CN203038044U

CN203038044U - 数字振镜控制系统

Info

Publication number: CN203038044U
Application number: CN 201320029235
Authority: CN
Inventors: 周双留; 李书海
Original assignee: SINO-GALVO (BEIJING) TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SINO-GALVO (BEIJING) TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2023-01-21

Abstract

本实用新型属于振镜控制领域，涉及了一种数字振镜控制系统，包括两个振镜电机的驱动模块和D/A数模转换模块，将该驱动模块和D/A数模转换模块集成为一体结构，所述D/A数模转换模块分别由输入电路、校正电路、选频滤波电路、输出电路、AGC电路、保护电路和电源转换电路组成的集成电路。由于本实用新型采用上述技术方案，使扫描振镜控制系统的体积达到了世界上最小，而整体性能达到国际领先级水准，操作方便、使用灵活、精准度高，提高了生产效率，充分保证了产品质量和性能的一致性。而且结构非常简单、装配测试及其方便，提高了产品性能的同时降低了生产流程的返修率。

Description

数字振镜控制系统

技术领域

本实用新型涉及振镜控制领域，具体涉及一种数字振镜控制系统。

背景技术

国内市场上通常使用的振镜一般由两块驱动板组成，每一块驱动板驱动一个电机，使得扫描振镜的整体体积偏大，无法满足高端客户的需求，特别是在现在的光纤打标机系统中，对振镜体积小巧紧凑的要求越来越高。

目前国际上的扫描振镜的驱动大都设计不够紧凑，只能接收模拟信号传输，外接数字软件板卡还得加DA转换，加上一堆电源和信号连接线，使得整个振镜集成后的支架体积太大，直接影响到整台打标机的综合性能和美观度。

随着扫描振镜在不同应用领域的逐步渗透，原有的振镜系列已经不能满足广泛的运用需求。在探测成像、激光雷达、卫星遥感、医学美容和眼科OCT等众多高端应用领域，除了在振镜的响应速度、重复定位精度和抗干扰能力等方面高性能的需求，更是对振镜的体积提出了创新的要求。

现有的扫描振镜已不能满足尖端领域和一些新型行业的应用需求，在一些特殊行业给整个产品的系统集成带来了很大的不便。如何突破常规，在振镜的控制系统中实现速度快、零漂移、温度低和抗干扰能力强，驱动模块在此高性能的基础上实现体积最小化、高度集成化成为了目前必需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决以上缺陷，提供一种结构合理、芯片集成度高、控制原理先进、性能优越稳定、结构紧凑，更加适合现在高端用户的生产与应用的超小型数字振镜控制系统。

本实用新型的目的是通过以下方式实现的：

一种数字振镜控制系统，包括两个振镜电机的驱动模块和D/A数模转换模块，将该驱动模块和D/A数模转换模块集成为一体结构，所述D/A数模转换模块分别由输入电路、校正电路、选频滤波电路、输出电路、AGC电路、保护电路和电源转换电路组成的集成电路。同时，考虑驱动模块的驱动板体积因素，将两个振镜电机的驱动板和D/A数模转换板集成到一起，使用模板和子板的上下结构，以插针连接，同时选用更小更精密的电子元件，采用更先进的安装工艺，大大缩小了振镜整体体积。

作为优选地，所述D/A数模转换模块还包括电流环调节器和位置环调节器。

作为优选地，所述电流环调节器由PD控制器构成，PD控制器即比例-积分控制器，以保证对电机线圈电流变化的快速响应，消除电流扰动。

作为优选地，所述位置环调节器由PID控制器构成，PID控制器即比例-微分-积分控制器，提高控制系统的精确性和重复性，明显减轻机械摩擦和外部扰动等恶劣工作环境的影响。

作为优选地，所述校正电路包括比例校正电路、微分校正电路、积分校正电路和转速微分反馈校正电路。

比例校正电路中，通过调节电位器可改变比例放大增益，当偏差的增益改变时驱动电流随之改变，从而改变定位控制系统的动态时间，但增益过大时会导致控制系统不能稳定工作，而且比例放大无法改变系统的稳态特性。

微分校正电路中，通过调节电位器调节微分电流的微分时间常数，微分电路可以反应电机反馈回来的位置信号Vp的变化趋势，从而在动态过程中角度信号偏差过大前引入一个有效的抑制信号，使系统加快动作速度，减小位置超调，增加系统阻尼。

积分校正电路中，通过调节电位器调节积分环节增益，给系统提供一个基于原点的开环极点，提高了系统型别，有利于提高稳定精度，但也使信号产生了相移，但增加的负实零点也减弱了极点对系统动态响应速度和动态稳定性产生的不良影响。

作为优选地，所述选频滤波电路由带通滤波器、二阶振荡环节滤波器和带通滤波器组成三个串联环节，校正电路的输出信号经过选频滤波电路处理后交给输出电路，采用带通滤波器、二阶振荡环节滤波器和带通滤波器三个串联环节，比传统驱动板单一的带通滤波器多出了两个环节，选频和滤波效果更佳，更稳定，大大优化了驱动板性能。

输出电路的任务是为扫描电机提供足够大的电流产生足够的转矩。输出电路采用高性能功率放大器LM3886，并采用电流反馈回路将电机线圈电流反馈到功率放大器的输入端，改善其非线性度，避免了因线路长度、线圈电阻、接触电阻、环境温度等因素造成的不良影响。

AGC电路为传感器的高频信号源提供电源，并构成一个振荡幅值负反馈控制，使振荡器产生稳幅震荡。保护电路防止意外情况对振镜的损害。假设振镜角度位置是固定的，改变AGC电路的输出电压，将会改变位置信号Vp,进而改变角度反馈信号电压与偏转角度比。

作为优选地，所述保护电路由比较器和模拟开关构成，将实时的电机线圈电流和电机转角位置信号与设定的参考值进行比较，一旦超过阀值，模拟比较器的输出电压跳变推动模拟开关关闭，进而切断伺服电路的前向通道，并关闭功率放大器LM3886，实现电路保护。

作为优选地，电源转换电路为整个驱动系统提供电源，所述电源转换电路包换电压转换芯片和高容值的电容，用于输出稳定电压。

本实用新型实施例通过采用了集成电路板、高精密型芯片及元器件，并将数字信号转换模拟信号系统集成于一体，使得整个驱动板体积变小，整体性能达到国际领先级水准，操作方便、使用灵活、精准度高，在微型激光扫描系统、手持式激光医疗设备以及高端应用领域将发挥巨大作用。而且该振镜控制系统结合大量的理论分析和试验论证，采用最优化的设计思路和简单稳定的结构方式，并辅助高精度的制版工艺和焊接水准，使得振镜系统的体积减小、接线方式简化，方便了整个扫描振镜的安装和测试，提高了生产效率，充分保证了产品质量和性能的一致性。

本设计的振镜控制方式优化了位置闭环反馈控制和电流闭环反馈控制，增加了两个选频滤波环节，具有体积小、零漂移、速度高、温度低和抗干扰能力强等优点。而且结构非常简单、装配测试及其方便，提高了产品性能的同时降低了生产流程的返修率。

由于本实用新型实施例采用最优化的结构方式、最合理的驱动原理，高精密的加工焊接工艺，非常便于微型扫描振镜系统的运行、操作和维护，提高了整个系统长时间运行的稳定可靠性。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种数字振镜控制系统的结构框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详细说明本实用新型，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

本实施例，参照图1，一种数字振镜控制系统，包括两个振镜电机的驱动模块和D/A数模转换模块，将该驱动模块和D/A数模转换模块集成为一体结构，所述D/A数模转换模块分别由输入电路、校正电路、选频滤波电路、输出电路、AGC电路、保护电路和电源转换电路组成的集成电路。同时，考虑驱动模块的驱动板体积因素，将两个振镜电机的驱动板和D/A数模转换板集成到一起，使用模板和子板的上下结构，以插针连接，同时选用更小更精密的电子元件，采用更先进的安装工艺，缩小了振镜整体体积。

另外，所述D/A数模转换模块还包括电流环调节器和位置环调节器。所述校正电路包括比例校正电路、微分校正电路、积分校正电路和转速微分反馈校正电路。所述选频滤波电路由带通滤波器、二阶振荡环节滤波器和带通滤波器组成三个串联环节，校正电路的输出信号经过选频滤波电路处理后交给输出电路，采用带通滤波器、二阶振荡环节滤波器和带通滤波器三个串联环节，比传统驱动板单一的带通滤波器多出了两个环节，选频和滤波效果更佳，更稳定，大大优化了驱动板性能。所述保护电路由比较器和模拟开关构成，将实时的电机线圈电流和电机转角位置信号与设定的参考值进行比较，一旦超过阀值，模拟比较器的输出电压跳变推动模拟开关关闭，进而切断伺服电路的前向通道，并关闭功率放大器LM3886，实现电路保护。电源转换电路为整个驱动系统提供电源，所述电源转换电路包换电压转换芯片和高容值的电容，用于输出稳定电压。

由于采用上述技术方案，使扫描振镜控制系统的体积达到了世界上最小，而整体性能达到国际领先级水准，操作方便、使用灵活、精准度高，在微型激光扫描系统、手持式激光医疗设备以及高端应用领域将发挥巨大作用。采用最优化的设计思路和简单稳定的结构方式，方便了整个扫描振镜的安装和测试，提高了生产效率，充分保证了产品质量和性能的一致性。具有体积小、零漂移、速度高、温度低和抗干扰能力强等优点。而且结构非常简单、装配测试及其方便，提高了产品性能的同时降低了生产流程的返修率。由于本实用新型实施例采用最优化的结构方式、最合理的驱动原理，高精密的加工焊接工艺，非常便于微型扫描振镜系统的运行、操作和维护，提高了整个系统长时间运行的稳定可靠性。

以上内容是结合具体的优选实施例对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种数字振镜控制系统，包括两个振镜电机的驱动模块和D/A数模转换模块，其特征在于：将该驱动模块和D/A数模转换模块集成为一体结构，所述D/A数模转换模块分别由输入电路、校正电路、选频滤波电路、输出电路、AGC电路、保护电路和电源转换电路组成的集成电路。

2.根据权利要求1所述的数字振镜控制系统，其特征在于：所述D/A数模转换模块还包括电流环调节器和位置环调节器。

3.根据权利要求2所述的数字振镜控制系统，其特征在于：所述电流环调节器由PD控制器构成。

4.根据权利要求2所述的数字振镜控制系统，其特征在于：所述位置环调节器由PID控制器构成。

5.根据权利要求1所述的数字振镜控制系统，其特征在于：所述校正电路包括比例校正电路、微分校正电路、积分校正电路和转速微分反馈校正电路。

6.根据权利要求1所述的数字振镜控制系统，其特征在于：所述选频滤波电路由带通滤波器、二阶振荡环节滤波器和带通滤波器组成三个串联环节。

7.根据权利要求1所述的数字振镜控制系统，其特征在于：所述保护电路由比较器和模拟开关构成。

8.根据权利要求1所述的数字振镜控制系统，其特征在于：所述电源转换电路包换电压转换芯片和高容值的电容，用于输出稳定电压。