Нелинейное управление системой пьезоэлектрических актуаторов для фазового интерферометра сдвига

Wang Fang, Lu Qingjie, Tang Shouhong, Han Sen, Zhu Shuo

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Fang Wang, Shuo Zhu, Qingjie Lu, Shouhong Tang, and Sen Han Nonlinear control of piezoelectric actuator system for phase shift interferometer (Нелинейное управление системой пьезоэлектрических актуаторов для фазового интерферометра сдвига) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 5. С. 45–50. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-05-45-50

Fang Wang, Shuo Zhu, Qingjie Lu, Shouhong Tang, and Sen Han Nonlinear control of piezoelectric actuator system for phase shift interferometer (Нелинейное управление системой пьезоэлектрических актуаторов для фазового интерферометра сдвига) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2019. V. 86. № 5. P. 45–50. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-05-45-50

Ссылка на англоязычную версию:

Fang Wang, Shuo Zhu, Qingjie Lu, Shouhong Tang, and Sen Han, "Nonlinear control of a piezoelectric actuator system for a phase shift interferometer," Journal of Optical Technology. 86(5), 296-300 (2019). https://doi.org/10.1364/JOT.86.000296

Аннотация:

В интерферометрии фаза несет информацию, существенную для таких приложений как трехмерная профилометрия, дающая возможность измерения 3D топографии оптических элементов. Значение фазы может быть получено использованием фазовых интерферометров сдвига, регистрирующих серию интерферограм с различной разностью оптического пути. Разность оптического пути генерируется при этом посредством перемещения опорного зеркала, приводимого в движение пьезоэлектрическими актуаторами. Однако нелинейность отклика таких актуаторов может приводить к существенным ошибкам в определении фазы. Описан принцип действия управляющей системы с обратной связью, линеаризующей отклик, и приведены результаты ее экспериментальной проверки. В систему входят миниатюрное программируемое управляющее устройство, 16-битовый цифроаналоговый преобразователь, два усилителя, калибруемый датчик деформаций с высоким разрешением, процессор, работающий под управлением разработанной авторами статьи программы, и 24-битовый аналого-цифровой преобразователь. Экспериментально показано, что система в состоянии выполнить точную линеаризацию отклика пьезоэлектрического актуатора.

Ключевые слова:

интерферограмма, сдвиг фазы, пьезоэлектрический актуатор, нелинейная фазовая ошибка

Благодарность:

Работа выполнена при поддержке Национального ключевого плана научно-исследовательских и опытно-конструкторскиз работ (№ 2016YFF0101903).

Коды OCIS: 120.3180, 120.5050, 120.4800

Список источников:

1. Tang S. Non linear phase shift calibration for interferomentric measurement of multiple surfaces// United States Patent 6856405 B2. Feb. 15, 2005.
2. Goodwin E.P., Wyant J.C. Interferometric optical testing. Bellingham, WA, USA:SPIE, 2006.
3. Malacara D. Optical shop testing. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2007.
4. Lu Q., Zhu S., Wang F., Tang S., Han S. A real-time feedback system to stabilize laser intensity on wavelength modulation interferometer // IEEE Photon. Technol. Lett. 2018. V. 30. № 18. P. 1613–1616.
5. Bruning J.H., Herriott D.R., Gallagher J.E., Rosenfeld D.P., Ehite A.D., Bran Brangaccio D.J. Digital wavefront measuring interferometer for testing optical surfaces and lenses // Appl. Opt. 1974. V. 13. P. 2693–2703.
6. Tang S. Generalized algorithm for phase shiftting interferometry // Proc. SPIE. USA: Denver, Jul., 1996.

7. Kinnstaetter K., Lohmann A.W., Schwider J., Streibl N. Accuracy of phase shifting interferometry // Appl. Opt. 1988. V. 27. P. 5082–5089.
8. Lai G., Yatagai T. Generalized phase-shiftting interferometry // JOSoA. 1991. V. A8. P. 822–827.
9. de Groot P. Measurement of transparent plates with wavelength-tuned phase-shifting interferometry // App. Opt. 2000. V. 39. № 16. P. 2658–2663.
10. Joshi S.P. Non-linear constitutive relations for piezoceramic materials // Smart Mater. Struct. 1992. V. 1. № 80. P. 80–83.
11. Liaw H.C., Shirinzadeh B., Smith J. Sliding-mode enhanced adaptive motion tracking control of piezoelectric actuator system for micro/nano manipulation // IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2008. V. 16. № 4. P. 826–833.
12. Li Z., Zhang X., Su C., Chai T. Nonlinear control of systems preceded by preisach hysteresis description: A prescribed adaptive control approach // IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2016. V. 24. № 2. P. 451–460.
13. Janaideh M.A., Rakotondrabe M., Aljanaideh O. Further results on hysteresis compensation of smart micropositioning systems with the inverse Prandtl-Ishlinskii compensator // IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2016. V. 24. № 2. P. 428–439.
14. Xu Q. Digital sliding mode prediction control of piezoelectric micro/nanopositioning system // IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2015. V. 23. № 1. P. 297–304.
15. Habineza D., Rakotondrabe M., Gorrec Y.L. Bouc-Wen modeling and feedforward control of multivariable hysteresis in piezoelectric systems: Application to a 3-D of piezotube scanner // IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2015. V. 23. № 5. P. 1797–1806.
16. Zheng J., Fu M. Saturation control of a piezoelectric actuator for fast settling-time performance // IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2013. V. 21. № 1. P. 220–228.