THORLABS DSC1 緊湊型數位伺服控制器

規格：

• 產品名稱：DSC1緊湊型數位伺服控制器
• 建議使用：與Thorlabs的光電探測器和執行器配合使用
• 相容執行器：壓電 amp雷射、雷射二極體驅動器、TEC控制器、電光調變器
• 符合性：CE/UKCA 標誌

產品使用說明

介紹

預期用途： DSC1 是一款緊湊型數位伺服控制器，專為研究和工業中的一般實驗室用途而設計。 DSC1 測量體積tage、根據使用者選擇的控制演算法計算回饋訊號，並輸出音量tage.本產品只能按照本手冊中所述的說明使用。任何其他用途都會使保固失效。未經 Thorlabs 同意，任何試圖重新編程、反彙編二進位代碼或以其他方式更改 DSC1 中的工廠機器指令的行為都將使保固失效。 Thorlabs 建議將 DSC1 與 Thorlabs 的光電探測器和致動器一起使用。前任amp最適合與 DSC1 配合使用的 Thorlabs 執行器包括 Thorlabs 的壓電 amp放大器、雷射二極體驅動器、熱電冷卻器 (TEC) 控制器和電光調製器。

安全警告說明

筆記 表示被認為重要但與危險無關的訊息，例如可能對產品造成的損壞。
產品上的 CE/UKCA 標誌是製造商的聲明，表明該產品符合相關歐洲健康、安全和環境保護法規的基本要求。
產品、配件或包裝上的有輪垃圾桶符號表示該設備不能作為未分類的城市垃圾處理，而必須單獨收集。

描述
Thorlabs 的 DSC1 數位伺服控制器是一種用於電光系統回授控制的儀器。此設備測量輸入電壓tage，確定適當的回饋量tag透過幾種控制演算法之一，並將此回饋應用於輸出電壓tag電子頻道。使用者可以選擇透過整合觸控螢幕顯示器、遠端桌面 PC 圖形使用者介面 (GUI) 或遠端 PC 軟體開發套件 (SDK) 來配置裝置的操作。伺服控制器amp卷tag透過 16 MHz 同軸 SMB 輸入埠傳輸 1 位元解析度的資料。

為了提供更準確的音量tag測量時，設備內的算術電路每兩秒計算平均值amples 的有效amp速率為 500 kHz。微處理器採用數位訊號處理 (DSP) 技術高速處理數位化資料。使用者可以在 SERVO 和 PEAK 控制演算法之間進行選擇。或者，使用者可以測試系統對直流電壓的反應tage 用 R 確定伺服設定點AMP 工作模式，輸出與輸入同步的鋸齒波。輸入通道的典型頻寬為 120 kHz。輸出通道的典型頻寬為 100 kHz。輸入至輸出電壓的-180度相位滯後tag此伺服控制器的傳遞函數通常為 60 kHz。

科技數據

規格

操作規格
系統帶寬	直流至 100 kHz
輸入到輸出-180度頻率	>58 kHz（典型值 60 kHz）
標稱輸入電壓amp分辨率	16 位元
標稱輸出分辨率	12 位元
最大輸入音量tage	±4V
最大輸出音量tageb	±4V
最大輸入電流	100毫安
平均本底噪聲	-120 分貝垂直2/赫茲
峰值噪音基底	-105 分貝垂直2/赫茲
輸入均方根噪音c	0.3 mV
輸入Samp靈頻	1兆赫
PID 更新頻率d	500kHz
峰值鎖定調變頻率範圍	100 Hz – 100 kHz，步長為 100 Hz
輸入端接	1兆歐
輸出阻抗b	220Ω

• 一個。這是輸出相對於輸入達到 -180 度相移的頻率。
• b.輸出設計用於連接高阻抗 (>100 kΩ) 設備。連接具有較低輸入端接電阻 Rdev 的裝置將降低輸出電壓tag範圍由 Rdev/(Rdev + 220 Ω) 決定（例如，具有 1 kΩ 終端電阻的設備將提供 82% 的標稱輸出電壓tage 範圍）。
• c.積分頻寬為100 Hz – 250 kHz。
• d.低通濾波器可減少輸出控製卷中的數位化偽影tage，導致輸出頻寬為 100 kHz。

電氣要求
供應量tage	4.75 – 5.25 伏特直流電
電源電流	750 mA（最大值）
溫度範圍a	0℃至70℃

• 裝置可以正常運作的溫度範圍，當接近室溫時，裝置可以達到最佳運作效果。

系統需求
作業系統	需要 Windows 10®（建議）或 11，64 位
記憶體（RAM）	最低 4 GB，建議 8 GB
S儲存	300 MB（最小）可用磁碟空間
介面	USB 2.0
最低螢幕分辨率	1200 x 800 像素

機械圖紙 

簡化的符合性聲明
歐盟符合性聲明的全文可在以下網址取得： https://Thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=16794

FCC 指定 

筆記： 本設備經過測試，符合 FCC 規則第 15 部分對 A 類數位設備的限制。這些限制旨在提供合理的保護，防止設備在商業環境中運作時產生有害幹擾。該設備會產生、使用並輻射射頻能量，如果不按照說明手冊安裝和使用，可能會對無線電通訊造成有害幹擾。在住宅區操作設備可能會造成有害幹擾，在這種情況下，用戶需要自費消除乾擾。

安全警告： CE/UKCA 標誌顯示符合歐洲健康、安全和環境保護法規。

手術

基礎知識： 熟悉 DSC1 的基本功能。

接地環路和 DSC1： 確保正確接地以避免干擾。

為 DSC1 供電： 按照提供的指南連接電源。

觸控螢幕 

啟動觸控螢幕介面 
接通電源並經過不到一秒鐘的短暫預熱後，DSC1 將點亮整合式觸控螢幕顯示屏，並且螢幕將響應輸入。

伺服模式下的觸控螢幕操作
SERVO 模式實作 PID 控制器。

圖 2 伺服操作模式下的觸控螢幕顯示，其中 PID 控制器啟用 PI 控制模式。 

• PV（製程變數）數值顯示交流有效值電壓tag輸入訊號的 e，以伏特為單位。
• OV（輸出電壓tage) 數值顯示平均輸出電壓tag來自 DSC1。
• S（設定點）控制以伏特為單位設定伺服迴路的設定點。 4 V 是最大值，-4 V 是最小允許值。
• O（偏移）控制設定伺服迴路的直流偏移（單位為伏）。 4 V 是最大值，-4 V 是最小允許值。
• P（比例）控制設定比例增益係數。這可能是 10-5 至 10,000 之間的正值或負值，以工程符號表示。
• I（積分）控制設定積分增益係數。這可能是 10-5 至 10,000 之間的正值或負值，以工程符號表示。
• D（微分）控制設定微分增益係數。這可能是 10-5 至 10,000 之間的正值或負值，以工程符號表示。
• STOP-RUN 切換按鈕可停用和啟用伺服迴路。
• P、I 和 D 按鈕分別用於啟用（亮起）和停用（深藍色）各個增益tage 在 PID 伺服迴路中。
• SERVO 下拉式選單允許使用者選擇操作模式。
• 藍綠色跡線顯示目前設定點。 X 軸上每點相距 2 µs。
• 金色軌跡顯示目前測量的 PV。 X 軸上每點相距 2 µs。

R中的觸控螢幕操作AMP 模式 
RAMP 模式輸出鋸齒波，用戶可配置 amp緯度和偏移量。

• PV（製程變數）數值顯示交流有效值電壓tag輸入訊號的 e，以伏特為單位。
• OV（輸出電壓tage) 數值顯示平均輸出電壓tag由設備應用。
• O（偏移）控制設定 r 的直流偏移amp 輸出（伏特） 4 V 是最大值，-4 V 是最小允許值。
• A (amp度）控制設定 amp權利的amp 輸出（伏特） 4 V 是最大值，-4 V 是最小允許值。
• STOP-RUN 切換按鈕分別停用和啟用伺服迴路。
• RAMP 下拉式選單允許使用者選擇操作模式。
• 黃金軌跡顯示植物反應與輸出掃描量同步tage.每個點在 X 軸上的間距為 195 µs。

PEAK 模式下的觸控螢幕操作
PEAK 模式實現了具有使用者可配置調變頻率的極值搜尋控制器， amp亮度和積分常數。請注意，當設備處於PEAK模式時，調變和解調始終處於作用中狀態；運行-停止切換可啟動和停用抖動控制迴路中的積分增益。

• PV（製程變數）數值顯示交流有效值電壓tag輸入訊號的 e，以伏特為單位。
• OV（輸出電壓tage) 數值顯示平均輸出電壓tag由設備應用。
• M（調變頻率倍數）數值表示調變頻率100Hz的倍數。例如amp例如，如果 M = 1（如圖所示），則調變頻率為 100 Hz。最大調變頻率為 100 kHz，M 值為 1000。
• A (amp度）控制設定 amp調製的亮度（單位為伏特），以工程符號表示。 4 V 是最大值，-4 V 是最小允許值。
• K（峰值鎖定積分係數）控制設定控制器的積分常數，單位為V/s，以工程符號表示。如果使用者不確定如何配置該值，通常建議從 1 左右的值開始。
• STOP-RUN 切換按鈕分別停用和啟用伺服迴路。
• PEAK 下拉選單允許使用者選擇操作模式。
• 黃金軌跡顯示植物反應與輸出掃描量同步tage.每個點在 X 軸上的間距為 195 µs。

軟體
數位伺服控制器軟體旨在允許透過電腦介面控制基本功能，並提供一組擴展的分析工具來使用控制器。例如ample，GUI 包含一個可以顯示輸入卷的圖tag頻域中的 e。此外，數據可以匯出為 .csv file。該軟體允許在伺服、峰值或 r 中使用該設備amp 控制所有參數和設定的模式。系統響應可能是 viewed 作為輸入 voltage、誤差訊號，或兩者，以時域或頻域表示。請參閱手冊以了解更多資訊。

啟動軟件
啟動軟體後，按一下「連線」以列出可用的 DSC 裝置。可同時控制多個 DSC 設備。

圖5
DSCX 用戶端軟體的啟動畫面。

圖6 設備選擇視窗。按一下「確定」即可連接到選定的裝置。

伺服軟體選項卡
伺服選項卡允許使用者在伺服模式下操作設備，除了設備本身的嵌入式觸控螢幕使用者介面提供的控制和顯示之外，還可以使用其他控制和顯示。在此選項卡上，可以使用製程變數的時間域或頻域表示。系統響應可能是 view作為過程變數、錯誤訊號或兩者。誤差訊號是過程變數和設定點之間的差異。利用控制分析技術，只要對系統行為和增益係數做出某些假設，就可以預測設備的脈衝響應、頻率響應和相位響應。此數據顯示在伺服控制標籤上，以便使用者可以在開始控制實驗之前預先配置他們的系統。

圖 7 R 中的軟體介面amp 具有頻域顯示的模式。 

• 啟用 X 網格線：勾選此方塊可啟用 X 網格線。
• 啟用 Y 網格線：勾選此方塊可啟用 Y 網格線。
• 運轉/暫停按鈕：按下此按鈕可開始/停止顯示幕上圖形資訊的更新。
• 頻率/時間切換：在頻域和時域繪圖之間切換。
• PSD / ASD 切換：在功率譜密度和 amp垂直軸為光譜密度。
• 平均掃描：切換此開關可啟用或停用頻域中的平均操作。
• 平均掃描次數：此數字控制決定要平均的掃描次數。最少為 1 次掃描，最多為 100 次掃描。鍵盤上的向上和向下箭頭可以增加或減少平均掃描次數。類似地，控制項旁邊的向上和向下按鈕會增加和減少平均值的掃描次數。
• 載入：按下參考光譜面板中的此按鈕可讓使用者選擇用戶端電腦上儲存的參考光譜。
• 儲存：按下參考頻譜面板上的此按鈕，使用者可以將目前顯示的頻率資料儲存到他們的電腦。點擊此按鈕後，儲存 file 對話框將允許使用者選擇儲存位置並輸入 file 其資料的名稱。資料保存為逗號分隔值 (CSV)。
• 顯示參考：勾選此方塊可以顯示最後選取的參考光譜。
• 自動縮放 Y 軸：勾選此方塊可自動設定 Y 軸顯示限制。
• 自動縮放 X 軸：勾選此方塊可自動設定 X 軸顯示限制。
• 對數 X 軸：勾選此方塊可在對數和線性 X 軸顯示之間切換。
• 執行 PID：啟用此切換按鈕可啟用裝置上的伺服迴路。
• O 數字：此值設定偏移量tage 以伏特為單位。
• SP 數字：此值設定設定點音量tage 以伏特為單位。
• Kp 數字：此值設定比例增益。
• Ki 數值：此值以 1/s 為單位設定積分增益。
• Kd 數字：此值設定微分增益（以 s 為單位）。
• P、I、D按鈕：這些按鈕亮起時分別啟用比例、積分和微分增益。
• 運轉/停止切換：切換此開關可啟用或停用控制。

使用者也可以使用滑鼠來改變顯示資訊的範圍： 

• 滑鼠滾輪可將圖表放大或縮小至滑鼠指標的目前位置。
• SHIFT + 按一下可將滑鼠指標變更為加號。然後，滑鼠左鍵將以 3 倍的倍數放大滑鼠指標的位置。
• ALT + 按一下可將滑鼠指標變更為減號。此後，滑鼠左鍵將從滑鼠指標的位置縮小 3 倍。
• 滑鼠墊或觸控螢幕上的展開和捏合手勢將分別放大和縮小圖表。
• 滾動後，點擊滑鼠左鍵將允許使用者透過拖曳滑鼠來平移。
• 右鍵單擊圖表將恢復圖表的預設位置。

Ramp 軟體選項卡
Ramp tab 提供與 r 類似的功能amp 嵌入式觸控螢幕顯示器上的選項卡。切換到此選項卡會使連接的裝置處於amp 模式。

圖8
R中的軟體介面amp 模式。

除了伺服模式下可用的控制外，Ramp 模式添加： 

• Amplitude 數字：此值設定掃描 amp亮度以伏特為單位。
• 偏移數字：此值設定掃描偏移（單位為伏）。
• 運轉/停止 Ramp 切換：切換此開關可啟用或停用 ramp.

Peak 軟體標籤 
峰值控制選項卡提供與嵌入式使用者介面上的 PEAK 模式相同的功能，同時可以更好地了解系統返回訊號的性質。切換到此標籤可將連接的裝置切換到 PEAK 操作模式。

圖 9 峰值模式下的軟體介面和時域顯示。

除了伺服模式下可用的控制之外，峰值模式還增加了： 

• Amplitude 數字：此值設定調變 amp亮度以伏特為單位。
• K numeric：這是峰值鎖定積分係數；此值設定積分增益常數（單位：V/s）。
• 偏移數字：此值設定以伏特為單位的偏移。
• 頻率數字：以 100 Hz 為增量設定調變頻率乘數。允許的最小值為 100 Hz，最大值為 100 kHz。
• 運轉/停止峰值切換：切換此開關可啟用和停用積分增益。請注意，只要設備處於 PEAK 模式，輸出調變和誤差訊號解調就會處於作用中狀態。

保存的數據 
資料以逗號分隔值 (CSV) 格式儲存。簡短的標題保留了正在儲存的資料的相關資料。如果此 CSV 的格式改變，軟體可能無法復原參考光譜。因此，鼓勵使用者將資料保存在單獨的電子表格中 file 如果他們打算進行任何獨立分析。

圖 10 從 DSC1 匯出的 .csv 格式的資料。 

操作原理

PID 伺服控制
PID 電路通常用作控制環回授控制器，在伺服電路中非常常見。伺服電路的目的是使系統長時間保持在預定值（設定點）。 PID 電路透過產生誤差訊號（即設定點和目前值之間的差值）並調節輸出電壓，主動將系統保持在設定點。tage 維持設定點。組成首字母縮寫 PID 的字母分別代表比例 (P)、積分 (I) 和微分 (D)，代表 PID 電路的三種控制設定。

比例項取決於目前誤差，積分項取決於過去誤差的累積，而微分項則是未來誤差的預測。這些項中的每一個都被輸入到加權和中，以調整輸出電壓tag電路的e，u(t)。此輸出被饋送到控制裝置，其測量值被回饋到 PID 迴路，並且該過程被允許主動穩定電路的輸出以達到並保持設定值。下面的框圖說明了 PID 電路的作用。根據穩定係統的需求，可以在任何伺服電路中使用一個或多個控制（即 P、I、PI、PD 或 PID）。

請注意，PID 電路不能保證最佳控制。 PID 控制設定不當會造成電路嚴重振盪並導致控制不穩定。使用者需要適當調整 PID 參數以確保正常的效能。

PID 理論 

連續伺服控制器的 PID 理論： 了解最佳伺服控制的 PID 理論。
PID 控制電路的輸出 u(t) 表示為

在哪裡：

• ？是比例增益，無量綱
• ？是積分增益，單位為 1/秒
• ？是微分增益（以秒為單位）
• ?(?) 是誤差訊號（單位：伏特）
• ?(?) 是控制輸出（單位：伏特）

從這裡我們可以用數學的方式定義控制單元並更詳細地討論每一個單元。比例控制與誤差訊號成比例；因此，它是對電路產生的誤差訊號的直接響應：
？ = ???（？）
比例增益越大，反應誤差的變化就越大，進而影響控制器響應系統變化的速度。雖然高比例增益可以使電路快速響應，但過高的值可能會導致 SP 值振盪。值太低，電路就無法有效回應系統的變化。積分控制比比例增益更進一步，因為它不僅與誤差訊號的幅度成比例，還與任何累積誤差的持續時間成比例。

積分控制對於增加電路的反應時間以及消除純比例控制相關的穩態誤差非常有效。本質上，積分控制將對任何先前未校正的誤差求和，然後將該誤差乘以 Ki 以產生積分響應。因此，即使對於很小的持續誤差，也可以實現較大的聚合積分響應。但由於積分控制反應速度快，過大的增益值可能會造成 SP 值明顯超調，導致振盪與不穩定性。太低的話，電路對系統變化的反應速度會明顯變慢。微分控制試圖減少比例和積分控制產生的過衝和振鈴潛力。它確定電路隨時間變化的速度（透過查看誤差訊號的導數）並將其乘以 Kd 以產生導數響應。

與比例和積分控制不同，微分控制會減慢電路的反應。透過這樣做，它能夠部分補償過衝以及amp 消除積分和比例控制引起的任何振盪。高增益值會導致電路響應非常緩慢，並且容易受到雜訊和高頻振盪的影響（因為電路變得太慢而無法快速響應）。太低則電路容易超過設定值。然而，在某些情況下，必須避免超過設定值任何顯著的量，因此可以使用更高的微分增益（以及更低的比例增益）。下圖解釋了獨立增加任何一個參數的增益的效果。

範圍 增加	上升時間	超調	Settling Time	穩態誤差	穩定
Kp	減少	增加	零錢	減少	降級
Ki	減少	增加	增加	大幅減少	降級
Kd	略有下降	略有下降	略有下降	無影響	改善（針對小 Kd）

離散時間伺服控制器 

資料格式
DSC1 中的 PID 控制器接收 16 位元 ADCample 是一個偏移二進制數，範圍是 0-65535。 0 線性映射到負 4V 輸入，而 65535 代表 +4V 輸入訊號。 PID 循環中某個時間步長的「錯誤」訊號 ?[?] ？確定為？ − ?[?] 在哪裡？是設定點，?[?] 是音量tag英語amp在離散時間步驟中偏移二進制尺度中的 le，？

時域控制律
計算三個增益項並將其相加。
?[?] = ??[?] + ??[?] + ??[?] ?? = ???[?] ?? ≈?? ∫？ = ??(?[?] − ?[? − 1])
其中 ??[?]、??[?] 和 ??[?] 分別是時間步長 ? 的控制輸出 ?[?] 的比例增益、積分增益和微分增益。 ？是比例、積分和微分增益係數。

積分和導數的近似值
DSC1 近似於一個有累加器的積分器。
∫？ − 1] 考慮積分區間，時間步長寬度，納入積分增益係數??這樣：?? = ?′?ℎ
在哪裡 ？是標稱輸入的積分增益係數，ℎ 是 ADC 之間的時間amp萊斯。我們對導數進行類似的近似，就像 ?[?] 和 ?[? 之間的差異一樣。 − 1] 再假設 ??也包含1/h的縮放比例。

如前所述，現在考慮積分和導數近似不考慮時間步長（sample 間隔），以下簡稱ℎ。傳統上，我們說變數 ?[?] 的一階顯式近似值為 = ?(?, ?) 依泰勒級數展開式中的項是 ?[?] ≈ ?[? − 1] + ℎ ?(?, ?)
這通常被稱為向後歐拉積分方案或顯式一階數值積分器。如果我們解出導數?(?, ?)，我們會發現：

請注意上式中的分子與我們對控制方程式中導數的近似的相似性。這就是說，我們對導數的近似值比較適合用ℎ−1 來縮放。

它也直觀地模仿了微積分基本定理：

現在如果我們這麼說？是誤差訊號的積分？
?[?]=∫?[?] ?(?,?)= ?[?] 而我們從一階泰勒級數近似得到函數 ?： ∫?[?]=∫?[?−1]+ℎ ?(?)
透過簡單假設當 ?=0 時 ∫?[?]=0，對積分的近似實際上就凝縮為一個累加器。

因此，我們將先前推導的控制律調整為：

頻域控制律
雖然前一節推導的方程式說明了 DSC1 中實現的離散時間 PID 控制器的時域行為，但它幾乎沒有說明控制器的頻域響應。相反，我們引入了？域，類似拉普拉斯域，但針對的是離散時間而不是連續時間。與拉普拉斯變換類似，函數的 Z 變換通常透過組合表格化的 Z 變換關係來確定，而不是直接替換 Z 變換定義（如下所示）。

其中？ （？）是離散時間變數？是獨立變數 ? 的半徑（通常視為 1），?是 -1 的平方根，∅ 是弧度或度數的複數參數。在這種情況下，只需要兩個清單的 Z 變換。
？ − 1] = ?[?]?−1
比例項?? 的 Z 變換很簡單。此外，請暫時接受這一點：確定控制傳遞函數的誤差？

積分項??的 Z 變換更有趣。
回想上一節我們明確的歐拉積分方案：??(?) = ?? ∫ ?[?] = ?? （∫ ?[? − 1] + ℎ ?(?)）
∫ ?（？）= ∫ ?（？） ?−1 + ℎ ?（？）
∫ ?(?) − ∫ ?(?) ?−1 = ℎ ?(?)

最後，我們來看看導數增益??： 

組合上述每個傳遞函數，我們得出： 

利用該方程，我們可以用數值方法計算控制器的頻域響應，並將其顯示為波特圖，如下所示。
PID 傳遞函數，Kp = 1.8，Ki = 1.0，Kd = 1E-4

請注意 PI 控制器增益如何僅接近比例增益和高頻，以及 PD 控制器增益如何僅接近低頻下的比例增益。

PID 調整
一般來說，使用者需要調整P、I和D的增益，以優化系統的效能。雖然對於任何特定係統的值應該是什麼，沒有一組靜態的規則，但遵循一般程序應該有助於調整電路以匹配系統和環境。一般來說，正確調整的 PID 電路通常會稍微超過 SP 值，然後迅速下降amp 達到 SP 值並在該點保持穩定。透過改變 P、I 和 D 增益的符號，PID 迴路可以鎖定為正斜率或負斜率。在 DSC1 中，符號被鎖定在一起，因此改變一個符號就會改變所有符號。

手動調整增益設定是設定 PID 控制最簡單的方法。然而，這個過程是主動完成的（PID 控制器連接到系統並且啟用 PID 循環），並且需要一定的經驗才能取得良好的結果。若要手動調整 PID 控制器，首先將積分和微分增益設為零。增加比例增益，直到觀察到輸出振盪。然後，您的比例增益應設定為該值的大約一半。設定比例增益後，增加積分增益，直到任何偏移在適合您的系統的時間尺度上修正。

如果過度增加此增益，您將觀察到 SP 值的明顯過衝和電路的不穩定性。一旦設定了積分增益，就可以增加微分增益。微分增益將減少過衝和amp 系統快速達到設定值。如果過度增加微分增益，則會看到較大的過衝（由於電路響應太慢）。透過調整增益設置，您可以優化 PID 電路的性能，從而形成一個能夠快速響應變化並有效控制的系統。amps 圍繞設定點值振盪。

控制類型	Kp	Ki	Kd
P	0.50 庫	–	–
PI	0.45 庫	1.2 千帕/普	–
PID	0.60 庫	2 千帕/普	鈽鈽/8

雖然手動調節可以非常有效地為您的特定係統設定 PID 電路，但它確實需要一定的經驗和對 PID 電路和反應的理解。 Ziegler-Nichols PID 調節方法為設定 PID 值提供了更結構化的指導。再次，您需要將積分和微分增益設為零。增加比例增益，直到電路開始振盪。我們將這個增益水平稱為 Ku。振蕩的周期為Pu。上圖給出了各種控制電路的增益。請注意，在 DSC1 中使用 Ziegler-Nichols 調諧方法時，應將從表中確定的積分項乘以 2⋅10-6，以歸一化為 samp率。類似地，導數係數應除以 2⋅10-6，以歸一化為 samp率。

Ramp英
使用者可能經常需要確定係統的大訊號工作點或有用的設定點。為了確定大訊號工作點（以下稱為直流偏移）或最佳伺服設定點，常用的技術是用線性增加的音量重複刺激系統tage 訊號。這種圖案通常被稱為鋸齒波，因為它與鋸齒相似。

峰值鎖定模式
峰值鎖定模式實現了一種抖動鎖定演算法，也稱為極值搜尋控制器。在這種操作模式下，控制值疊加在正弦波輸出上。測量輸入電壓tage 首先經過數位高通濾波 (HPF) 以消除任何直流偏移。然後透過將每個測量的音量相乘來解調交流耦合訊號tage 由傳出的正弦波調變值組成。此乘法運算會產生一個具有兩個主要成分的解調訊號：兩個頻率總和的正弦波以及兩個頻率差異的訊號。

第二個數位濾波器（這次是低通濾波器 (LPF)）衰減兩個頻率總和訊號，並傳輸低頻兩個頻率差異訊號。與調變相同頻率的訊號內容在解調後顯示為直流訊號。峰值鎖定演算法的最後一步是積分 LPF 訊號。積分器輸出與輸出調變結合，驅動輸出電壓tage.低頻解調訊號能量在積分器中的累積推動了失調控製卷tag輸出的 e 越來越高，直到 LPF 輸出的符號反轉並且積分器輸出開始減少。當控制值接近系統反應的峰值時，對伺服控制器輸入訊號的調變結果會越來越小，因為正弦波形的斜率在峰值處為零。這反過來意味著低通濾波、解調訊號的輸出值較低，因此在積分器中累積的值較少。

圖 12 峰值鎖定控制器的框圖。來自峰值響應工廠的輸入訊號被數位化，然後進行高通濾波。 HPF輸出訊號透過數位本地振盪器解調。解調器的輸出經過低通濾波然後積分。積分器輸出與調變訊號相加，然後輸出至峰值響應物件。當使用者希望控制的系統在最佳控制點附近沒有單調響應時，峰值鎖定是一種很好的控制演算法。前任amp這些類型的系統的一部分是具有諧振波長的光學介質，例如蒸汽室或射頻帶阻濾波器（陷波濾波器）。峰值鎖定控制方案的核心特徵是該演算法傾向於引導系統走向誤差訊號的零交叉，該零交叉與測量訊號的峰值相吻合，就好像誤差訊號是測量訊號的導數一樣。請注意，峰值可能是正的，也可能是負的。若要開始使用 DSC1 的峰值鎖定操作模式，您可以依照下列步驟操作。

1. 確保你鎖定的訊號的峰值（或谷值）在控制音量範圍內tag執行器的範圍，且峰值位置隨時間相對穩定。使用 RAMP 模式可視化控制訊號tag感興趣的範圍。
2. 注意控製卷tag峰（或谷）的位置。
3. 估計控制體積中峰（或谷）的寬度tage 位於峰高一半處。此寬度（以伏特為單位）通常稱為全寬半峰或 FWHM。為了獲得良好的結果，其寬度至少應為 0.1V。
4. 設定調變 amp亮度（A）為FWHM體積的1％至10％tage.
5. 設定偏移量tag盡可能接近您想要鎖定的峰值（或谷值）的位置。
6. 將調製頻率設定為所需頻率。在觸控​​螢幕上，這受到調製頻率參數 M 的影響。調製頻率為100Hz乘以M。 Thorlabs 建議機械致動器的頻率值約為 1 kHz。更高的頻率可用於電光致動器。
7. 設定峰值鎖定積分係數（K）為A的0.1倍。一般來說，正K會鎖定輸入訊號的峰值，而負K鎖定輸入訊號的谷值。然而，如果被鎖定的致動器或系統在抖動頻率下具有超過 90 度的相位延遲，則 K 的符號將反轉，並且正 K 將鎖定到谷值，而負 K 將鎖定到峰值。
8. 按運行並驗證控製卷tag輸出相對於原始偏移量（O）值發生變化，並且不會失控到極端。或者，使用示波器監測製程變量，以驗證 DSC1 是否鎖定到所需的峰值或谷值。

圖 13 前amp來自 r 的數據amp輸出失調電壓tage 採用連續正弦波，施加於峰值響應設備。請注意，誤差訊號零交叉與工廠響應訊號的峰值對齊。

維護和清潔
定期清潔和維護 DSC1 以獲得最佳性能。 DSC1 不需要定期維護。如果裝置上的觸控螢幕變髒，Thorlabs 建議用浸有稀釋異丙醇的柔軟無絨布輕輕擦拭觸控螢幕。

故障排除和修復

如果出現問題，請參閱故障排除部分，以取得解決常見問題的指導。下表描述了 DSC1 的典型問題以及 Thorlabs 推薦的補救措施。

問題	解釋	補救
插入 USB Type-C 電源時裝置無法開機。	該設備需要 750 V 電源提供高達 5 mA 的電流，功率為 3.75 W。	使用 Thorlabs DS5 或 CPS1 電源。或者，使用 USB Type-C 電源，例如通常用於為手機或筆記型電腦充電的電源，其額定輸出電流至少為 750 mA，電壓為 5 V。
當資料連接埠插入 PC 時，裝置無法開啟。	DSC1 僅從 USB Type-C 電源連接器取得電力。 USB Type Mini-B 連接器僅用於資料。	將 USB Type-C 連接埠連接到額定輸出至少為 750 V 5 mA 的電源，例如 Thorlabs DS5 或 CPS1。

處理
報廢 DSC1 時請遵循正確的處置指南。
Thorlabs 驗證我們是否遵守歐洲共同體 WEEE（廢棄電氣和電子設備）指令以及相應的國家法律。因此，歐盟的所有最終用戶都可以將 13 年 2005 月 XNUMX 日之後出售的「報廢」附件 I 類電氣和電子設備退還給 Thorlabs，而無需支付處置費用。符合資格的單位標有劃掉的「帶輪垃圾箱」標誌（見右圖），已出售給歐共體內的公司或機構且目前由該公司或機構擁有，且未被拆解或污染。請聯絡 Thorlabs 以了解更多資訊。廢棄物處理是您自己的責任。 「報廢」設備必須退回 Thorlabs 或交給專門從事廢棄物回收的公司。請勿將設備丟棄在垃圾箱或公共垃圾處理場。用戶有責任在處置之前刪除設備上儲存的所有私人資料。

常問問題：

Q：DSC1 無法開機怎麼辦？
A: 檢查電源連接並確保其符合規定要求。如果問題仍然存在，請聯絡客戶支援尋求協助。

安全

注意
本儀器應遠離可能有液體溢出或冷凝濕氣的環境。 它不防水。 為避免損壞儀器，請勿將其暴露在噴霧、液體或溶劑中。

安裝

保固資訊
此精密設備只有在退回並妥善包裝到完整的原始包裝中（包括完整的裝運以及用於固定所附設備的紙板插件）後才能使用。 如有必要，要求更換包裝。 請有資格的人員進行維修。

包含的組件

DSC1 緊湊型數位伺服控制器配備以下組件：

• DSC1 數位伺服控制器
• 快速入門卡
• USB-AB-72 USB 2.0 A 型轉 Mini-B 型線，72 吋（1.83 公尺）長
• USB Type-A 轉 USB Type-C 電源線，1 公尺 (39″) 長
• PAA248 SMB 至 BNC 同軸電纜，48 英吋（1.22 公尺）長（數量 2）

安裝和設定

基礎知識 
使用者可以使用 USB 介面或透過整合觸控螢幕透過電腦配置此裝置。無論哪種情況，都必須透過 5V USB-C 連接提供電源。使用桌面 GUI 時，伺服控制器必須透過 USB 2.0 連接線（附帶）從裝置的資料連接埠連接到安裝了數位伺服控制器軟體的 PC。

接地環路和 DSC1
DSC1 包含內部電路，以限制發生接地迴路的可能性。 Thorlabs 建議使用變壓器隔離的 DS5 穩壓電源或 CPS1 外部電池組。無論使用 DS5 或 CPS1 電源，DSC1 內的訊號地相對於牆上插座的地面浮動。與此訊號地共用的裝置連接只有 USB-C 電源連接器的訊號接地接腳和輸出 SMB 同軸電纜上的外部返迴路徑。 USB 資料連接是隔離的。輸入訊號在訊號返迴路徑和儀器內的訊號接地之間有一個接地迴路斷路電阻，通常可以防止接地迴路幹擾。重要的是，沒有兩條直接路徑到設備訊號地，最大限度地減少了接地迴路的發生。

為了進一步降低地環路幹擾的風險，Thorlabs 建議採取以下最佳做法： 

• 連接設備的所有電源和訊號線應盡量短。
• 將電池 (CPS1) 或變壓器隔離 (DS5) 電源與 DSC1 一起使用。這確保了設備訊號地的浮動。
• 請勿將其他儀器的訊號返迴路徑相互連接。
  • 一個普通的前任ample 是典型的桌上型示波器；通常情況下，BNC 輸入連接的外殼直接連接到地面。在實驗中，多個接地夾連接到相同接地節點可能會造成接地迴路。

雖然 DSC1 本身不太可能引起接地環路，但使用者實驗室中的其他儀器可能沒有接地環路隔離，因此可能成為接地環路的來源。

為 DSC1 供電
DSC1 數位伺服控制器需要透過 USB-C 提供 5 V 電源，峰值電流高達 0.75 A，典型運作電流為 0.55 A。 Thorlabs 提供兩種相容電源：CPS1 和 DS5。在噪音敏感度限制較少或需要運行時間超過 8 小時的應用中，建議使用 DS5 穩壓電源。當需要最佳噪音性能時，建議使用 CPS1 電池電源。在 CPS1 充滿電且狀態良好的情況下，DSC1 無需充電即可運行 8 小時或更長時間。

Thorlabs 全球聯繫人

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文件/資源

THORLABS DSC1 緊湊型數位伺服控制器 [pdf] 使用者指南 DSC1，DSC1緊湊型數位伺服控制器，DSC1，緊湊型數位伺服控制器，數位伺服控制器，伺服控制器，控制器

參考

• 使用者手冊