デジタル制御装置 - Queensgate の器械からの Nanopositioning システムのための NPS3000 シリーズデジタル制御装置

AZoNano - ナノテクノロジー - Queensgate の器械のロゴ

カバーされるトピック

導入

機能

オプション

背景

Queensgate NanoControl のパネル

スナップショットモード

ダイナミックリンクライブラリ (DLLs)

ソフトウェアの指令言語

LabVIEW® ドライバー

インターフェイス

RS232 シリアル・インターフェイス

パラレルインターフェイス

DSP ポート

アナログインターフェース

カスタムインターフェイス

低雑音 (- LN)

低いドリフト (- LD)

PID のループ

電子データシート

直線性の補償

回転エラー補償

NPS3000 シリーズデジタル制御装置のための指定

導入

新しい NPS3000 シリーズ閉じたループのデジタル制御装置は SDL Queensgate からの NanoPositioning システムの次世代です。 Queensgate のナノメーターの精密 NanoMechanisms を制御するようにとりわけ設計されていてこの全く新しい製品範囲はパフォーマンス、費用および多様性の巨大な科学技術の跳躍を表します。 最新式のデジタル信号処理の技術を使用して NPS3000 シリーズは piezo 駆動機構のアンプ、キャパシタンス位置感知の回路部品およびサーボ制御の機能を結合します。 PID (比例した必要な差動) のフィードバックタームの使用は演算時間を非常に短縮し、機械共鳴の効果を最小化します。 SDL Queensgate によって開発される先回り制御の技術は 21 ビット解像度 (100μm の 0.05nm)、 30 倍以上よくより以前利用可能可能にします。 仮想前面パネルのソフトウェアは PID のループセットアップを含むすべてのオペレーティングパラメータのユーザー制御を、促進します。

機能

NPS3000 デジタル制御装置の機能は下記のものを含んでいます:

·         ユニバーサル入力パワーの供給が付いている立場のシステムだけ

·         洗練された再構成可能な制御パラメータを提供する最新式のディジタル信号プロセッサの技術。

·         1 つ、 2 つそして 3 つのチャネルシステム

·         21 ビット有効な解像度;

·         7 つのディジット浮動小数点コマンド (100 μm の 0.05 nm と 2,000,000 のよくより 1 部、同等)。

·         0.02% の直線性のエラーよりよくして下さい

·         スナップショットモードは騒音、周波数応答および図式でパソコンに表示され、 PID のループパラメータの調節によって最適化される演算時間を認めます

·         仮想前面パネルのソフトウェアはユーザーにシステム・パラメータの完全な制御を与えます

·         広範囲の指令言語 DLL システムの簡単な統合をアプリケーション特有の環境に許可します

·         RS232 インターフェイスで構築されて毎秒 100 つまでのコマンドでシリアル (COM) ポートによってあらゆるパソコンからの制御を許可します

·         高速通信連絡のために標準として使用できる DSP のシリアルポート

·         コントローラおよび NanoMechanism 両方の EEPROM で保存される電子データシートは工場デフォルト設定の段階そしてコントローラの容易な互換性を可能にします

·         異なったユーザーセットアップのための機能を保存し、再呼び出しして下さい

オプション

·         低雑音のドリフトオプション

·         低いドリフトオプション

·         すべての 3 つのコントローラチャネルにアナログコマンド入力を提供するアナログインターフェースのカード (- ANA-A)

·         PC ベースのデジタル入力/出力カードへの高速通信連絡のための平行デジタル入力/出力カード (- パラグラフ、 - PAR-B または - PAR-C)

·         マスター・スレーブインターフェイスケーブル 1 つのパソコンインターフェイスから制御されるように 2 つの NPS3000 シリーズコントローラがします (RS232 か平行)。

背景

新しい NPS3000 シリーズデジタル制御装置は入出力アンプから離れて完全にデジタル作動中、です。 これは操作のより低いコスト、高性能および高められた柔軟性で起因します。 ノブまたはスイッチがありません - すべてはソフトウェアでセットされ、パソコンで供給される仮想前面パネルのソフトウェアを使用して調節することができます。 セットされる簡単のためにシステムの構成を変更するために速度が重要ではない、または活動化しますかところで、そしてシリアル COM は使用することができます移植します。 より速い操作がそれから必要となるところで速いパラレルインターフェイス (NPS-PAR) は指定されるべきです。 デジタル・インターフェイスは騒音、ドリフトまたは非直線性をもたらさないので可能な限り使用されるべきです。 そのような場合これが可能そしてではないところでアナログインターフェース (NPS-ANA) は使用されるべきです。 これはデジタルコマンドにアナログ入力のシグナルを変換する 3 チャネル A/D のコンバーターボードです。

NPS3000 シリーズはの Queensgate の NanoMechanisms の範囲、または piezos および NanoSensors® の組合せを制御します。

Queensgate NanoControl のパネル

Queensgate NanoControl のパネルは NPS3000 コマンドセットへの容易なアクセスを提供します。 コントローラの前面パネルの映像、完全な段階の位置および状態 LEDs の生きている表示、現在セットアップの直観的な平均およびモニタリングとコントローラ。 PID パラメータへのアクセスはスライダ棒によってあります; スライダを単に移動すれば対応する PID パラメータは直ちにアップデートされます。 他のパラメータは機能に従って論理的にグループ化されます。 コマンドパラメータを変更することは簡易性自体です: ちょうど新しい値を入力し、マウスをクリックして下さい。

Queensgate NanoControl のパネルはまたコマンドパラメータの完全セットがディスクに保存されるようにします。 これはコントローラにあっという間に検索され、ダウンロードすることができます。 限界はディスクに保存することができるパラメータセットの番号へありません。 画像は下の NanoControl のパネルのソフトウェアの screenshot です。

スナップショットモード

スナップショット動作モードは限られた一定期間の完全なシステムサイクルのレート (1 つのサンプルあらゆる 40ìs) にコントローラが、記録される NanoMechanism の応答および騒音データを可能にします。 このデータは表示および分析のための上位計算機にそれからロードすることができます。 スナップショットモードは 3 つのチャネルのどれでもで刺激を生成するためにセットアップすることができます。 これは従って刺激が応用であるかどれに応答が特徴付けられるように、チャンネル間の効果がする同じチャネルのために必ずしもと測定される必要がないことを意味し。

PID のスライダの横の NanoControl のパネル・ディスプレイのスナップショット画像は設定を調節し、リアルタイムの動的パフォーマンスの変更をほとんど見ることを容易にすを禁止します。 _画面上カーソルあ提供許測定あ作直接からスナップショットグラフ。 スナップショットデータはまた展開表のような他のパッケージとの使用のためのディスクにエクスポートすることができます。

ダイナミックリンクライブラリ (DLLs)

NPS3000 コマンド DLL は Windows のプログラミング環境と NPS3000 コントローラ間のリンクを提供します。 それは全体のコマンドセットをサポートしま、一連の使いやすい関数呼出しによってコントローラを制御し、監視することを許可します。 DLL は RS232 シリアル・インターフェイスおよび NPS-PAR のパラレルインターフェイスを両方サポートします。 あなたがする必要があるのは適切な機能を呼出すことだけです; DLL は通信連絡処理します。

ソフトウェアの指令言語

コントローラの指令言語はコマンドが送信される方法であるマイナーな相違があるが使用される通信用インタフェースの主として独立しています。 上位計算機とコントローラ間のすべての伝達は (またその逆にも) 長さが 64 ビット解読します、速い通信連絡で、および応答時間を提供します。 これらは 16 ビットコマンドワード (か応答ワード)、 32ビットデータワードおよび 16 ビットのターミネータから成り立ちます。 データワードはかかわっているパラメータによって浮動小数点または整数のフォーマットデータを、含むことができます。 コマンドおよび測定された位置は浮動小数点か整数のフォーマットで送信することができます。 浮動小数点転送のために、 IEEE の単一精密または TMS320C3X の単一精密フォーマットの選択は提供されます。

コマンドセットは次の基を含んでいます:

·         制御ループのモード (開いて下さい/閉じたループ; フリーズ機能。

·         コマンドおよび測定の位置

·         PID の制御パラメータ

·         線形化係数

·         口径測定パラメータ

·         スナップショット設定

·         概要のコントローラの設定

LabVIEW® ドライバー

NPS3000 シリーズコントローラのためのソフトウェアサポートは一組の LabView のための仮想器械 (vi) ドライバーを含んでいます。 これは LabView の 「G」の写実的なプログラミング環境で完全に働く試験的応用を開発できる従ってコード行を書く必要がありませんことを意味します。 Windows 3.1 /95/NT、日曜日、マッキントッシュおよび HP-UX を含むプラットホームのより広い選択が、あることをまた意味します。

インターフェイス

NPS3000 コントローラは次のインターフェイスをサポートします:

·         RS232 シリアル・インターフェイス

·         パラレルインターフェイス

·         DSP ポート

·         アナログインターフェース

·         カスタムインターフェイス

RS232 シリアル・インターフェイス

·         パソコンの標準シリアル (COM) ポートと使用することができます

·         サポート 1200、 2400、 4800、 9600、 19200 のそして 38400 ボー (38400 ボーはあるパソコンでサポートされないかもしれません)。

パラレルインターフェイス

·         NPS-PAR インターフェイスがコントローラに合われるように要求します。 NPS-PAR は各国用の器械 PC-DIO-24 デジタル入力/出力ボード (デスクトップパソコン) または DAQCard-DIO-24 デジタル入力/出力によってパソコンにカード (ノートのパソコン) インターフェイスし、毎秒 4000 までのコマンドのコマンドレートを可能にします。

DSPPort

·         マスターおよびスレーブのコントローラの間の通信のために使用される高速インターフェイス

·         またスタンドアロンコントローラのために制御インタフェースとして使用することができます

·         使用のテキサス・インスツルメント TMS320C32 DSP のシリアルポート

·         毎秒 4000 までのコマンドのコマンドレートを許可します。

アナログインターフェース

·         NPS-ANA インターフェイスがコントローラに合われるように要求します

·         3 つのコントローラチャネルのそれぞれにアナログコマンド入力を提供します

·         アナログコマンド入力はデジタルコマンド入力と総計することができます。

カスタムインターフェイス

·         毎秒 4000 までのコマンドのコマンドレートを許可して下さい

·         Queensgate によって条件を満たすためにカスタム設計することができます。

低雑音 (- LN)

·         騒音レベルは標準より 3 回下がります

·         長いケーブルと使用できないより 2m の

·         1Hz 帯域幅の 21 ビット解像度への等量

低いドリフト (- LD)

·         センサーのギャップの 70 ppm/K の水平に漂わせて下さい

·         3 回は標準よりドリフトを下げます

PID のループ

コントローラはいろいろな段階の適用範囲が広い制御を提供するのに PID のアルゴリズム (比例した、必要および差動フィードバックタームを) の使用します。 これは他では可能でであって下さいより達成される急速な演算時間を最小化のオーバーシュートか段階が鳴らすことおよび機械共鳴に近い方のサーボ制御されるようにこうしてすること可能にします。

電子データシート

電子データシートは (EDS)コントローラおよび NanoMechanisms 両方の EEPROM で保存され、保存されるべき口径測定データおよびダイナミックなセットアップを許可します。 NanoMechanism EDS は工場プログラムされ、次の情報を含んでいます:

·         部品番号、シリアル番号、製造の日付および口径測定の日付を含む段階 ID、

·         センサーおよびアクチュエーター距離係数の線形化係数を含む口径測定データ。

·         PID パラメータ、準備ができた限界および頭文字コマンド位置を含むダイナミックなセットアップデータ。 NanoMechanism EDS に遅く、中型速い応答時間 (同等に大きく、中型および小さいロード) のために前処理プログラムを作成される 3 つのダイナミックなセットアップがあります。

·         NanoMechanism EDS はコントローラにスイッチのの読込まれ、チャネルとコントローラ間の段階の互換性を許可します。

·         コントローラ EDS は 3 つのチャネルのそれぞれに上で記述されている同じ情報のための記憶を提供します。 従って必要な EDS EEPROMS がないメカニズムを使用してもコンフィギュレーションデータを保存することは可能です。 さらに、コントローラ EDS は 5 つのユーザが定義するダイナミックなセットアップを提供します。 またどのダイナミックなセットアップ (3 工場 + 5 ユーザー) でスイッチでセットアップされるデフォルトでありたいか指定できます。 コントローラ EDS はハードウェアおよびソフトウェアの識別情報およびデフォルトのスナップショット設定含んでいます。

直線性の補償

適切に運転されるキャパシタンスセンサーは本来線形です。 ただしエッジ効果および製造業のエラーは 0.2% のレベルで直線性を非もたらすことができます。 第 4 等級の多項式線形化機能は位置情報に前に僅かなレベルにこれを、 0.02% 普通以下実際に減らす使用適用されます。

回転エラー補償

NPS3000 コントローラに軸線を離れて働くことによってもたらされる Abbé のエラーを訂正する機能があります (NanoMechanism の動きの定義された軸線から)。 回転エラーは各段階と目盛りが付き、供給されます。 Abbé のエラーを償うためには、ユーザーはメートルで軸線の間隔および関連した軸線のための回転エラー (メートルごとのラジアン) の大きさを入力します。 これらの機能は供給されたソフトウェアからアクセスされるか、または LabVIEW Windows DLL かドライバーから呼出すことができます。

パラメータ

記号

単位

ノート

最小値

典型的

最大値

サイズ

288 x 307 x 70

mm

線間電圧

90

-

260

V

ライン頻度

45

-

65

Hz

コントローラのケーブル長への段階

-

2

10

m

ノート 1。

制御インタフェース

RS232

ノート 2。

コマンド形式

単精度の浮動小数点 (7 つのディジット)

ノート 3。

測定のフォーマット

単精度の浮動小数点 (7 つのディジット)

ノート 3。

距離係数

Ax1、 bx1

1

μm

ノート 4。

NanoSensor の帯域幅

5

KHz

ノート 5。

本質的な騒音

センサー

kxm·ndens

100 x 10-9

Hz

ノート 6。

HV のアンプの出力振動

-20

-

100

V

HV のアンプの帯域幅

10

KHz

ノート 7。

本質的な HV の騒音 (rms)

0.3

MV

HV のアンプの流れの限界

50

MA

ノート 8。

ウォームアップタイム

25

ウォーミングアップのドリフト

50

Nm

熱ドリフト - LD オプション

200 x 10-6 70 x 10-6

K-1

ノート 9。

動作温度

0

-

40

C

ノート 10。

存続の温度

-20

-

70

C

ノート 10。

独立した閉じたループチャネルの番号

1

3

6

ノート 11。

1) 低雑音オプションのための 2 つの m の最大値 (- LN)。

2) 標準として含まれていて。 他のインターフェイスは使用できます。

3) デジタル解像度はシステム騒音よりほとんどの場合よいです。 整数のフォーマットはまた使用できます。 フォーマットは制御可能なユーザー工場デフォルトです IEEE の標準形式です。

4) 工場デフォルト、 settable ユーザー。

5) ` の読まれた位置」コマンドは 5 つの kHz の帯域幅の位置情報を戻します。 ` のスナップショット」モードは 12.5 kHz の帯域幅の位置情報を戻します。

6) これは低雑音オプションのための騒音です (- LN)。 標準騒音は 3 倍より高くです。 この番号を帯域幅のセンサーのギャップそして二乗根の正方形によって増加し、そして 10 pF キャパシタンスのためのセンサーのギャップでメートルで rms の騒音で着くために分けて下さい; すなわち、騒音 = kxm·ndens X の G がコンデンサーのギャップおよび d10pF の G2 ¸ d10pF は 10pF キャパシタンスのためのコンデンサーのギャップです。

7) 4 つのμF ロードのための帯域幅。 より高いロードの帯域幅は 6.1 kHz (6 つのμF ロード)、 3.7 kHz (10μF ロード) です。 典型的な段階キャパシタンスは 4μF です。

8) 100 mA の現在の限界は 1 つ以下の微細な短絡の保護と使用できます。

9) の 100 μm のセンサーのギャップの例えばポジシァヨナー - LD オプションに 7 nmK1 の熱ドリフトがあります。 これがコントローラだけからの貢献であることに注目して下さい; それは NanoMechanism の熱拡張を含んでいません。

10) 非凝縮します。

11)   6 つのチャネルを得るためには 2 つのコントローラはリンクされます。 チャネルは開いたか閉じたループ (settable ユーザー) である場合もあります。

ソース: Queensgate の器械。

このソースのより多くの情報のために Queensgate の器械を訪問して下さい。

Date Added: Jul 12, 2005 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 04:08

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