Controladores de Digitas - Controladores de Digitas da Série NPS3000 para Sistemas de Nanopositioning dos Instrumentos de Queensgate

AZoNano - Nanotecnologia - Logotipo dos instrumentos de Queensgate

Assuntos Cobertos

Introdução

Características

Opções

Fundo

O Painel de Queensgate NanoControl

Modo do Instantâneo

Bibliotecas da Dinâmico-Relação (DLLs)

Língua de Comando do Software

Motoristas de LabVIEW®

Relações

Relação RS232 De Série

Relação Paralela

Porta de DSP

Relação Análoga

Relações Feitas Sob Encomenda

De Baixo Nível De Ruído (- LN)

Baixa Tracção (- LD)

Laço do PID

Folha de Dados Eletrônicos

Compensação das Linearidades

Compensação Rotatória do Erro

Especificação Para o Controlador de Digitas da Série NPS3000

Introdução

Os controladores digitais novos de laço fechado da série NPS3000 são a Próxima Geração de sistemas de NanoPositioning de SDL Queensgate. Projetado especificamente controlar a precisão NanoMechanisms do nanômetro de Queensgate, esta gama de produtos completamente nova representa um pulo tecnologico enorme no desempenho, no custo e na versatilidade. Usando a tecnologia digital avançada do tratamento dos sinais os amplificadores da movimentação da liga de NPS3000-series, os circuitos da detecção de posição da capacidade e a capacidade piezo do servocontrol. O Uso de termos do feedback do PID (diferencial integral proporcional) melhora extremamente tempos de acordo e minimiza o efeito da ressonância mecânica. As técnicas de controle Avançado desenvolvidas por SDL Queensgate permitem uma definição de 21 bits (0.05nm em 100μm), mais de 30 vezes melhor do que previamente disponível. O software virtual do painel frontal facilita o controle do usuário de todos os parâmetros de funcionamento, incluindo o laço do PID estabelecido.

Características

As Características do controlador NPS3000 digital incluem:

·         Esteja o sistema sozinho com fontes de alimentação universais da entrada

·         Tecnologia Avançada do processador de sinal digital, fornecendo parâmetros de controle reconfiguráveis sofisticados.

·         1, 2 e 3 sistemas do canal

·         definição eficaz de 21 bits;

·         7 comandos flutuantes do dígito (melhor do que de uma parte em 2 milhões, equivalente a 0,05 nanômetros no μm 100).

·         Melhore do que 0,02% erros das linearidades

·         O modo do Instantâneo reserva o ruído, a resposta de freqüência e os tempos de acordo ser indicado gràfica em seu PC e ser aperfeiçoado ajustando parâmetros do laço do PID

·         O software Virtual do painel frontal permite o pleno controlo do usuário de parâmetros de sistema

·         DLL Detalhado da língua de comando permitindo a integração simples do sistema em ambientes característicos da aplicação

·         Construído na relação RS232 permite o controle de todo o PC através da porta (COM) de série em até 100 por segundo dos comandos

·         Porta de série de DSP disponível como o padrão para comunicações de alta velocidade

·         As Folhas de Dados Eletrônicos armazenadas em EEPROM no controlador e no NanoMechanism permitem a permutabilidade fácil das fases e dos controladores com configuração de opção da fábrica

·         Armazene e Recorde a facilidade para instalações diferentes do usuário

Opções

·         Opção De baixo nível de ruído da tracção

·         Baixa opção da tracção

·         Cartão de Relação Análoga (- ANA-A) que fornece uma entrada de comando análoga para todos os 3 canais do controlador

·         Cartão de I/O Paralelo de Digitas (- PARIDADE-Um, - PAR-B ou - PAR-C) para comunicações de alta velocidade a um cartão de I/O Baseado no PC de Digitas

·         Cabo Mestre/do Escravo relação permitindo que dois controladores de NPS3000-series sejam controlados de uma relação do PC (RS232 ou Paralela).

Fundo

Os controladores digitais novos de NPS3000-series são completamente digitais na operação, independentemente dos amplificadores da entrada e da saída. Isto conduz a uns mais baixos custos, a um desempenho mais alto e à flexibilidade aumentada da operação. Não há nenhum botão ou interruptor - tudo é ajustado no software, e podido ser ajustado através de um PC usando o software virtual do painel frontal fornecido. Para simples ajustado levanta, onde a velocidade não é importante, ou mudando a configuração do sistema, a seguir COM de série move pode ser usada. Onde uma operação mais rápida é exigida então a relação paralela rápida (NPS-PAR) deve ser especificada. As relações de Digitas devem ser usadas na medida do possível, desde que não introduzem o ruído, a tracção ou a não-linearidade. Nos casos onde isto não é possível então a relação análoga (NPS-ANA) deve ser usada. Esta é uma placa de conversor do A/D do três-canal que converta seu sinal de entrada análoga em um comando digital.

A série NPS3000 controlará alguma da escala de Queensgate de NanoMechanisms, ou combinações de piezos e de NanoSensors®.

O Painel de Queensgate NanoControl

O Painel de Queensgate NanoControl fornece o acesso fácil ao grupo do comando NPS3000. Uma imagem do painel frontal do controlador, completas com o indicador vivo do Diodo emissor de luz das posições e do estado da fase, os presentes meios intuitivos da fundação e a monitoração o controlador. O Acesso aos parâmetros do PID é através das barras do slider; mova simplesmente um slider e o parâmetro correspondente do PID será imediatamente actualizado. Outros parâmetros são agrupados logicamente de acordo com a função. Mudar um parâmetro de comando é a simplicidade própria: apenas incorpore o valor novo e clique o rato.

O Painel de Queensgate NanoControl igualmente permite que o grupo completo de parâmetros de comando sido salvar ao disco. Isto pode ser recuperado e transferido ao controlador numa questão de segundos. Não há nenhum limite ao número de grupos do parâmetro que podem ser armazenados ao disco. A imagem abaixo é um tiro de tela do software do Painel de NanoControl.

Modo do Instantâneo

O modo do instantâneo de operação permite as respostas de NanoMechanism e os dados do ruído a ser gravados pelo controlador na taxa completa do ciclo do sistema (uma amostra cada 40ìs), por um período de tempo limitado. Estes dados podem então ser carregados ao computador de anfitrião para o indicador e a análise. O modo do instantâneo pode estabelecer-se para gerar um estímulo em qualquer dos 3 canais. Isto significa que a resposta não tem que necessariamente ser medida para o mesmo canal que que a qual o estímulo é aplicado, e permite conseqüentemente que os efeitos do inter-canal sejam caracterizados.

As imagens do instantâneo dos Ecrãs de NanoControl ao lado do slider do PID barram a factura dele fácil ajustar os ajustes e considerar quase a mudança no desempenho dinâmico no tempo real. Os cursores No ecrã são fornecidos para permitir que as medidas sejam feitas directamente do gráfico do instantâneo. Os dados do Instantâneo podem igualmente ser exportados para o disco para o uso com outros pacotes tais como uma planilha.

Bibliotecas da Dinâmico-Relação (DLLs)

O DLL do comando NPS3000 fornece a relação entre seu ambiente de programação de Windows e o controlador NPS3000. Apoia o grupo inteiro do comando, permitindo que você controle e monitore o controlador com uma série de ligações de controle fáceis de usar. O DLL apoia a relação RS232 de série e a relação paralela de NPS-PAR. Tudo que você precisa de fazer é chamar as funções apropriadas; o DLL toma das comunicações.

Língua de Comando do Software

A língua de comando do controlador é pela maior parte independente da relação de comunicações usada, embora haja algumas diferenças menores na maneira que os comandos são transmitidos. Todas As transmissões entre o computador de anfitrião e o controlador (e vice-versa) são 64 bits de comprimento, fornecendo comunicações rápidas, descodificam e tempo de resposta. Estes compreendem uma palavra de 16 bits do comando (ou a palavra da resposta), uma palavra de dados de 32 bits e um terminal de 16 bits. A palavra de dados pode conter dados flutuantes ou do inteiro do formato, segundo o parâmetro referido. O Comando e as posições medidas podem ser transmitidos no formato flutuante ou do inteiro. Para transferências flutuantes, uma escolha de formatos da único-precisão de IEEE ou da único-precisão de TMS320C3X é fornecida.

O grupo do comando inclui os seguintes grupos funcionais:

·         Modo do laço de Controle (abra/laço fechado; facilidade do gelo.

·         Posições do Comando e da medida

·         Parâmetros de controle do PID

·         Coeficientes da Linearização

·         Parâmetros de Calibração

·         Ajustes do Instantâneo

·         Ajustes Gerais do controlador

Motoristas de LabVIEW®

O software support para os controladores da série NPS3000 inclui um grupo de motoristas Virtuais dos Instrumentos (vi) para LabView. Isto significa que você pode desenvolver sua aplicação de teste que trabalha inteiramente no ambiente de programação gráfica do “G” de LabView, assim que você não tem que escrever uma linha de código. Igualmente significa que você tem uma escolha mais larga da plataforma, incluindo Windows 3.1 /95/NT, Sun, Macintosh e HP UX.

Relações

Os controladores NPS3000 apoiam as seguintes relações:

·         Relação RS232 de série

·         Relação Paralela

·         Porta de DSP

·         Relação Análoga

·         Relações Feitas Sob Encomenda

Relação RS232 De Série

·         Pode ser usado com a porta (COM) de série padrão em um PC

·         Apoios 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 e 38400 baud (38400 baud não podem ser apoiadas em alguns PCes).

Relação Paralela

·         Exige a relação de NPS-PAR ser cabido no controlador. O NPS-PAR conecta a um PC através Cartão de I/O Nacional da Placa (PCes de desktop) ou do DAQCard-DIO-24 Digitas do I/O dos Instrumentos PC-DIO-24 Digitas (PCes do caderno) e permite taxas do comando de até 4000 por segundo dos comandos.

DSPPort

·         Relação De Alta Velocidade usada comunicando-se entre controladores do Mestre e do Escravo

·         Pode igualmente ser usado como a relação de controle para um controlador autônomo

·         Porta de série de Texas Instruments TMS320C32 DSP dos Usos

·         Permite taxas do comando de até 4000 por segundo dos comandos.

Relação Análoga

·         Exige a relação de NPS-ANA ser cabido no controlador

·         Fornece a entrada de comando análoga para cada um dos 3 canais do controlador

·         As entradas de comando Análogas podem ser somadas com entradas de comando digitais.

Relações Feitas Sob Encomenda

·         Permita taxas do comando de até 4000 por segundo dos comandos

·         Pode ser projectado por Queensgate para cumprir suas exigências.

De Baixo Nível De Ruído (- LN)

·         O nível de Ruído 3 vezes abaixa do que o padrão

·         Nao disponível com os cabos mais longos de 2m

·         Equivalente a uma definição de 21 bits na largura de faixa 1Hz

Baixa Tracção (- LD)

·         Derive ao nível de 70 ppm/K na diferença do sensor

·         3 vezes abaixam a tracção do que o padrão

Laço do PID

Os controladores usam uns termos Diferencial do feedback do algoritmo do PID (Proporcional, Integral e) para fornecer o controle flexível de uma variedade de fases. Isto permite o tempo de estabelecimento rápido ser conseguido, overshoot de minimização ou soada e assim permitir que da fase seja controlado servo mais perto da ressonância mecânica do que seja de outra maneira possível.

Folha de Dados Eletrônicos

As Folhas de Dados Eletrônicos (EDS) são armazenadas em EEPROM no controlador e no NanoMechanisms, permitindo os dados da calibração e as instalações dinâmicas a ser salvar. O NanoMechanism EDS fábrica-é e incluído a seguinte informação:

·         Encene a IDENTIFICAÇÃO, incluindo a Número da peça, o Número de série, a Tâmara da Fabricação e a Tâmara da Calibração

·         Dados da Calibração, incluindo coeficientes da Linearização dos factores de escala do sensor e do actuador.

·         Os dados Dinâmicos da instalação que incluem parâmetros do PID, o limite pronto e a inicial comandam a posição. O NanoMechanism EDS tem três instalações dinâmicas, que pre-são programadas para cargas pequeno lentas, médias e rápidas do tempo de resposta (equivalente grande, médio e).

·         O NanoMechanism EDS é lido no controlador em interruptor-em, permitindo a permutabilidade das fases entre os canais e os controladores.

·         O controlador EDS fornece o armazenamento para a mesma informação descrita acima, para cada um dos três canais. Assim é possível armazenar dados de configuração mesmo se você está usando os mecanismos que não têm EDS integral EEPROMS. Além, o controlador EDS prevê cinco instalações dinâmicas definidas pelo utilizador. Você pode igualmente especificar que instalação dinâmica (fábrica 3 + usuário 5) você deseja ser a opção setup interruptor-em. O controlador EDS inclui o hardware e a informação da identificação do software e os ajustes do instantâneo da opção.

Compensação das Linearidades

Os sensores da Capacidade, conduzidos apropriadamente, são inerente lineares. Contudo os efeitos de borda e os erros da fabricação podem causar não linearidades a 0,2% níveis. Uma quarta função da linearização do polynomial do pedido é aplicada à informação da posição antes de usar para reduzir na prática esta a um nível insignificante, tipicamente menos de 0,02%.

Compensação Rotatória do Erro

O controlador NPS3000 tem a facilidade para corrigir o erro de Abbé introduzido trabalhando fora da linha central (longe da linha central definida do movimento do NanoMechanism). Os erros rotatórios são calibrados e fornecidos com cada fase. Para compensar o erro de Abbé, o usuário incorpora fora a distância da linha central aos medidores e o valor do erro rotatório (radianos pelo medidor) para a linha central relevante. Estas características podem ser alcançadas do software fornecido ou ser chamadas do DLL de Windows ou do motorista de LabVIEW.

Parâmetro

Símbolo

Valor

Unidades

Notas

Mínimo

Típico

Máximo

Tamanho

288 x 307 x 70

milímetro

Linha Tensão

90

-

260

V

Linha Freqüência

45

-

65

Hertz

Fase ao comprimento de cabo do controlador

-

2

10

m

Nota 1.

Relação de Controle

RS232

Nota 2.

Formato de Comando

Vírgula flutuante da Única precisão (7 dígitos)

Nota 3.

Formato da Medida

Vírgula flutuante da Única precisão (7 dígitos)

Nota 3.

Factor de Escala

Ax1, bx1

1

μm

Nota 4.

Largura de faixa de NanoSensor

5

Quilohertz

Nota 5.

Ruído Intrínseco

sensor

kxm·ndens

100 x 10-9

Hertz

Nota 6.

Balanço da saída do amplificador da ALTA TENSÃO

-20

-

100

V

Largura de faixa do amplificador da ALTA TENSÃO

10

Quilohertz

Nota 7.

Ruído Intrínseco da ALTA TENSÃO (rms)

0,3

MILIVOLT

Limite da corrente do amplificador da ALTA TENSÃO

50

MILIAMPÈRE

Nota 8.

Aquecer o tempo

25

Actas

Aquecer a tracção

50

Nanômetro

Tracção Térmica - Opção do LD

200 x 10-6 70 x 10-6

K-1

Nota 9.

Temperatura de Funcionamento

0

-

40

C

Nota 10.

Temperatura da Sobrevivência

-20

-

70

C

Nota 10.

Número de canais independentes do laço fechado

1

3

6

Nota 11.

1)      um máximo de 2 m para a opção de baixo nível de ruído (- LN).

2)      Incluído como o Padrão. Outras relações estão disponíveis.

3)      A definição digital é melhor do que o ruído do sistema na maioria dos casos. O formato do Inteiro está igualmente disponível. O formato é usuário verificável, opção da fábrica é formato padrão de IEEE.

4)      Opção da Fábrica, Usuário settable.

5)      O comando da Posição Lida do `' retorna a informação da posição em uma largura de faixa de 5 quilohertz. O modo do Instantâneo do `' retorna a informação da posição em uma largura de faixa de 12,5 quilohertz.

6)      Este é o ruído para a opção de baixo nível de ruído (- LN). O ruído padrão é três vezes mais altamente. Multiplique este número pelo quadrado da diferença do sensor e da raiz quadrada da largura de faixa, a seguir divida-o pela diferença do sensor para que a capacidade de 10 PF chegue no ruído do rms nos medidores; isto é, ruído = kxm·o ¸ G2 d10pF dos ndens x onde G é a diferença do capacitor e o d10pF é a diferença do capacitor para uma capacidade 10pF.

7)      A largura de faixa para a carga de 4 μF. A largura de faixa em umas cargas mais altas é 6,1 quilohertz (carga), 3,7 quilohertz de 6 μF (carga 10μF). A capacidade Típica da fase é 4μF.

8)      o limite actual de 100 miliampère está disponível com menos de um minuto procura um caminho mais curto a protecção.

9)      Por exemplo um positioner com uma diferença do sensor do μm 100 com - a opção do LD tem uma tracção térmica de 7 nmK-1. Note que esta é a contribuição do controlador somente; não inclui a expansão térmica do NanoMechanism.

10)   Não condensando-se.

11)   Para obter seis canais dois controladores são ligados junto. Os Canais podem ser laço aberto ou fechado (usuário settable).

Source: Instrumentos de Queensgate.

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Instrumentos de Queensgate.

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

Last Update: 13. June 2013 04:21

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