期维护。如果设备上的触摸屏变脏，Thorlabs 建议使用浸有稀释异丙醇的柔软无绒布轻轻擦拭触摸屏。

故障排除和修复

如果出现问题，请参阅故障排除部分以获取解决常见问题的指导。下表描述了 DSC1 的典型问题和 Thorlabs 推荐的补救措施。

问题	解释	补救
插入 USB Type-C 电源时设备无法开机。	该设备需要 750 V 电源提供高达 5 mA 的电流，功率为 3.75 W。这可能超出了笔记本电脑和 PC 上某些 USB-A 连接器的功率能力。	使用 Thorlabs DS5 或 CPS1 电源。或者，使用 USB Type-C 电源，例如通常用于为手机或笔记本电脑充电的电源，其额定输出电流至少为 750 mA，电压为 5 V。
当数据端口插入 PC 时，设备无法打开。	DSC1 仅从 USB Type-C 电源连接器获取电力。USB Type Mini-B 连接器仅用于数据。	将 USB Type-C 端口连接到额定输出至少为 750 V 5 mA 的电源，例如 Thorlabs DS5 或 CPS1。

处理
报废 DSC1 时请遵循正确的处置指南。
Thorlabs 核实我们遵守欧盟的 WEEE（废弃电子电气设备）指令和相应的国家法律。因此，欧盟的所有最终用户都可以将 13 年 2005 月 XNUMX 日之后出售的“报废”附件 I 类电气和电子设备退还给 Thorlabs，无需支付处置费用。符合条件的设备标有带叉的“有轮垃圾桶”徽标（见右图），已出售给欧盟内的公司或机构，目前归其所有，并且未被拆卸或污染。请联系 Thorlabs 了解更多信息。废物处理由您自己负责。“报废”设备必须退还给 Thorlabs 或交给专门从事废物回收的公司。请勿将设备丢弃在垃圾箱或公共废物处理场。用户有责任在处置前删除存储在设备上的所有私人数据。

常问问题：

问：DSC1 无法开机怎么办？
A: 检查电源连接并确保其符合规定要求。如果问题仍然存在，请联系客户支持寻求帮助。

安全

注意
本仪器应远离可能有液体溢出或冷凝湿气的环境。 它不防水。 为避免损坏仪器，请勿将其暴露在喷雾、液体或溶剂中。

安装

保修信息
此精密设备只有在退回并妥善包装到完整的原始包装中（包括完整的装运以及用于固定所附设备的纸板插件）后才能使用。 如有必要，要求更换包装。 请有资格的人员进行维修。

包含的组件

DSC1 紧凑型数字伺服控制器配有以下组件：

• DSC1 数字伺服控制器
• 快速入门卡
• USB-AB-72 USB 2.0 A 型转 Mini-B 型数据线，72 英寸（1.83 米）长
• USB Type-A 转 USB Type-C 电源线，1 米 (39″) 长
• PAA248 SMB 至 BNC 同轴电缆，48 英寸（1.22 米）长（数量 2）

安装和设置

基础知识 
用户可以使用 USB 接口或集成触摸屏通过计算机配置设备。无论哪种情况，都必须通过 5V USB-C 连接供电。使用桌面 GUI 时，必须使用 USB 2.0 电缆（随附）将伺服控制器从设备的数据端口连接到安装了数字伺服控制器软件的 PC。

接地环路和 DSC1
DSC1 包含内部电路，以限制发生接地环路的可能性。Thorlabs 建议使用变压器隔离的 DS5 稳压电源或 CPS1 外部电池组。无论是使用 DS5 还是 CPS1 电源，DSC1 内的信号接地都会相对于墙上插座的接地浮动。与此信号接地共用的设备连接只有 USB-C 电源连接器的信号接地引脚和输出 SMB 同轴电缆上的外部返回路径。USB 数据连接是隔离的。输入信号在信号返回路径和仪器内的信号接地之间有一个接地环路断路电阻，通常可防止接地环路干扰。重要的是，没有两条直接通向设备信号接地的路径，从而最大限度地减少了接地环路的发生。

为了进一步降低地环路干扰的风险，Thorlabs 建议采取以下最佳做法： 

• 连接设备的所有电源和信号线应尽量短。
• 使用电池 (CPS1) 或变压器隔离 (DS5) 电源为 DSC1 供电。这可确保浮动设备信号接地。
• 请勿将其他仪器的信号返回路径相互连接。
  • 一个普通的前任ample 是典型的台式示波器；大多数情况下，BNC 输入连接的外壳直接接地。在实验中，连接到同一接地节点的多个接地夹可能会造成接地环路。

虽然 DSC1 本身不太可能引起接地环路，但用户实验室中的其他仪器可能没有接地环路隔离，因此可能成为接地环路的来源。

为 DSC1 供电
DSC1 数字伺服控制器需要通过 USB-C 提供 5 V 电源，峰值电流高达 0.75 A，典型操作电流为 0.55 A。Thorlabs 提供两种兼容电源：CPS1 和 DS5。在噪声敏感度限制较少或需要运行时间超过 8 小时的应用中，建议使用 DS5 稳压电源。当需要最佳噪声性能时，建议使用 CPS1 电池电源。在 CPS1 充满电且状况良好的情况下，DSC1 无需充电即可运行 8 小时或更长时间。

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文件/资源

THORLABS DSC1 紧凑型数字伺服控制器 [pdf] 用户指南 DSC1，DSC1紧凑型数字伺服控制器，DSC1，紧凑型数字伺服控制器，数字伺服控制器，伺服控制器，控制器

参考

• 用户手册