Устройство для управления исполнительным органом

Устройство для управления исполнительным органом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскин, Социалистии ескина

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТВДЬСТВУ (»)557354 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаЯвлено 29,08. 74 (21) 2057021/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет(43) Опубликовано05.05.77.Бюллетень Ж l7 (15) Дата опубликования описания 09.07.77 (51) М. Кл.т

G OS 0 l/01

Гесуеерственный наиетет

Севате Мнннстрев СССР не денем наесретенне н еткрмтнй (53) УДК 62 SO (088.8) fL В. Гордеев, А, И. Мармалев, М. В. Никитин и А. А, Шерозия (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛ5, УПРАВЛЕНИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГАНОМ

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при создании устройств для управления исполнительным оргауом.

Известно устройство с применением лазера для ориентирования земснаряда (1).

Это устройство состоит из лазерного излучателя и л. Излучателем являетса лазерный визир с оптико-механическим сканатором. Приемник содержит четыре идентичных фоточувствительных элемента и блок сигнализации, Ориентирование земснаряда производится относительно луча лазера, предварительно выставленного по створу проектируемой траншеи. В случае ухода земснаряда от створа засвечиваются определенные фоточувствительные элементы, сигналы с которых получают на блок сигнализации, rio данным которого оператор судит об отклонении земснаряда и вручную возвращает его в створ, Недостатками этого устройства являются ручное управление положением земснаряда и невысокая точность ориентирования.

Известно лазерное устройство, контро2 лирукяпее работу бульдозеров или грейдеров путем представления оператору данных об уровне окончательной поверхности, до ко торой они должны работать (2f. Лазер устанавливается на теодолитовой подставке, лазерный луч развертывается или сканируется но определенному участку, создавая э талонную плоскость. Сигнал с фоточувствительных элементов подается на электрогид равлические вентили, автоматически осуществляющие гидравлический подъем или опускание рабочего органа машины, поддер живая необходимую границу выравнивания поверхности. Недостатком устройства яву ляется невысокая точность планировки по верхности, так как используется несколько фоточувствительных элементов, которые в процессе эксплуатации неодинаково изменяют свои параметры, что приводит к нарушению о стабильности нулевой точки.

Известно лазерное устройство, содержа шее лазер, оптически соединенный через последовательно связанные коллиматор, линзу и модулятор с приемником, позволяющее ав25 томатически регулировать положение рабо7354

3 чего органа машин по горбине(Э). Это уог ройство является наиболее близким по тех нической сущности предлагаемому нзобрете нню.

Однако оно имеет ряд недостатков, кото= рые снижают точность его работы. Во,первых, применение не менее двух фоточувствительных элементов приводит к дрейфу нулевой точки дифференциального усилителя, так как. параметры фоточувствительных элементов в результате их старения нэменяются неодинаково, во - вторых, возможно доявленне дополнительного сигнала рассо.гласования на выход днфференциальноJ го уснлнтеля, в результате искажения фор мы кривой Гауссова распределения энергнн .в поперечном сечении луча, которое вызывается средой, где распространяется лазерное нэлученне, в-третьих, случайное нэмененне положения осн диаграммы направленности лазера в вертикальной плос кости, прнводнт также к появлению снгна ла рассогласования.

Целью изобретения является повышение точности. устройства, Эта цель достнгаетсц тем, что в нэвестное устройство дополнительно введены схема сравнения, источник опорного сигнала, индикатор положения н нэмернтель скважностн, вход которого сое». динен с выходом приемника, первый н вто рой входы схемы сравнения подключены соответственно к выходам измерителя скважности н источника опорного снгнала, s а вход индикатора положения соединен с выходом схемы сравнения, н выполнением модулятора в виде оптически непрозрачной прямоугольной лопасти, плошадь кото рой не меньше площадн поперечного сечения луча лазера.

На фнг. 1 представлена функциональная схема устройства для управления исполнительным органом, на фиг 2 показано взанмное положение развернутого луча н модулятора н на фиг. 3 — диаграммы, пояснякь» шие работы устройства.

Устройство содержит лазер 1, коллнма тор 2, линза » 3, модулятор - 4, приемник — 5 фоточувствительный элемент - 6, диафрагма - 7, измеритель скважностн -8, схема сравнения — 9, индикатор положения - 10, источник опорного сигнала - 11, развертка луча - 12.

Устройство работает следукяцнм образом.

Луч лазера 1 проходит через коллнматор 2, линзу 3, которая развертывает в горизонтальной плоскости н направляет его на модулятор 4, выполненный в виде лопасти.

Развернутый луч 12 пересекае г плос4 кость лопасти модулятора 4 выше нли ннже оси ее вращения, прн атом ось вращения перпендикулярна направлению распространення луча лазера н параллельна плоскости луча. Высота лопасти берется не ме нее толщины луча, ширина лопасти должна .быть не менее линейного размера луча в горнзонтальной плоскости. Конструктивно лопасгь может быть расположена по,обе его1й роны от осн вращения нли по одну сторону., Модулятор осуйбствляет широтно-нмпульс-. ную модуляцию лазерного излучения, Модулнрованный луч попадает в приемник 5,,содержашнй фоточувствительный элемент 6

lэ с диафрагмой 7.

В точках I П, Ul условно показаны по ложення приемника 5 по отношению к вращающейся лопасти модулятора 4 (к эаданч. ной лучом опорной плоскости). Прн пахеа««

30 денин приемника 5 в точке 1 лазерный луч освещает его в течение времени про» хождення лопастью угла „П, прн этом длительность нмпульса на нагрузке фоточувствительного элемента 6 будет опреМ деляться:

» л

QJ 2 где Р<» угол поворота, угловая скорость вращении, p — период вращения.

Когда приемник 5 находится в точке lll, длительность импульса на его выходе будет равна С = Pq (ю . Прн этом длительность импульса G « „, так как Р>«Р<,Если приемник 5 находится в плоскости луча, проходящей вблизи осн вращения;модулято ра 4, длительность импульса может быть очень мала н в пределе стремиться к нулю.

Дрн смещении приемннка 5 в вертнкальнои плоскости в пределах толщины луча каждому

« - положению приемника 5 соответствует опре деленная длительность импульса, лежащая в пределах от Т/2 до O. Следовательно, длительность импульсов будет функцией положения приемника 5 в вертикальной плоскости. Контроль положения рабочего органа машины может пронэводнться относительно среднего значения длительности импульсов ф я = Т/ф, которая соответствует положению приемника в точке If, Ю

Обработка принимаемого снгнала происходит следующим образом. Лазерный луч проходит через диафрагму 7, служащую для увеличения разрешакяцей способности прнрмннка 5 по длительности, н попадает на фоточувствительный элемент 6. Диаметр диафрагмы 7 выбирается значительно мень ше толщины луча лазера 1. На нагрузке фоточувствительного алемента 6 выделяются кмпульсы, которые поступают на измеритель

557354 кальной плоскости, длительность измеряемых импульсов остается постоянной, так как определяется началом и окончанием эа» светки приемника 5 и не зависит от положения луча относительно плоскости вращающейся лопасти. Нестабильность положения оси диаграммы направленности лазерного излучения и изменение характера распределения энергии внутри сечения лазерного лу1й ча вызывают в данной точке приемника 5 ,только флюктуации амплитуды принимаемых импульсов, которая в устройстве не яв»ляется носителем информации о положении рабочего органа машины.

l5 Следовательно, устранение влияния перечисленных выше факторов в предлагаемом устройстве позволяет повысить точ: ность управления рабочим органом.

Предложенное устройство может быть

20, использовано для автоматического управлев- иия положением рабочего органа мечиоративных и строительных машин, а также для ориентации обьектов в заданной плоскости. скважности 8. Измеритель скважности 8 преобразует импульсы в уровни напряжений являющиеся функцией скважности (длительности) принимаемых импульсов, а. следовательно, и функцией положения рабочего органа механизма.

Применение измерителя скважности 8 позволяет устранить влияние нестабильности ско рости вращения модулятора 4 на показания индикатора положения 10. В случае изменения скорости вращения модулятора 4 пропорционально изменяется период и длительность импульсов, а скважность остается постоянной, :следовательно, уровень выходного напряжения .измерителя скважности 8 также остается цостоянным. Выходное напряжение измерителя скважности 8 подается на один из входов схемы сравнения 9. На другой ее вход поступает уровень напряжения, соответствующий средней длительности принимаемых импульсов < = Т !4 . Схема сра нения 9 выдает сигнал рассогласования между выходным напряжением измерителя скважности 8 и уровнем опорного напряжения, амплитуда и полярность которого определяют соответственно величину и направление отклонения рабочего органа машины относительно среднего уровня. Индикатор положения 10 регулирует это отклонение. Управление рабочим органом сводится к получению нулевого показания индикатора положения 10. При равенстве выходного напряжения измерителя скважности

8 и уровня опорного напряжения на выходе схемы сравнения 9 сигнал рассогласования отсутствует, и индикатор положения 10 будет давать нулевые показания, т.е. рабочий орган выставлен относительно луча и находится на заданной глубине. Сигнал рассогласования со схемы сравнения 9 может быть использован для автоматизации процесса упралления рабочим органом.

В предлагаемом устройстве применяется один фоточувствительный элемент, что позволило устранить влияние неиндентичцости ,йараметров двух (и более) фоточувствитель. ных элементов на точность управления.

Исключается также появление дополнительного сигнала рассогласования за счет искажения формы кривой ауссова распределения энергии, так как характер распределения энергии внутри сечения лазерного луча не оказывает влияния"на начало и окончание засветки приемника, т.е. на длительность (скважность) измеряемых импульсов.

В случае нестабильности диаграммы направленности лазера 1, вызывающей плос.копараллельное смешение его луча в верти25

Формула изобрете ния

1. Устройство для управления исполнительным органом, содержащее лазер, оптически соединенный через последовательно ,связанные коллиматор, линзу и модулятор .с приемником,,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит схему сравнения, 8В .8" источник опорного сигнала, индикатор положения и измеритель скважности, вход которого соединен с выходом приемника, первый и второй входы схемы сравнения под«лючены соответственно к выходам измерителя скважности и источника опорного сигнала, а вход индикатора положения с выходом схемы сравнения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что модулятор выполнен фC

" в виде оптически непрозрачной прямоугольной лопасти, плошадь которой не меньше площади поперечного сечения луча лазера.

Источники информации, принятые во вни50 мание при экспортизе:

1. "Применение газовых лазеров в геодезии", серия 1, электроника СВ"1, НИИИ

"Электроника", 1972., выпуск 1 (1), с. 43-45, 2. Патент Великобритании h 11.139.542, кл. 601 С, E 1 Г.

3, Патент Франции И.. 022. 022, кл. 505 Л 1/00, 30.10. 1969.

557354

12

Фиг. 2

Фиг.,7

Составитель А. Лащев

Редактор И, Марковская Техред Г. Ролан,— . ЕоРРектоР А. ГРниенке

Закаэ 847/59 Тира@с 1095 Поднисное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

11ЭО35, Москва, 5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Уисгород, ул. Проектная, 4