CN104678760A - 用于控制微机械执行器的调节器、控制系统和方法以及微镜系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于控制微机械执行器的调节器，调节器具有：第一信号输入端，用于接收参考信号；第二信号输入端，用于接收测量信号；第一调节器元件，用于在接收的参考信号中滤波和/或衰减预给定的频率模态和/或频率分量并输出经滤波的和/或衰减的参考信号；第二调节器元件，用于修改接收的测量信号并输出修改的测量信号；第三调节器元件，用于将经滤波的和/或衰减的参考信号和接收的测量信号之间的调节偏差最小化并输出经最小化的参考信号；第四调节器元件，用于对于至少一个预给定的频率旋转经最小化的参考信号和修改的测量信号的差的相位并将其作为控制信号向微机械执行器传输。本发明还公开相应控制系统、相应微镜系统和相应方法。

Description

用于控制微机械执行器的调节器、控制系统和方法以及微镜系统

技术领域

本发明涉及用于控制微机械执行器的调节器、用于控制微机械执行器的控制系统、微镜系统和用于控制微机械执行器的方法。

背景技术

当今在许多应用中均使用微机械执行器。例如在被安装在很小结构空间上的投影单元中使用微镜。

在这样的投影单元中通常使用微镜，也就是所谓的MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System：微机电系统)。这样的MEMS镜通常具有多个可以相应地被电激发的机械共振点——也称作模态或者传递函数中的极点。此外，这样的MEMS镜还具有反共振模态——也称作传递函数中的零点或者凹口(notch)。

MEMS镜的这些模态可区分为有效模态和干扰模态。干扰模态的激发尤其负面地损坏所投影的图像的质量。

所述MEMS镜构成所谓的惯性弹簧质量系统，其在第一近似中可以被建模为二阶低通(PT2元件)。在此通过惯性弹簧质量系统的第一模态定义其角频率(Eckfrequenz)。

可以使这种MEMS镜或者共振运行在一种或者多种有效模态上或者准静态运行。准静态控制借助低频信号实现并且避免了这些模态的激发。

图9中以波特图示出不同的MEMS微镜的传递函数。在上面的图中示出在频率上的单位为dB的衰减。在下面的图中示出在频率上的单位为度的相位。在上面的图中可以看出，其传递函数被示出的五个微镜具有许多共振模态和反共振模态。它们在该图中通过尖峰示出，这些尖峰是向上或者向下。此外在下面的图中可以看出，这些微镜根据频率分别具有不同的相位特性曲线。尤其一些镜子分别具有一个至少直至一定的频率位于-0°和 -180°之间的相位特性曲线，而在另一些镜子中相位特性曲线超过-180°。

对于借助MEMS镜的图像构建而言通常需要两个MEMS镜，其中，共振地控制这些MEMS镜中的一个，而准静态运行这些MEMS镜中的一个。在此，共振运行的MEMS镜负责图像的行投影，而准静态运行的MEMS镜负责逐行的图像构建。另一种可能性在于使用一种2D镜，其既在竖直方向上也在水平方向上运行。

必须如此控制在准静态的状态中运行的MEMS镜，使得微镜的共振模态不被激励。

通常在此借助锯齿波信号作为基准参量控制在准静态的状态中的MEMS镜，以便例如产生60Hz的帧速率。在此，该锯齿波信号在频域中具有基频的偶次的和奇次的高次谐波的多倍。在附图10的图中以虚线和实线表示两种可能的具有不同返回时间(Rücklaufzeit)的锯齿波信号，在横轴上示出时间，在纵轴上示出锯齿波信号的振幅。在附图10中上升的边沿是逐行控制MEMS镜的边沿。下降的边沿表示MEMS镜返回到初始位置。附图11中示出在频域中的相应的锯齿波信号。

如在图11中看出的那样，锯齿波信号在频域中具有60Hz的频率分量和60Hz的多倍，亦即120Hz、180Hz等。在借助这样的锯齿波信号控制MEMS镜的情况下基频的多倍中的一个能够激励相应MEMS镜的一个共振模态。

通常使用线性驱动器或者数字驱动器来控制准静态状态中的MEMS镜。为了实现控制时的充分的精度或者为了提高线性偏移，在闭合调节回路(closed loop：闭环)中调节微镜。在此可以使用不同的调节器，例如自适应PD调节器、前馈结构中的电流调节器和位置调节器、LMS谐波控制器、迭代谐波系数确定等等。所使用的调节器的共同点在于，它们需要非常高的系统带宽并且因此需要非常高的计算能力。

在US 7,952,783 B2中公开了一种按照“迭代谐波系数确定”工作的控制装置。

具有MEMS镜和调节器的系统例如通常需要1MHz的调节器带宽，以便精确调节每一个图像行。此外，已知的调节器方案中的一些还需要MEMS镜的附加的状态信息，所述附加的状态信息在现实中难以检测或者估计。

高的系统带宽和高的计算能力在控制IC中意味着高的面积需求，例如用于模拟数字转换器、微控制器、数字模拟转换器、驱动器级等等。

发明内容

本发明公开一种具有权利要求1的特征的用于控制微机械执行器的调节器，具有权利要求7的特征的用于控制微机械执行器的控制系统、具有权利要求8的特征的微镜系统和具有权利要求9的特征的方法。

据此设置： 

一种用于控制微机械执行器的调节器，所述调节器：具有第一信号输入端，所述第一信号输入端构造用于接收参考信号；具有第二信号输入端，所述第二信号输入端构造用于接收测量信号，所述测量信号表征所记录的、所述微机械执行器对控制信号的响应；具有第一调节器元件，所述第一调节器元件构造用于在所接收的参考信号中滤波和/或衰减预给定的频率模态和/或预给定的频率分量并且输出经滤波的和/或经衰减的参考信号；具有第二调节器元件，所述第二调节器元件构造用于修改所接收的测量信号并且输出所修改的测量信号，所述修改的方式是，通过在闭合调节回路中处理所接收的测量信号使微机械执行器的第一模态的和/或其他模态的品质最小化；具有第三调节器元件，所述第三调节器元件构造用于将经滤波的和/或经衰减的参考信号和所接收的测量信号之间的调节偏差最小化并且输出经最小化的参考信号；具有第四调节器元件，所述第四调节器元件构造用于对于至少一个预给定的频率旋转经最小化的参考信号和所修改的测量信号的差的相位并且将所修改的参考信号作为控制信号向微机械执行器传输。

此外设置： 

一种用于控制微机械执行器的控制系统，其具有信号发生器，所述信号发生器构造用于输出参考信号；具有根据本发明的调节器，所述调节器构造用于接收所述参考信号和输出用于所述微机械执行器的控制信号；具有第一信号预处理单元，所述第一信号预处理单元构造用于预处理并且向所述微机械执行器传输所述控制信号；具有第二信号预处理单元，所述第二信号预处理单元构造用于记录所述微机械执行器对所述控制信号的响应 并且向所述调节器传输表征所记录的响应的测量信号。

此外设置： 

一种微镜系统，其具有至少一个微镜；和具有至少一个根据本发明的控制系统，所述控制系统构造用于控制微镜。

最后设置： 

一种用于控制微机械执行器的方法，其具有以下步骤：接收参考信号；接收测量信号，所述测量信号表征所记录的、所述微机械执行器对控制信号的响应；在所述参考信号中滤波和/或衰减预给定的频率模态和/或预给定的频率分量；修改所接收的测量信号，其方式是，通过在闭合调节回路中处理所接收的测量信号使微机械执行器的第一模态的和/或其他模态的品质最小化；将经滤波的和/或经衰减的参考信号和所接收的测量信号之间的调节偏差最小化并且输出经最小化的参考信号；对于至少一个预给定的频率旋转经最小化的参考信号和所修改的测量信号的差的相位并且将所修改的参考信号作为控制信号向微机械执行器传输，并且将经最小化的参考信号和所修改的测量信号的具有所旋转的相位的差作为控制信号向微机械执行器传输。

发明所基于的认识在于，用于控制微机械执行器的已知的调节器的调节器结构非常复杂，因此在实现方面的耗费很大。

本发明所基于的思想现在在于，考虑这一认识并且设置根据本发明的模块化的多反馈调节器结构，其具有仅四个线性的调节器元件。

此外本发明建议，由第一调节器元件处理参考信号，其在所接收的参考信号中滤除或者衰减预给定的频率模态和/或预给定的频率分量。由如此预处理的参考信号和表征微机械执行器的当前位置的测量信号组成的差由第三调节器元件处理，所述第三调节器元件将经滤波的和/或经衰减的参考信号和所接收的测量信号之间的调节偏差最小化。

最后，由第四调节器元件对于至少一个预给定的频率旋转经最小化的参考信号和所修改的测量信号的差的相位并且将其作为控制信号向微机械执行器传输，所修改的测量信号由第二调节器元件修改，其方式是，在闭合调节回路中处理所接收的测量信号使微机械执行器的第一模态的和/或其他模态的品质最小化。

尤其本发明的所有调节器元件都能够作为线性的调节器元件实现。

本调节器结构例如将微镜的第一共振模态最小化。另外，如果所控制的微镜在其相位特生曲线中具有在-180°和-360°之间的相位变化过程，则在调节对象中执行一次相位旋转。最后抑制该微镜的在调节器带宽之外的所有共振模态并且为将调节偏差最小化而使用传统的调节器。

本发明设置一种模块化的调节器结构，其与相应地使用的微机械执行器相关地能够非常简单地匹配于相应的应用。

此外，通过使用一阶到更高阶的线性的调节器元件提供具有小的复杂性的非常简单的调节器，其能够非常简单地例如集成在ASIC中。

通过本发明使得可能的是，利用具有微小的系统带宽(微机械执行器的第一共振模态的10到30倍)的调节器，因为不需要各个图像行的任何调节。此外，各个调节器元件的可匹配性能够实现高的调节器品质。

有利的实施方式和扩展由从属权利要求以及从参考附图的描述得知。

在一种实施方式中，第四调节器元件构造用于将相位从-180°到-360°旋转到0°到-180°。这使得可能的是，能够以足够的带宽或者足够的增益和相位余量始终稳定地运行由调节器、微镜等组成的系统。

在一种实施方式中，第二调节器元件构造用于在通过处理所接收的测量信号来在微机械执行器的极点-零点图中进行修改时通过处理所接收的测量信号使微机械执行器的第一模态的复极点朝闭合调节回路的极点-零点图中的实轴方向移动。因此降低或者最小化闭合调节回路中的微机械执行器的第一模态的品质并且因此对于图像构建和图像投影没有不利。

在一种实施方式中，第二调节器元件构造用于在修改时消除所接收的信号的第一模态并且在所接收的测量信号的极点-零点图中设置具有预给定的衰减因子的附加极点。由此降低或者最小化闭合调节回路中的微机械执行器的第一模态的品质并且对于图像构建或者图像投影没有不利。

在一种实施方式中，第三调节器元件构造为PID调节器元件。这使得能够非常简单地实现第三调节器元件。第三调节器元件的其他的实施同样是可能的。

在一种实施方式中，第一调节器元件构造为数字滤波器元件、尤其构造为IIR滤波器元件和/或陷波滤波器元件和/或FIR滤波器元件。这使得第 一调节器元件的非常简单的、不太复杂的实现和第一调节器元件的非常灵活的匹配成为可能。

所述实施方式和扩展方案只要合理就可以任意地相互组合。本发明的其他可能的构型、扩展方案和实现也包括先前或者以下参照实施例描述的本发明特征的未明确提及的组合。本领域技术人员在此尤其也可以将单个方面作为改进或补充添加进本发明的相应基本形式。

附图说明

下面根据在示意图中说明的实施例详细解释本发明。在此示出：

图1示出根据本发明的调节器的一种实施方式的框图；

图2示出根据本发明的控制系统的和根据本发明的微镜系统的一种实施方式的框图；

图3示出根据本发明的方法的一种实施方式的流程图；

图4示出根据本发明的调节器的另一种实施方式的框图；

图5示出根据本发明的第三调节器元件的一种实施方式的框图；

图6示出微镜的波特图；

图7示出用于图6的微镜的一种改变了的频率特性曲线；

图8示出用于图6的微镜的一种改变了的波特图；

图9示出用于不同的MEMS镜的波特图；

图10示出在时域中的用于控制MEMS镜的可能的锯齿波信号；

图11示出在频域中的用于控制MEMS镜的一种可能的锯齿波信号。

在所有的附图中相同的或者功能相同的元件和设备-只要不另外说明-设有相同的参考标记。

具体实施方式

微机械执行器在本专利申请的范围中可以理解为一种由非常小的机械结构组成的执行器，所述机械结构能够以电的方式被控制。这样的执行器以术语MEMS(Micro-Electrical-Mechanical-System：微电机械系统)著称。

一种可能的微机械执行器例如是一种所谓的微镜。微镜例如在视频投影仪中使用，以便将光源的光逐行地投影到银幕上。

为能够在视频投影仪使用这样的微镜，需要准确地控制微镜的偏转。对于准确的控制重要的是对这样的微镜的传递函数的了解。传递函数例如可以表达为：

$G\left(s\right)=\frac{(\frac{1}{{(2*\mathrm{pi}*f02b)}^2}*s^2+2*\frac{D02b}{2*\mathrm{pi}*f02b}*s+1)*\mathrm{ks}02*\mathrm{ks}01}{\mathrm{ks}03*(\frac{1}{{(2*\mathrm{pi}*f01)}^2}*s^2+2*\frac{D01}{2*\mathrm{pi}*f01}*s+1)*(\frac{1}{{(2*\mathrm{pi}*f02)}^2}*s^2+2*\frac{D02}{2*\mathrm{pi}*f02}*s+1)}$

其中：

D01：第一模态的衰减因子

D02：第二模态的衰减因子

D02b：第二反共振模态的衰减因子

f01：第一模态的频率

f02：第二模态的频率

f02b：第三模态的频率

ks01：模态1在传递函数的DC增益中的比例 

ks02：模态2在传递函数的DC增益中的比例 

ks03：模态3在传递函数的DC增益中的比例 

参考信号在本专利申请的范围中可以理解为以下信号：该信号预给定用于微机械执行器的所期望的位置并且被供给给用于微机械执行器的调节器。

测量信号是以下信号：其代表微机械执行器的当前位置。

模态——也称为振荡模态——表示驻波在其能量分布方面的特性。这些模态例如通常在微机械执行器的共振频率或者反共振频率下发生。

如果在本专利申请的范围中谈到在极点-零点图中执行一个工作步骤，则在该调节器中可以改变闭合调节回路中的微机械执行器或者MEMS元件的极点-零点图。另一方面也可能的是，例如通过以下方式实现零点或者极点在极点-零点图中的移动：将相应的工作步骤应用到例如在时域或者频域中的信号上，其中，通过该工作步骤直接改变闭合调节回路中的微机械执行器的行为，使得所期望的变化在闭合调节回路的极点-零点图中也是明显的。

具体实施方式 

图1示出根据本发明的调节器1的一种实施方式的框图。

调节器1具有第一信号输入端3，其与第一调节器元件8耦合。第一调节器元件8与第三调节器元件10耦合，第三控制器元件与第四控制器元件11耦合。

此外设置第二信号输入端5，其向第二调节器元件9和第三调节器元件10传输所接收的测量信号6。所接收的测量信号6在这里表征所记录的、微机械执行器2对控制信号7的响应。在第二信号输入端5之后连接第二调节器元件9，所述第二调节器元件修改所接收的测量信号6，其方式是，在闭合调节回路中借助所接收的测量信号6最小化或者衰减微机械执行器的第一模态的品质。

第一信号输入端3构造用于接收参考信号4并且将其向第一调节器元件8传输，所述第一调节器元件从所接收的参考信号4中滤除或者衰减预给定的频率模态和/或预给定的频率分量。

第三调节器元件10是调节器1的真正核心并且将经滤波的和/或经衰减的参考信号12和所接收的测量信号6之间的调节偏差最小化。第三调节器元件向第四调节器元件11输出经最小化的参考信号14。

第四控制器元件11对于至少一个预给定的频率或者对于一个预给定的频率范围旋转经最小化的参考信号14和所修改的测量信号13的差的相位。经旋转的测量信号14作为控制信号7向微机械执行器2传输。

调节器1的第一调节器元件8可以构造为数字滤波器单元——例如构造为IIR滤波器、陷波滤波器或者FIR滤波器并且用于消除、衰减或者抑制参考信号4的基准参量中的不期望的频率模态或者频率分量。

第二调节器元件9能够通过处理所接收的测量信号6使微机械执行器的第一模态的品质最小化。在一种实施方式中，第二调节器元件9能够通过处理测量信号6使闭合调节回路中的微机械执行器的第一模态的复极点朝所述闭合调节回路的极点-零点图的实轴方向移动。这相应于衰减的提高。此外，第二调节器元件9能够通过处理测量信号6来消除微机械执行器的第一模态的极点并且在闭合调节回路中插入具有改变了的衰减因子例如0.707的新的极点。

在一种实施方式中，可以通过一个或者多个频率信息的进一步反馈使 第二或者更高模态的品质因子最小化。

MEMS元件的传递函数G(s)和第四调节器元件11的传递函数C1(s)在闭合调节回路中具有下面的最终的传递函数Gtot1(s)：

Gtot1(s)＝G(s)*C1(s)

在此，C1(s)是至少2阶的传递函数并且具有偶数阶。

$C1\left(s\right)=\frac{\mathrm{ks}01*(\frac{1}{{(2*\mathrm{pi}*f02b)}^2}*s^2+2*\frac{D02b}{{(2*\mathrm{pi}*f01)}^1}*s^1+1)}{\mathrm{ks}02b*(\frac{1}{{(2*\mathrm{pi}*f01)}^2}*s^2+2*\frac{D01}{(2*\mathrm{pi}*f01)}*s^1+1)}$

其中：

D01：第一模态的衰减因子

D02b：第二反共振模态的衰减因子

f01：第一模态的频率

f02b：第三模态的频率

ks01：模态1在传递函数的DC增益中的比例 

ks02b：模态2在传递函数的DC增益中的比例 

当所使用的微机械执行器的传递函数具有两个彼此相继的、由一个反共振模态跟随的共振模态时，第四调节器元件11用于倒相或者相位旋转。

第二调节器元件9具有一个至少第一阶的传递函数并且既可以具有偶次阶也可以具有奇次阶。

由此对于第二调节器元件9的闭合的调节回路借助H(s)和Gtot1(s)得出下面的传递函数：

$\mathrm{Gtot}2\left(s\right)=\frac{\mathrm{Gtot}1\left(s\right)}{1+H\left(s\right)*\mathrm{Gtot}1\left(s\right)}$

传递函数Gtot2(s)可以是一个至少第五阶的函数，其例如可以具有衰减D0＝0.1...1/(2^-1)...1。

$H\left(s\right)=\frac{k}{(1+T*s)}$

k：传递函数的DC增益

T：传递函数的时间常数

由此在一种实施方式中得出下面的传递函数：

$H\left(s\right)=\frac{G\left(s\right)*C1\left(s\right)}{(1+H\left(s\right)*G\left(s\right)C1\left(s\right))}$

第三调节器元件10例如可以是PID调节器，对于其得出下面的传递函数：

$\mathrm{Gtot}3\left(s\right)=\frac{\mathrm{Gtot}2\left(s\right)*C\left(s\right)}{1+C2\left(s\right)*\mathrm{Gtot}2\left(s\right)}$

在此，传递函数C2(s)可以如下构造：

$C\left(s\right)=K_R*(1+T_D*s+\frac{1}{T_I*s})$

最后借助第一调节器元件8对于整个系统得出传递函数：

Gtot(s)＝Gtot3(s)*F(s)

在此，传递函数F(s)可以如下构造为数字FIR滤波器F(z)：

$F\left(z\right)=\underset{i=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}h\left(i\right)*z^i$

m：滤波器阶 

在此，传递函数F(s)可以如下构造为数字IIR滤波器F(z)：

$F\left(z\right)=\frac{(b_0+b_1*z^{-1}+b_2*z^{-2}+\·\·\·+b_M*z^{-M})}{(a_0+a_1*z^{-1}+a_2*z^{-2}+\·\·\·+a_N*z^{-N})}$

N：滤波器阶 

在一种实施方式中调节器1仅由分别具有线性函数的块组成。在此，线性函数中的每一个能够单独匹配于相应的微机械执行器2。

尤其单个调节器元件8-11或者单个调节器元件8-11的功能可以根据相应的微机械执行器2接通或者关断。

调节器1的调节器结构具有小的复杂性并且不仅在硬件——例如ASIC中而且在软件中例如在DSP或者处理器中能够简单地实现。

图2示出根据本发明的控制系统20的和根据本发明的微镜系统24的一种实施方式的框图。

微镜25的传递函数与执行器和相应传感器的相应设计相关。它们共同描述调节对象。不同微镜25的所有传递函数的共同点是，微镜25具有共 振模态和反共振模态。

用于控制微镜25的调节器尝试不激励共振模态并且在此在准静态模态式中以约60Hz的频率激励微镜25或者使其偏转，以便能够等距地投影稳定的图像行。在图6中将详细阐述微镜25的波特图。

为了控制这样的由微镜25和传感器组成的调节对象，控制系统20提供信号发生器21，所述信号发生器产生参考信号4并且将所述参考信号向调节器1输出。

调节器1具有一个输出端，通过该输出端所述调节器向控制系统20的第一信号预处理单元22输出控制信号7。第一信号预处理单元22以经预处理的形式向微镜25输出控制信号7。

图2中的第一信号预处理单元22具有数字/模拟变换器26，所述数字/模拟变换器将调节器1的控制信号7变换为模拟的控制信号7。此外，第一信号预处理单元22具有低通滤波器27，所述低通滤波器低通滤波模拟的控制信号7。最后设置驱动级28或者驱动器28，其如此匹配经滤波的控制信号，使得所述控制信号的电平适合微镜25的控制。

此外，控制系统20具有一个信号路径，通过该信号路径向调节器1反馈微镜25对控制信号7的响应。为此，控制系统20具有第二信号预处理单元23。

第二信号预处理单元23在输入端上具有反混叠滤波器29，其向模拟/数字变换器30输出经滤波的信号。最后可以设置补偿算法(Abgleichalgorithmen)31，其继续为调节器1预处理该信号。

图3示出根据本发明的方法的一种实施方式的流程图。

该方法在第一步骤S1中设置参考信号4的接收。在第二步骤S2接收测量信号6，其表征所记录的、微机械执行器2对控制信号7的响应。

真正的信号处理继参考信号4和测量信号6的接收之后发生。在第三步骤S3中在参考信号4中设置预给定的频率模态和/或预给定的频率分量的滤波和/或衰减。

在第四步骤S4中通过在闭合调节回路中处理所接收的测量信号6使微机械执行器的第一模态的品质最小化来修改所接收的测量信号6。尤其例如在一种实施方式中也能够在微机械执行器的极点-零点图中通过处理所接 收的测量信号6使闭合调节回路中的微机械执行器的第一模态的或其他模态的复极点朝闭合调节回路中的极点-零点图中的实轴方向移动。附加地或者替代地，能够通过处理所接收的测量信号6完全衰减和/或消除微机械执行器的第一模态，并且此外能够在闭合调节回路中的微机械执行器的极点-零点图中设置具有预给定的衰减因子的附加极点。

第五步骤S5设置经滤波的和/或经衰减的参考信号12和所接收的测量信号6之间的调节偏差的最小化并且输出经最小化的参考信号14。

在第六步骤S6中对于至少一个预给定的频率旋转经最小化的参考信号14和所修改的测量信号13的差的相位。例如在一种实施方式中尤其可以在相位的旋转S6时将相位从-180°到-360°旋转到0°到-180°。

最后在步骤S7中将由经最小化的参考信号14和所修改的测量信号13的具有经旋转的相位的差作为控制信号7向微机械执行器2传输。

图4示出根据本发明的调节器1的另一种实施方式的框图。

图4的调节器1基于图1的调节器1，而与其不同的是，第二调节器元件9具有两个滤波器32、33，其中，第一滤波器32设置在第二调节器元件9的衰减机构45之前而第二滤波器33滤波供给给第三调节器元件10的测量信号6。

滤波器32、33例如可以构造为模拟滤波器单元或者数字滤波器单元例如PT1、PT2、FIR、IIR或者陷波滤波器。

图5示出根据本发明的第三调节器元件10的一种实施方式的框图。

图5中的第三调节器元件10构造为PID调节器并且具有三个支路，它们的输出在块40中相加，其中，相加的结果是PID调节器10的输出。

PID调节器10的输入端在第一支路中供给给比例机构34。在第二支路中输入信号被供给给比例机构35和积分器37。

第三支路在调节环前具有比例机构36。所述调节环由差分块41组成，其从比例机构36的输出端和调节环的反馈的量构成差并且将其供给另一个比例机构39，其示出一个滤波器系数。

在调节环的反馈中设置滤波器38，其具有积分功能。

图6示出微镜25的波特图。

该波特图具有两个单个的图，它们彼此上下设置。在该图的横轴上分 别以对数方式示出频率。在上面的图的纵轴上示出微镜25在相应的频率处单位为dB的衰减。在下面的图的纵轴上示出微镜25的输出信号在相应的频率处的相位。

在上面的图中曲线变化过程在约-5dB处开始并且在741Hz的频率处具有一个局部极大值或者第一共振模态，其具有8.19dB的量值。从741Hz到2.1kHz紧前衰减下降到约-30dB，以便在2.1kHz处下降到-83.8dB(第一反共振模态)并且至2.4kHz上升到20.5dB(第二共振模态)。在2.4kHz与2.6kHz之间衰减下降到约-3dB，以便在约2.6kHz处上升到21.9dB(第三共振模态)并且至2.87KHz再次下降到-56.3dB(第二反共振模态)。在2.87KHz后衰减立即上升到约30dB，然后至约10.9KHz处重新下降到约-56dB(第三反共振模态)，立即上升到约-53dB，然后以大致抛物线状延伸到28KHz处的-35.8dB(第五共振模态)，以便至49.2KHz下降到-128dB。从那里该信号上升到约-100dB并且直到图的末端在1MHz处下降到约-140dB。

在下面的图中相位在0°的情况下延伸到约400Hz，然后直到741Hz下降到-90°并且到约1KHz处下降到约-180°。在2.1KHz处相位上升到0°并且在2.4KHz处相位下降到-180°，以便在2.6KHz处下降到-360°并且在2.87KHz处再次上升到-180°。在约10.9KHz处相位特性曲线具有到约-100°的尖峰，在-180°的情况下延伸到28KHz并且在28KHz和49.2KHz之间下降到-360°，然后在-180°的情况下延伸直到图的末端。

在附图6的波特图中可以看出当在微镜25的波特图中两个模态由一个反共振模态跟随时微镜25具有的从-180°到-360°的相移。

附图7示出用于附图6的微镜的一种改变了的相位特性曲线，如其通过第四调节器元件11产生的那样。

在附图7中重新示出在该相位特性曲线通过第四调节器器元件11改变之后附图6的下面的图。

可以明显看出，在图6中在2.6KHz和2.87KHz之间位于-360°处的相位现在位于0°和-180°之间。

图8示出闭合调节回路中的用于图6的微镜的改变了的波特图，如其在闭合调节回路中通过第二调节器和第四调节器元件产生的那样。

在图8的波特图中可以明显看出，消除了741Hz处的第一共振模态， 并且所有的模态现在都具有低于0dB的量值。

Claims (11)

1.一种用于控制微机械执行器(2)的调节器(1)，所述调节器：

具有第一信号输入端(3)，所述第一信号输入端构造用于接收参考信号(4)；

具有第二信号输入端(5)，所述第二信号输入端构造用于接收测量信号(6)，所述测量信号表征所记录的、所述微机械执行器(2)对控制信号(7)的响应；

具有第一调节器元件(8)，所述第一调节器元件构造用于在所接收的参考信号(4)中滤波和/或衰减预给定的频率模态和/或预给定的频率分量并且输出经滤波的和/或经衰减的参考信号(12)；

具有第二调节器元件(9)，所述第二调节器元件构造用于修改所接收的测量信号(6)并且输出所修改的测量信号，所述修改的方式是，所述第二调节器元件通过在所述闭合调节回路中处理所接收的测量信号(6)使所述微机械执行器(2)的第一模态的和/或其他模态的品质最小化；

具有第三调节器元件(10)，所述第三调节器元件构造用于将经滤波的和/或经衰减的参考信号(12)和所接收的测量信号(6)之间的调节偏差最小化并且输出经最小化的参考信号(14)；

具有第四调节器元件(11)，所述第四调节器元件构造用于对于至少一个预给定的频率旋转所述经最小化的参考信号(14)和所修改的测量信号(13)的差的相位并且将其作为所述控制信号(7)向所述微机械执行器(2)传输。

2.根据权利要求1所述的调节器，其特征在于，

所述第四调节器元件(11)构造用于将所述相位从-180°到-360°旋转到0°到-180°。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的调节器，其特征在于，

所述第二调节器元件构造用于在所述修改时在所述微机械执行器(2)的极点-零点图中通过处理所接收的测量信号(6)使所述微机械执行器(2)的第一模态的和/或其他模态的复极点朝所述闭合调节回路中的微机械执行器(2)的极点-零点图中的实轴方向移动。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的调节器，其特征在于，

所述第二调节器元件(9)构造用于在所述修改时通过处理所接收的测量信号(6)来完全消除所述微机械执行器(2)的第一模态和/或其他模态并且此外通过在所述闭合调节回路中处理所接收的测量信号(6)在所述微机械执行器(2)的极点-零点图中设置具有预给定的衰减因子的附加极点。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的调节器，其特征在于，

所述第三调节器元件(10)构造为PID调节器元件(10)。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的调节器，其特征在于，

所述第一调节器元件(8)构造为数字滤波器元件(8)、尤其构造为IIR滤波器元件和/或陷波滤波器元件和/或FIR滤波器元件。

7.一种用于控制微机械执行器(2)的控制系统(20)，其

具有信号发生器(21)，所述信号发生器构造用于输出参考信号(4)；

具有根据权利要求1到6中任一项所述的调节器(1)，所述调节器构造用于接收所述参考信号(4)和输出用于所述微机械执行器(2)的控制信号(7)；

具有第一信号预处理单元(22)，所述第一信号预处理单元构造用于预处理并且向所述微机械执行器(2)传输所述控制信号(7)；

具有第二信号预处理单元(23)，所述第二信号预处理单元构造用于记录所述微机械执行器(2)对所述控制信号(7)的响应并且向所述调节器传输表征所记录的响应的测量信号(6)。

8.一种微镜系统(24)，其

具有至少一个微镜(25)；和

具有至少一个根据权利要求7所述的控制系统(20)，所述控制系统构造用于控制所述微镜(25)。

9.一种用于控制微机械执行器(2)的方法，其具有以下步骤：

接收(S1)参考信号(4)；

接收(S2)测量信号(6)，所述测量信号(6)表征所记录的、所述微机械执行器(2)对控制信号(7)的响应；

在所述参考信号(4)中滤波(S3)和/或衰减预给定的频率模态和/或预给定的频率分量；

修改(S4)所接收的测量信号(6)，其方式是，通过在所述闭合调节回路中处理所接收的测量信号(6)使所述第一模态的和/或其他模态的品质最小化；

将经滤波的和/或经衰减的参考信号(12)和所接收的测量信号(6)之间的调节偏差最小化(S5)并且输出经最小化的参考信号(14)；

对于至少一个预给定的频率旋转(S6)所述经最小化的参考信号(14)和所修改的测量信号(13)的差的相位；并且

将所述经最小化的参考信号(14)和所修改的测量信号(13)的具有所旋转的相位的差作为所述控制信号(7)向所述微机械执行器(2)传输。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

在所述相位的旋转(S6)时将所述相位从-180°到-360°旋转到0°到-180°。

11.根据权利要求9和10中任一项所述的方法，其特征在于，

在修改(S4)所接收的测量信号时：

在所述微机械执行器(2)的极点-零点图中通过处理所接收的测量信号(6)使所述闭合调节回路中的微机械执行器(2)的第一模态的和/或其他模态的复极点朝所述闭合调节回路的极点-零点图中的实轴方向移动；和/或

通过处理所接收的测量信号(6)来完全衰减和/或消除所述微机械执行器(2)的第一模态和/或其他模态并且此外通过处理所接收的测量信号(6)来在所述闭合调节回路的极点-零点图中设置具有预给定的衰减因子的附加极点。