Modellgestützte flachheitsbasierte Folgeregelung von quasistatischen Mikroscannern

Aktuelle Arbeiten am Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme (FhG-IPMS) fokussieren sich auf die Entwicklung von quasistatischen Mikroscannern, die aufgrund ihres neuartigen Antriebskonzeptes mit vertikalen Kammantrieben im Vergleich zum Stand der Technik größere statische Ablenkwinkel und eine dynamische nicht resonante Strahlführung ermöglichen. Für eine Vielzahl von Anwendungen wird eine präzise dynamische Ablenkung von Licht unter Einhaltung bestimmter Bewegungsrandbedingungen benötigt. So kann es erforderlich sein, einen Lichtstrahl mit konstanter Geschwindigkeit streifend über ein Zielgebiet zu führen, die Geschwindigkeit des Scanvorgangs dynamisch anzupassen oder schnell und präzise zwischen Zielpositionen hin und her zu schalten, wie dies mit resonant betriebenen MEMS-Scannern nicht möglich ist. Aufbauend auf eine von uns bereits vorgestellte flachheitsbasierte Vorsteuerung [1] beschreibt der vorliegende Beitrag aktuelle Ergebnisse für den Betrieb dieser quasistatischen MEMS-Mikroscanner im geschlossenen Regelkreis. Als Rückführung werden sowohl ein optischer Positionssensor (PSD) als auch ein integrierter piezo-resistiver Sensor untersucht. Für eine optimierte Bewegungsführung werden ein modellgestützter Trajektorienentwurf und eine nichtlineare flachheitsbasierte Folgeregelung unter Verwendung eines LUENBERGER-Beobachters hergeleitet und am realen Mikroscanner validiert. Die experimentellen Ergebnisse werden hinsichtlich der erreichbaren Regelgenauigkeit diskutiert.

Current works at the Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems (FhG-IPMS) are focusing on the development of quasistatic microscanners for large angle deflection and high dynamic non-resonant scan profiles for compact laser scanning instruments. Based on the flatness-based feedforward control method [1], the present paper describes new results for closed-loop motion tracking of such type of MEMS comb transducers. An optical position sensitive device (PSD) and an integrated piezo-resistive sensor are analyzed as feedback. The optimized tracking is realized by a modelbased trajectory design and the nonlinear flatness-based feedback control using the LUENBERGER observer and validated with a real microscanner assembly. The experimental results are discussed with respect to the control performance.