CN104698834A - 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；第二调节器元件，用于修改所接收的测量信号以及输出所修改的测量信号；第三调节器元件，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；第四调节器元件，用于修改所接收的测量信号的带宽并且将其从经最小化的参考信号中减去。本发明还公开一种相应的控制系统、一种相应的微镜系统和一种相应的方法。

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： 

一种用于控制闭合调节回路中的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(aufnehmen)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，以便将闭合调节回路的第一模态的和/或另外的模态的品质最小化，并且构造用于输出所修改的测量信号；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匹配所接收的测量信号，以便匹配闭合调节回路的带宽并且将经匹配的测量信号加到由经最小化的参考信号和所修改的测量信号组成的和上，所述和构成控制信号。

此外设置： 

一种用于控制闭合调节回路中的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闭合调节回路中的微镜。

最后设置： 

一种用于控制闭合调节回路中的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，以便将所述闭合调节回路的第一模态的和/或另外的模态的品质最小化；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；通过匹配所接收的测量信号来匹配所述闭合调节回路的带宽；以及向所述微机械执行器传输由所述经最小化的参考信号和所修改的测量信号以及经匹配的测量信号组成的和作为所述控制信号。

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，由第四调节器元件修改闭合调节回路的带宽，其方式是，相应修改所接收的测量信号。所修改的测量信号然后从经最小化的参考信号中减去，并且作为控制信号向微机械执行器传输。

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。另外通过处理所接收的测量信号来如此匹配闭合调节回路的带宽，使得各个微镜的由技术决定的波动被拦截。最后该微镜的在调节器带宽之外的所有共振模态都被抑 制或者被最小化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，利用具有经平衡的系统带宽的调节器。在此，例如需要高的系统带宽，以便获得以下控制信号：所述控制信号能够实现微机械执行器的小的返回时间。另一方面，在投影仪中的微镜的情况下需要以下返回时间：所述返回时间为图像速率的约1％到20％，例如60Hz，以便从数据源向投影仪传输相应的像素信息，而不必中间存储这些像素信息。这使得可能的是，例如节省中间存储器。第四调节器元件使得可能的是，使系统带宽匹配于需要。

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匹配所接收的测量信号中的瞬变时间(Einschwingzeit)和/或调节器的和微机械执行器的返回时间(Rücklaufzeit)。这使得可能的是，使调节器有针对性地匹配于不同的微机械执行器和不同的应用。

在一种实施方式中，第二调节器元件构造用于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微机械执行器的第一模态并且在闭合调节回路的极点-零点图中设置具有预给定的衰减系数的附加极点。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，第二调节器元件构造用于在修改时消除微机械执行器的另外的模态或者降低它们的品质。

在一种实施方式中，第二调节器元件构造用于使所述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，并且在闭合调节回路的极点-零点图中设置具有预给定的衰减系数的附加极点。

不同的实施方式与相应的微机械执行器的特性相关。

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。

此外设置第二信号输入端5，其向第二调节器元件11、第四调节器元件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11和第四调节器元件9，它们修改所接收的测量信号6。第二调节器元件11通过处理所接收的微机械执行器的测量信号6来最小化或者衰减第一模态的和可能另外的模态的品质。第四调节器元件9通过处理所接收的测量信号6来匹配微机械执行器2的闭合调节回路的带宽。

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并且输出经滤波的和/或经衰减的参考信号12。

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。第三调节器元件输出经最小化的参考信号14作为控制信号7。在向微机械执行器2传输控制信号7之前，还将第二调节器元件11的所修改的测量信号以及将所接收的具有经匹配的带宽13的测量信号6加给所述控制信号。

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11能够将所接收的测量信号6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11能够将测量信号6的第一模态的复极点朝极点-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11能够消除测量信号6的第一模态的极点并且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来使第二或者更高模态的品质因子最小化。

第二调节器元件11具有下面的传递函数：

$\mathrm{Gtot}1\left(s\right)=\frac{G\left(s\right)}{1+H1\left(s\right)*G\left(s\right)}$

在此，H1(s)是至少第一阶的传递函数并且具有偶次阶或者奇次阶。例如H1(s)可以如下定义：

$H1\left(s\right)=\frac{k}{(1+T*s)}$

k：传递函数的DC增益

T：传递函数的时间常数

Gtot1(s)是闭合调节回路的最终的传递函数并且具有至少一个3阶和具有0.1到1的衰减。传递函数的阶在此根据微机械执行器2的阶发生变化。

使用第四调节器元件9，以便通过接收和处理测量信号6来匹配微机械执行器2的闭合调节回路的带宽从而匹配由微机械执行器2和调节器1组成的整个系统的带宽。例如可以提高整个系统的带宽。

第四调节器元件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。

由此对于第四调节器元件9得出下面的传递函数：

$\mathrm{Gtot}2\left(s\right)=\frac{\mathrm{Gtot}1\left(s\right)}{1+H2\left(s\right)*\mathrm{Gtot}1\left(s\right)}$

传递函数Gtot2(s)尤其可以是一个至少第四阶的函数，其例如可以具有衰减D0＝0.1...1/(2^-1)...1。在此，H2(s)可以如下定义：

$H2\left(s\right)=\frac{k}{(1+T*s)}$

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：

$\mathrm{Gtot}2\left(s\right)=\frac{1}{(\frac{1}{G\left(s\right)}+H1\left(s\right)+H2\left(s\right))};H2\left(s\right)=\frac{k}{1+T*s}$

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C(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：

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

m：滤波器阶 

在此，传递函数F(s)可以如下构造为数字IIR滤波器作为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中通过对所接收的测量信号6的第一模态的品质的最小 化来修改所接收的测量信号6。该修改尤其例如在一种实施方式中也能够在闭合调节回路的极点-零点图中通过以下方式实现：如此匹配所接收的测量信号6，使得使闭合调节回路的第一模态的复极点朝极点-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来完全衰减和/或消除闭合调节回路的第一模态，并且此外能够通过处理所接收的测量信号6能够在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。

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中通过处理所接收的测量信号6来匹配闭合调节回路的带宽。尤其例如能够实施带宽提高或带宽降低。

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以及所接收的和经匹配的测量信号组成的和作为控制信号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，第四调节器元件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11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。

此外，滤波器43设置在第二调节器元件11之前，该滤波器在所接收的测量信号6供给给第二调节器元件11之前滤波所接收的测量信号6。

滤波器32、33和45例如可以构造为IIR滤波器，它们具有下面的函数：

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

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0dB处开始并且大致以抛物线形状延伸到约550Hz的频率处，在那里所述曲线变化过程具有局部极大值或者第一共振模态，其具有约50dB的量值。从约550Hz到700Hz衰减下降到0dB，以便大致以向下开口的抛物线的形状至1.6kHz下降到-70dB(反共振模态)，并且在那之后立即陡峭地上升直到约40dB(第二共振模态)。从那里该信号迅速下降到约-10dB，然后直线延伸到该图末端10kHz、-50dB处。

在下面的图中相位在0°下延伸到约500Hz处，然后在第一共振模态下陡峭降落到-180°，并且继反共振模态和共振模态之后在约1.6kHz处快速上升到0°并重新降落到-180°。

在附图6的波特图中可以看出共振模态如何导致-180°的相移。此外可以看出，反共振模态产生相反情况，相移+180°。

附图7示出用于附图6的微镜的一种改变了的波特图，如其通过第二调节器元件11产生的那样。

在附图7的上面的图中可明显看出，已消除约550Hz处的第一共振模态。同样已使第二共振模态的品质在约1.6kHz处最小化。

现在，频率特性曲线大致以向下开口的抛物线的形状从0°直至-180°延伸到反共振模态的位置，在那里上升直至0°并且以抛物线状重新降落到-180°。

图8示出闭合调节回路中的用于图6的微镜的具有高带宽的波特图，如当将第四调节器元件9的信号加给由经最小化的参考信号14和通过第二调节器元件11所修改的测量信号13组成的和时所述波特图通过第四调节 器元件9所产生的那样。此外，为进行比较，用虚线示出附图7的图的曲线变化过程。

对于图8的波特图将由调节器1和微机械执行器2组成的系统的带宽扩展了几赫兹。

Claims (11)

1.一种用于控制闭合调节回路中的微机械执行器(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(11)，所述第二调节器元件构造用于修改所接收的测量信号(6)以便将闭合调节回路的第一模态的和/或另外的模态的品质最小化，并且构造用于输出所修改的测量信号(13)；

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(9)，所述第四调节器元件构造用于匹配所接收的测量信号(6)，以便匹配闭合调节回路的带宽并且将经匹配的测量信号加到由经最小化的参考信号和所修改的测量信号组成的和上，所述和构成所述控制信号(7)。

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(9)构造用于匹配所接收的测量信号(6)中的瞬变时间和/或所述调节器(1)的和所述微机械执行器(2)的返回时间。

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(11)构造用于在修改时使所述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(11)构造用于在所述修改时完全消除所述闭合调节回路中的微机械执行器(2)的第一模态并且此外在所述闭合调节回路中的微机械执行器(2)的极点-零点图中设置具有预给定的衰减系数的附加极点。

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。

7.一种用于控制闭合调节回路中的微机械执行器(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闭合调节回路中的微镜(25)。

9.一种用于控制闭合调节回路中的微机械执行器(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)，以便将所述闭合调节回路的第一模态的和/或另外的模态的品质最小化；

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)；

通过匹配所接收的测量信号(6)来匹配(S6)所述闭合调节回路的带宽；以及

向所述微机械执行器(2)传输(S7)由所述经最小化的参考信号(14)和所修改的测量信号(13)以及经匹配的测量信号组成的和作为所述控制信号(7)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

在所述匹配(S6)时提高或者降低带宽和/或匹配所接收的测量信号(6)中的瞬变时间和/或调节器(1)的和所述微机械执行器(2)的返回时间。

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：

在所述闭合调节回路中的微机械执行器(2)的极点-零点图中使所述闭合调节回路中的微机械执行器(2)的第一模态的复极点朝所述极点-零点图中的实轴方向移动；和/或

完全衰减和/或消除所述闭合调节回路中的微机械执行器(2)的第一模态并且此外在所述闭合调节回路中的微机械执行器(2)的极点-零点图中设置具有预给定的衰减系数的附加极点。