Устройство для управления положением исполнительных элементов

Устройство для управления положением исполнительных элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОХЮЖЕНИЕМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее координатныйфотоприемник, у крторого вьгаоды противоположных сегментов подключены к входам дифференциального усилителями RS-триггер, .о. тличающееся тем, что, с целью расширения области применения и увеличения быстродействия устройства ,, в него введены реверюивный счетчик, дешифратор, цифроаналоговый преобразователь, два делителя частоты, два датчика предельных положений оптического элемента, девять эленентов И, три элемента Ш1И-НЕ, два элемента НЕ,D -триггер, элемент И-НЕ, шесть компараторов и шина синхронизациИуПодключенная к первым входам первого, второго, третьего, чет .вертого и пятого элементов И и первому входу шестого элемента И, соединенного вторым входом-с первым выходом дешифратора, выходом - с вычитающим входом реверсивного счетчика , а третьим входом - с выходом первого Компаратора, подключенного первым входом к одному входу дифференциального усилителя, связанного другим входом с первым входом второго компаратора, подключенного выходом к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, соединенного выходом со вторым входом пятого элемента И, вторым входом-- с выходом третьего компаратора н BTorvbifi входом четвертого элемента И, а третьим входом - с вторым входом третьего элемента И и выходом четвертого компаратора, подключенного первым входом к первому входу третьего компаратора, выходу дифференциального усилителя и первым входам.пятого и шестого компас to раторов, соединенных выходами со БТОрь 1И входами соотв.ешственно второго (Л и первого элементов И, подключенных выходами к первым входам соответственно второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, связанных вторыми входами через соответствующие де.гштели частоты с выходами соответственно четбертого и третьего элементов И, а третьими входами - с выходами соответстенно седьмого -и восьмого элементов И, подключенных первь&ш входами к выходу первого элемента НЕ, а вторыми входами - соответственно к инверсному и прямому выз4одам О -триггера, связанного D -входом с прямым выходом RS-TpHrrepa, а С-входом - с входом первого элемента НЕ и вьпсодом элемента И-НЕ, подключенного первым входом к выходу второго элемента НЕ, а вторым входом - к выходу пятого Элемента И и первому входу девятого элемента И, соединенного выходом с суммирующим входбм реверсивного счетчика , а вторым входом - с входом второго элемента НЕ и вторым выходом де

СОЮЗ. СОВЕТСНИХ

СОЦИА ЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИ Н (19) (11) А

g(g1) G 05 В 19/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

I (21),3440098/18-24 (22) 18.05.82 (46) 30.09;83. Бюл. В 36 (72) Ю.В.Сенатский, Б.Н.Шпилевой, А.Н.Южаков и-А.К.Якушев (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проб лем им. акад. А.Н.Севченко (53) 621. 50.355(088.8) (56) 1. "Приборы для научных исследований", 1980; У 5, с. 56-58.

2. Труды ФИАН,т.103. "Наука", .1978, с. ?0-72, рис.10 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЕМ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, содержащее координатный- фотоприемник, у кОторого выводы противоположных сегментов подключены к входам дифференциального усилителя,и RS-триггер, .о. т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и увеличения быстродействия устройства» в него введены реверсивный счетчик, дешифратор, цифроаналоговый преобразователь, два делителя частоты, два датчика предельных положений оптического элемента, девять элементов И, три элемента ИЛИ-НЕ, два элемента HE,Q -триггер, элемент

И-НЕ, шесть компараторов и шина синхронизации подключенная к первым входам первого, второго, третьего, чет,вертого и пятого элементов И и первому входу шестого элемента И, соединенного вторым входом- с первым выходом дешифратора, выходом — с вычитающим входом реверсивного счетчика, а третьим входом — с выходом первого компаратора, подключенного первым вх6дом к одному входу дифференциального усилителя, связанного другим входом с первым входом второго компаратора, подключенного выходом к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, соединенного выходом со вторым входом пятого элемента И, вт рь)м входом- — с выходом третьего компаратора и вторъ 1 входом четвертого элемента И, а третьим входом — с вторым входом третьего элемента И н выходом четвертого компаратора, под ключенного первым входом к первому входу третьего компаратора, выходу дифференциального усилителя и первым входам.пятдго и шестого компараторов, соединенных выходами со вторыми входами соответственно второго и первого элементов И, подключенных выходами к первым входам соответст— венно второго и третьего элементов

HJ1H-НЕ, связанных вторыми входами через соответствующие делители частоты с выходами соответственно четвертого и третьего элементов И, а третьими входами — с выходами соответстенно седьмого .и восьмого элементов И, подключенных первыми входами к выходу первого элемента НЕ, а вторыми входами соответственно к инверсному и прямому выходам Р -триггера, связанного j3 -входом с прямым выходом RS-триггера, а С-входом — с входом первого элемента НЕ и выходом элемента И-НЕ, подключенного первым входом к выходу второго элемента НЕ, а вторым входом — к выходу пятого элемента И и первому входу девятого элемента И, соединенного выходом с суммирующим входбм реверсивного счет чика, а вторым входом — с входом вто рого элементa НЕ и вторым выходом деФ

1045222

f,0

20 шифратора, подключенного входами к выходам реверсивного счетчика и нходам цифроаналогового преобразователя, связанного выходом с управляющими входом координатного фотоприемни-.

Изобретение относится к автоматике и может быт ь использовано в системах юстировки оптических элементов по угловым координатам.

Известно устройство для юстировки лазЬрного пучка, содержащее индикатор положения пучка, состоящий из двух пар датчиков, разность напряжений от которых регистрируется синхронным усилителем, используемым в сочетании с механическим прерыватетелем лазерного пучка. Данное устройство можно использовать в системе обратной связи, предназначенной для автоматической коррекции, изменений направления распространения входящего в оптическую систему лазерного пучка (1) .

Известно также устройство для автоматической юстировки оптических -зле ментов по угловым координатам, содер жащее координатный фотоприемник, противоположные сегменты которого через усилитель и фильтр подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с входами ,двух триггеров, подключенных через логический блок к блоку управления шаговыми двигателями, осуществляющими коррекцию положения оптического элемента, проектирующего лазерный пучок на координатный фотоприемник(2)

Недостатками известных устройств являются ограниченные область применения и функциональные возможности.

Укаэанные недостатки проявляются в том, что устройство не может выполнять свои функции при потере световой связи между координатным фотоприемником и источником света, а также затрудняется использование устройства в участках оптического тракта с меняющимся уровнем интенсивности лазерного пучка из- за отсутствия возможности регулировать чувствительность координатного фбка, причем выходы датчиков предельных положений оптического элемента подключены к входам RS-триггера, а . вторые входы компараторов — к соответствующим источникам порогового напряжения, топриемника-. Кроме того,в известных устройствах на точность юстировки влияют вибрации оптического элемента, которые возникают при отработке шагов двигателем и вызывают рыскание светового пятна на поверхности координатного фотоприемника, препятствуя точному вводу оптического элемента в заданное положение.

Это вынуждает для минимизации влияния вибраций и получения большей точности проводить весь процесс юстировки на пониженных скоростях работы двигателей,что увеличивает продолжительность юстировки.

Цель изобретения — расширения области применения и увеличения быстродействия устройств.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее координатный фотоприемник, у которого выводы противоположных сегментов подключены к входам дифференциального усилителя, и RS-триггер, введены реверсивный счетчик, дешифратор, цифроаналоговый преобразователь, два делителя частоты, два датчика предельных положений оптического элемента, девять элементов И, три элемента HJBi-ÍÅ, два элемента НЕ,П триггер, элемент И-НЕ, шесть компа" раторов и шина синхронизации, подключенная к первым входам первого,второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, и первому входу шесТого элемента И, соединенного вторым входом с первым входом дешифратора, выходом — c вычитающим входом реверсивного счетчика, а третьим входом — c выходом первого компаратора, подключенного первым входом к одному входу дифференциальнОго усилителя, связанного другим входом с первым входом второго кбкпаратора, подключенного выходом к первому sxo1045222 ду первого элемента ИЛИ-НЕ, соединеннаго выходом со вторым входом пятого элемента И, вторим входом — с выходом третьего компаратора и вторым входом четвертого элемента И,. а треt тьим входом — со вторым в.:одом третьего элемента И и выходом четвертого компаратора, подключенного первым входом к первому входу третьего компаратора, выходу дифференциального усилителя и первым входам пятого и шестого компараторов, соединенных выходами со вторыми входами соответственно второго и первого элементов И, подключенных выходами к первым входам соответственно второго и третьего элементов

ИЛИ-НЕ, связанных вторыми входами через соответствующие делители частоты с выходами соответственно четвертого и третьего элементов И, а третьими входами — с выходами соответст.венно седьмого и восьмого элементов

И, подключенных первыми входами к выходу первого элемента НЕ, а вторыми входами - соответственно к инверсному и прямому выходам Д -триггера, связанного .Д -входом с прямым выходом RS-триггера, а С-входом — с входом первого элемента НЕ и.выходом элемента И-НЕ, подключенного первым входом к выходу второго элемента НЕ, а вторым входом -- к выходу пятого элемента И и первому входу девятого элемента И, соединенного выходом с суммирующим входом реверсивного счет-З5 чика, а вторым входом — с входои второго элемента НЕ и вторым выходом

Дешифратора, подключенного входами к выходам реверсивного счетчика и входам цифроаналогового преобразователя

1 связанного выходом с управляющим входоМ координатного фотоприемника, причем выходы датчиков предельных положений оптического элемента подключены ко входам RS-триггера, а вторые входы компараторов — к соответствующим источникам порогового напряжения.

На чертеже дана структурная схема устройства.

Устройство содержит координатный фотоприемник (КФП) 1, дифференциальный усилитель 2, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6, пятый 7 и шес; той 8 компараторы, первый 9, .второй. 10 и третий 11 элементы ИЛИ-НЕ, 55 шестой 12, пятый 13, четвертый 14, третий 15, второй 16, первый 17; девятый 18,восьмой 19 н седьмой 20 элементы !1, реверсивиый счетчик 21, циф— роаналогавый преобразователь 22, де— шифратор 23, второй 24 и первый 25 элементы HF., элемент И-НЕ 26, делители 27 и 28 частоты, датчики 29 и 30 предельных положений оптического элемента З -триггер 3!, RS-триггер 32,, блок 33 управления шаговым двигателем и шину 34 синхронизации. .Пороговые урoâíè (+U<<, -U>< ), компараторов 5 и 6 устанавливают такими, чтобы обеспечить максимальную точность сравнения амплитуд импульсов с КФП 1.

Пороги срабатывания компараторов 7 и

8 (+U n, -U q) выбирают равными минимальной амплитуде сигнала с выхода дифференциального усилителя 2, при которой еще не может изменяться его полярность из-за рыскания светового пятна по КФП 1 на максимальной частоте работы двигателей (т. е. j Uq> )ъ ) Щ ).

Порог компаратора 4 устанавливают равным порогу компаратора 5, а поРог компаратора 3 (-О!!3) — равным верхнему пределу линейного участка характеристики фотодиодов КФП 1 при максимальном напряжении смещения (т.е. -U!!>> -+<) . Между световыми импульсом и сопровождающим его синхроимпульсом модулятора лазерного излучения, поступающим по шине синхронизации- 34, устанавливаются типичные временные соотношения, т.е. синхроимпульс начинается и заканчивается в пределах длительности светового импульса, а частота их поступления выбирается равной частоте приемистости используемых щаговых двигателей. В исходном состоянии после включения питания в реверсивном счетчике 21 устанавливается код, соответ-. ствующий максимальному напряжению на выходе цифроаналогового преобразователя 22, что обеспечивает максимальное смещение и чувствительность фотодиодов КФП 1.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При попадании на КФП 1 световых импульсов сигналы с выходов его противоположных сегментов поступают на входы дифференциального усилителя 2.

Если сегменты освещены симметрично, то на их выхОдах появляются равные по амплитуде электрические импульсы.

В этом случае на выходе дифференциального усилителя 2 сигналы отсутствуют и на выходах компараторав 5-8

1045222 сохраняется низкий уровень, который препятствует прохождению синхроим— пульсов модулятора через элементы

И 14-17 и коррекция положения оптического элемента, проектирующе о световые импульсы на КФП 1, не производится. В этот момент сигналы высокого уровня будут вырабатываться только компаратором 4, что вызывает появление на выходе элемента ИЛИ-НЕ

9 сигнала низкого уровня, блокирующего прохождение синхронмпульсов через элемент И 13.

При смещении светового пятна в сторону одного из сегментов на выходе дифференциального усилителя 2 появляется сигнал, амплитуда и полярность которого определяются величиной и направлением смещения пятна относительно центра КФП 1.

Если амплитуда данного сигнала превьппает пороги компараторов 7 или

8, что наблюдается при значительном смещении пятна, то на выходе компа раторов 7 или 8, а значит>и выходе компараторов 5 или б появляются импульсы (высокого уровня), которые разрешают прохождение синхроимпульсов через элементы И 14 или 15, 16 или 17. С выходов элементов И 16 и

17 синхроимпульсы проходят в блок

33 управления шаговым двигателем непосредственно через соответствующий элемент ИЛИ-НЕ 10 и ll, à с выходов элементов И 14 и 15 поступают еще и через делители частоты 27 и 28. 3то .приводит к тому, что при значительном смещении пятна от центра КФП 1 (когда срабатывают компараторы 7 или 8) шаговый двигатель будет отрабатывать шаги и корректировать положение оптического элемента, проектирующего пучок иа КФП 1, на частоте поступления сиихроимпульсов.

По мере возврата пятна в заданное положение (т.е. в центр КФП 1), амплитуда сигналов на выходе дифференциального усилителя 2 уменьшается, а зависимость ее от рыскания пятна по поверхности КФП 1 увеличивается.,До некоторого момента этим можно пренебречь, так как амплитуда сигналов с выхода дифференциального усилителя 2 достаточно велика цо сравнению с ее изменениями иэ-за рысканий пятйа по КФП 1 и процесс коррекции положения оптическоrd элемента устойчиво продолжается

ЗО

35 н одном направлении. По достижении момента, прн котором появляется вероятность изменения не только амплитуды, но и полярности сигнала на выходе дифференциального усилителя 2, Что вызвало бы изменение направления коррекции на противоположное, компараторы 7 или 8 прекращают вырабатывать импульсы так как заданные

1 пороги становятся больше сигнала с выхода дифференциального усилителя 2) и блокируется прохождение синхроимпульсов через элементы И 16 и 17. Но при этом продолжают вырабатывать сигналы компараторы 5 или б, что обеспечивает прохождение синхроимпульсов через элементы И 14 или 15, делители 27 или 28 частоты на управление работой шаговых двигателей.

Скорость отработки шагов двигателем, в этом случае уменьшается в соответствии с коэффициентом деления частоты у делителей 27 и 28, который выбирается таким, чтобы перед очередныи шагом коррекции положения оптическогб элемента вибрации от предыдущего шава уменьшались и не вызывали существенных рысканий пятна по КФП 1.

Таким образом, в результате уменьшения Скорости работы двигателей лишь на конечном этапе юстировки сокращается время проведения юстировочных операций при сохранении той точности, которая достигается на минимальной скорости перемещения оптических элементов.

Если в.процессе юстировки интенсивность света увеличивается настолько, что вводит в насьпцение фотодиоды КФП 1, то на выходах противопо ложных сегментов КФП 1 вырабатываются равные по амплитуде сигналы даже при несимметричной освещенностИ его сегментов и коррекция положения оптического элемента прекратится, В этот момент срабатывает компаратор 3, на выходе которого появляются сигналы высокого уровня, разрешающие прохождение синхроимпульсов через элемент

И 12 на вход обартного счета {вычитакпций вход) реверсивного счетчика

21 (в качестве такого счетчика мо жет быт использован, например, К155ИЕ7) . С каждым синхроимпульсом код на выходе счетчика 21 убывает что вызывает уменыпение напряжения иа выходе цифроаналогового преобразователя 22 (совместно с К155ИЕ7

1045222 можно испольэовать микросхемный qnkроаналогоный преобразователь К594ПА1).

Это приводит к уменьшению напряжения смещения и чувствительности фотодиодов КФП 1. Как только смещение уменьшается до величины, при которой фотодиоды КФП 1 выходят из насыщения, амплитуды сигналов с секторов КФП 1 становятся меньше порога компаратора

3 и дальнейшее поступление синхроим- 10 пульсов в реверсивный счетчик 21 через элемент И 12 блокируется. Минимальное значение напряжения смещения может регулироваться с помощью дешифратора 2Э, сигнал от которого (низ- 5 кого. уровня) блокирует дальнейшее прохождение синхроимпульсов через элемент И 12, когда на выходах рег версивного счетчика 21 устанавливается соответствующий код.

- Когда интенсивность света уменьшается на такую величину, при которой амплитуды сигналов с КФП 1 становятся недостаточными для срабатывания компараторов 4-6 на выходе эле- 25 мента ИЛИ-HE 9 сохраняется высокий уровень, разрешающий прохождение синхроимпульсов через элемент И 13. Если код в реверсивном счетчике перед этим не соответствовал максимальному значению напряженчя на выходе цифроаналоговрго преобразователя 22 (а значит и максима ьной .чувствительУ ности фотодиодов КФП 1), то сигнал высокого уровня со второго выхода дешифратора 23, пройдя через элемент

НЕ 24, блокирует поступление синхроимпульсов через элемент И-НЕ 26, Одновременно данный сигнал поступает на второй вход элемента И 18 и разрешает прохождение через него синхроимпуйьсов на суммирующий вход !пря-. мого счета) реверсивного счетчика 21, В этом случае с каждым синхроимпульсом код на выходах счетчика 21 возрастает, что вызывает увеличение

45 напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 22 и приводит к увеличению смещения и чувствительности фотодиодов КФП l. Как только это обеспечивает появление на выходах 5О

КФП 1 сигналов с амплитудой, достаточной для срабатывания компараторов

4-6 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 9 появ .ляются сигналы низкого уровня, ко-торые запрещают дальнейшее поступле- 55 ние синхроимпульсов через элемент

И 13. Максимальное значение смещения фотодиодов КФП 1 регулируется с помощью дешифратора 23, сигнал от которого (низкого уровня) блокирует прохождение синхроимпульсов через элемент И 18 в счетчик 21, когда в нем устанавливается соответствующий код.

Ситуация, при которой не срабатывают компараторы 4-6. наблюдается и в случае потери световой связи между КФП 1 и источником света. В этом режиме устройство работает следующим образом.

Поскольку световые импульсы не попадают на поверхность КФП 1, та на выходах компараторов 3-8 сохраняется исходное состояние, т;е. низкий уровень, и элементы И 12, 14 — 1 закрыты для Прохождения синхроимпульсов. Но в этом случае на выходе элемента ИЛИ-HE 9 находится высокий уровень (так как низкий уровень присутствует на всех трех." его входах

У который разрешает прохождение сннхроимпульсов через элемент И 13 на входы элементов И 18, И-НЕ 26. Если код на выходе счетчика 21 до поступления синхроимпульсов не соответствовал максимальному значению напряжения на выходе цифроаналогового преобра— зователя 22; то на втором выходе дешифратора 23 имеется высокий уровень что разрешает прохождение синхроимпульсов через элемент И 18 на вход прямого счета реверсивного счетчика

21, но блокирует их поступление через элемент И-HE 26 в часть схемы, которая выполняет ввод юстировочного пучка в зону захвата КФП 1 (т.е. восстанавливает световую связь между

КФП 1 и источником света).

Благодаря указанным действиям, не выполняется режим ввода юстировочного пучка, если данный пучок понадает на поверхносТь КФП 1, но ин— тенсивность света на установленном пределечувствительности фотодиодов

КФП 1 недостаточна для работы устройства. Когда чувствительность фото» диодов КФН 1 находится на максимальном пределе, но сигналов с КФП

1 не поступает,на втором выходе дешифратора 23 появляется низкий уровень,.что блокирует дальнейшее поступление синхроимпульсов через элемент И 18 в счетчик 21, но разрешает их прохождение через элемент

И-НЕ 26.

С выхода элемента И-НЕ 26 синхро- импульсы поступают на С-axon 3t. -трнг1045222

Составитель Н. Горбунова

Редактор Л.Пчелинская Техред f.Маточка Корректор А. Повх

Заказ 7553/50 Тирах 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ухгород, ул. Проектная, 4

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в расширении функциональных возможностей и области применения.

Обеспечивается воэможность выполнения автоматической юстировки в участках оптического тракта с меняющимся уровнем интенсивности лазерного пучка, а также при потере световой связи между координатным фотоприемником и источником света и сокращается время проведения юсти-— ровки при сохранении требуемой точности,