Sull'utilizzo di osservatori di stato per il controllo di posizione di microspecchi MEMS

In the last years MEMS micromirrors developed a growing interest as subject of study, thanks to the variety of applications in which they can be used. Among them, the most widespread is the picoprojection. The projection of miniaturized images requires that the vertical scanning operated by a quasi-static MEMS micromirror follows a linear trend. However, although a closed-loop control system is exploited, some oscillations superposed to the sawtooth signal used to drive the mirror arise. This phenomenon happens because of the presence of spurious modes in the transfer function, between drive and sense, of the device. The aim of this thesis is the study of a solution that realizes the rejection of spurious resonances. Two possible configurations are theoretically discussed: the first one is based on the removal of the spurious contributions through filtering blocks; the second one is instead based on the state observation theory. Afterwards the practical implementation of the proposed systems are illustrated and at last experimental results are discussed, comparing the performance of the two different configurations. The linearity error obtained with the control system based on the state observer assumes a maximum value equal to 140 mdeg (1.63% of the maximum tilt angle), due to a distortion at the beginning of the trace. Considering the portion of the trace between 30% and 95%, the error value is limited to 30 mdeg (0.37%). The reproducibility of the system response has a mean value equal to 10.3 mdeg.

Negli ultimi anni i microspecchi MEMS hanno generato un crescente interesse come materia di studio, grazie alle svariate applicazioni in cui possono essere utilizzati. Tra queste, la più diffusa consiste nella picoproiezione. Le specifiche necessarie alla proiezione miniaturizzata di immagini richiedono che la scansione verticale effettuata da un microspecchio MEMS quasi-statico segua un movimento il più lineare possibile, in modo da evitare distorsioni. Tuttavia, pur adottando un sistema di controllo ad anello chiuso, il segnale a dente di sega utilizzato per pilotare lo specchio presenta oscillazioni. Ciò accade a causa della presenza di modi spuri nella funzione di trasferimento del dispositivo, da porta di attuazione a sensore di lettura della posizione. Lo scopo di questa tesi è lo studio di una soluzione che effettui la reiezione dei modi spuri. Vengono quindi presentate a livello teorico due possibili configurazioni: la prima prevede dei blocchi di filtraggio per eliminare i contributi dovuti ai modi spuri; la seconda è basata invece sulla teoria dell'osservazione di stato. Successivamente si presenta l'implementazione pratica dei sistemi studiati e infine si discutono i risultati sperimentali ottenuti, confrontando le prestazioni delle due configurazioni proposte. L'errore di linearità ottenuto attraverso il sistema di controllo basato sull'osservatore di stato assume un valore massimo pari a 140 mdeg (1.63% dell'angolo di inclinazione massimo), a causa di una distorsione all'inizio della traccia. Considerando la porzione di traccia compresa tra il 30% e il 95%, il valore dell'errore risulta invece inferiore a 30 mdeg (0.37%). La riproducibilità della risposta presenta un valore medio pari a 10.3 mdeg.