Piezoelektrické ovládání zrcadla pro aplikace vyžadující vysokou přesnost sledování polohy

Abstract

Piezoelektrické aktuátory jsou rozšířeně využívané v optice a aplikacích vyžadujících mikro pohyby, díky jejich vysoké přesnosti. Jedna z nevýhod těchto aktuátorů je přítomná nelinearita ve formě hystereze, která vzniká při jejich řízení napětím. Tato práce zkoumá populární metody pro modelování hystereze a kompenzování hystereze s cílem vyvinout regulační systém pro stabilizaci pohybu laserového paprsku. Regulační úloha se skládá z měření polohy laseru s kvadrantovou fotodiodou a implementace regulačního algoritmu na desce FPGA Red Pitaya, která ovládá držák zrcadla s piezoelektrickým aktuátorem, jenž působí proti pohybu laseru způsobeným poruchami.

Piezoelectric actuators are widely used in optical and micro-positioning applications due to their high precision. One of the drawbacks of piezoelectric actuators is the nonlinearity present in the form of hysteresis that occurs when they are voltage driven. This thesis explores popular methods for modeling and compensating for hysteresis of piezoelectric actuators with the goal of developing a control system for stabilizing the movement of a laser beam. This control task consists of measuring the position of a laser with quadrant photo-diode and implementing the control algorithm on an FPGA Red Pitaya board, which controls the mirror mount equipped with a piezoelectric actuator to counteract the laser movement caused by disturbances.