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2012年9月8日(土) 20:00

出力変更幅の上限

 レーザー出力制御には励起LDの出力をモニターするPD(フォトダイオード)系と、励起LDの駆動電流をモニターする電流系の2系統ある。
 このうちPD系がメインで、電流系はリミッターとしてのみ使用する。ただし当分はPD系のダミーハードがないため、論理的には2系統でもハードは電流系しかない。それでも論理すなわちPICプログラムの製作は進めたい。

 電流値を取得して、それをPD取得値にも複写。そのうえで、PD系によるレーザー出力制御はできるようになった。
 ここに、電流系のリミッターを追加するのが次段階。電流値がリミット値を上回ったら、出力を上げない・・・そんな単純なコードで済むなら苦労はない。出力がオーバーシュートしないよう、適切にクローズドループ制御せねばならない。下手にロジックを組み込むと、PD系の制御と干渉する。ゴキブリレーザーの最終段階で結構悩まされた。

 レーザー加工機のように数十キロヘルツの変調に対応する高速制御は厄介だが、レーザー銃における変調はコンマ数秒のオーダーで足りる。その前提で、これまでうまく働いている制御ノウハウがある。
 まず、制御ループ1回あたりの出力変更幅に、上限を設ける。励起LDドライバーの出力電圧は12ビット 0〜4095までの可変であり、過去の入力値を参考に次の出力を決める。今とどれだけ異なる値を次に出力するか?という点で、変更幅の上限は1〜32にしてある。

 電源ON直後の初期値は32である。ここでは出力目標が遙かに上だから、制御ループを1回回るごとに上限の32ずつ出力D/Aコンバーター値が大きくなる。
 制御ループに1ミリ秒掛かる場合でも、128ミリ秒で最大出力になる。実際はその前に制御が掛かって上昇にブレーキが掛かるが、大抵は0.3秒も経過しないうちにレーザー出力はほぼ安定するだろう。そんな時間感覚である。
 それはともかく、出力オーバーシュートを防ぐため、PD値と出力目標値の差を取りその8分の1を「出力変更幅の上限」とする。これが非常に効果的。
 PD値が出力目標値まで256以上離れていれば、最大の32まで上昇可能。差が255以下になれば、それに応じて最大変動幅を小さくする。1回でも目標値を上回れば、最低の1にする。そしてこの「出力変更幅の上限」は、常に小さくなるだけで大きくはならない。

 トリガーOFFで、「出力変更幅の上限」は32に戻る。

 こうすると、出力目標に接近すると変更幅が減少し、制御の収束し易さと収束の高速さを両立させられる。
 この部分は、電流値の制御を追加するのに悩まない。初期値32が一方的に減少するだけなので、電流値と電流の目的値(リミット値)で同様の計算を行い、小さい方の値を放り込むだけだ。

written by higashino [ファイバーレーザー] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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