同相位控制系统仅仅使用了相对计量测量,在闭环状态下驱动精调器的控制延迟线。粗调器的延迟线直接由操作员在开环下进行驱动,操作员观察在绝对计量监视器上,达到同相位条件所需要的位移。粗调器的执行器使用RS232 与便携式计算机进行连接。软件接口在NI LabVIEW 中实现,用于设置所有必要的参数,对执行器进行编程,并设置位移指令。执行器的绝对位置一直标识在图表中。控制粗调器执行器直至达到同相位状态。在下图中,显示了达到同相位状态的实验干涉图。
同相位控制系统硬件式基于便携式计算机的(带有2 GB RAM的Pentium 4 2.66 GHz),它通过IEEE 1394接口连接到便携式NI DAQPad-6052E端口上。即便这个类型的数据采集板卡并非实时设备,还是可以通过数字控制闭环,以1 ms 的控制步长进行控制(可见这并非硬实时性能)。干扰延迟线执行器使用相同的DAQPad-6052E 进行驱动。干扰发生算法与控制算法一起,并行运行在相同的便携式计算机上。
图2.达到同相位状态的实验干涉图
使用了两个ADC 通道和两个DAC 通道。这两个ADC 通道采集来自相对计量电子的两个信号,它们用于重建OPD 变化。一个DAC用于驱动精调器控制延迟线的压电驱动器,另一个DAC 驱动扰动延迟线的压电驱动器。
控制算法设计根据相同的模型观测器进行执行,它基于离散时间状态方程,直接用C 语言算法实现。控制算法程序被编译为动态连接库(DLL),通过调用库函数节点使用NI LabVIEW 与NI DAQ 板卡进行数据交换(来自ADC 的测量和发送至DAC 的指令)。这种解决方案可以测试控制算法(使用C 语言编写,十分接近最终实际使用的版本),从而可以非常方便地与实验室NI DAQ 硬件进行连接,而无需使用实际使用的硬件,这样就节省大量的时间和金钱。同样,扰动发生算法实现为离散状态空间方程,并且使用C++ 进行编写,编译为DLL 文件。图5 显示了控制系统的方块图。
图3.粗调器延迟线软件界面
图4.NI DAQPad-6052E 数据采集设备
由于我们的系统并非实时系统,我们设计了一个十分简单的软件界面,其中不含有图形和图形图标,避免载入控制算法的执行。软件界面包含了一系列按钮,可以用来启动或停止相对计量、扰动发生算法、控制系统算法,一组发光二极管用来指示控制系统的状态。所有重要的控制变量(测量、指令、状态变量等等)都存储在计算机的内存中,并在控制对话结束的时候以二进制格式存储在硬盘上。
图5.控制系统方块图
测试结果十分理想,残余OPD 为σ =9.5 nm,满足了要求。图6给出了没有控制系统下的OPD 扰动(左图)以及控制系统作用下的OPD 残余量(右图)。
图6.控制系统测试结果