Фотоэлектрическое следящее устройство
Иллюстрации
Реферат
(ii 746447
О П
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Соцкалисткческик
Республик
1 ./ — (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5! )М. Кл. (22) Заявлено 13.04.78 (21) 2605163/18-24 с присоединением заявки .%
G 05 0 3/02
G 01 J 1/44
Государственный комитет (23 ) Приоритет да делам изобретений и открытий
Опубликовано 07.07.80. Бюллетень № 25
Дата опубликования описания 07.07.80, (53) УДК 62 — 50 (088.8) (72) Автор изобретения
С. A. Дружинин
Сибирский институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Сибирского отделения АН СССР (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СЛЕДЯШЕЕ УСТРОЙСТВО
И обретение относится к автоматике, а именно, к фотоэлектрическим следящим системам .и предназначено, для удержания сле!астральной линии на щели фотометра при спектрофотометрических наблюдениях небесных тел, например, солнца.
Известно фотоэлектрическое следящее устройство за краем объекта, за графической или спектральной линией (1).
Наиболее близким по технической сущности
10 к предложенному является устройство, содержащее демодулятор, первой, второй и третий входы которого соединены с соответствующими вторым и третьим выходами генератора импульсов; четвертый вход через фотометр — с первым и вто-, 5 рым выходами дефлектора, а первый и второй выходы через дифференциальный усилитель — с первым входом блока определения знака рассогласования, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входа- эо ми исполнительного органа, первый, второй, третий и четвертый входы дефлектора — соответственно с первым и вторым выходами исполнительного органа и четвертым и пятым
2 выходами генератора импульсов, шестой выход которого подключен к четвертому входу исполнительного органа (2) .
Недостатком данного устройства является малая точность слежения.
Цель изобретения — повышение точности .устройства.
Эта цель достигается тем, что в известное устройство введены инвертирующий усилитель и формирователь опорного напряжения, вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, а выход — непосредственно. и через инвертирующий усилитель и соответственно со вторым, третьим входами блока определения знака рассогласования.
На фиг. 1 представлена функциональная схема фотоэлектрического следящего устройства; на фиг, 2 приведена диаграмма, поясняющая форму опорного напряжения; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие работу блоков устройства.
Устройство имеет исполнительный орган 1, состоящий из плоскопараллельной пластины 2, редуктора 3, шагового двигателя 4 и блока 5 .
746447!
15
25
3 управления шаговым двигателем, дефлектор 6, фотометр 7, демодулятор 8, состоящий из резистора 9, операционного усилителя 10, конденсаторов 11 и 12 и ключей 13, 14, 15 и 16, генератора 17 импульсов, состоящего иэ генератора 18, делителя. 19 частоты и ждущего мультивибратора 20, дифференциальнь«й усилитель 21, блок 22 определения знака рассогласования, состоящий из""йомйараторов 23 и 24 и элемента 25 ИЛИ,формирователь 26 опорного напряжения, инвертирующий усилитель 27, состоящий нз резисторов 28, 29 и операционного усилителя 30, опорное напряжение Uoä с выхода формирователя 26 опорного напряжения, выходное напряжение 0 „ф ус дифференциального усилителя 21, при разных сигналах на входе демодулятора 8, ойорное напряжение Uoä, coomетствующее минимальному дискретному отрабать«ваюшему воздействию, период импульсов Т управления шаговым двигателем 4, период дискретизации NT (N-целое число), напряжение управления ключом 13 — UK<>, на пряжение управления ключом 14 — UK«4, выходное напряжение ждущего мультивибратора 20U напряжение управления шаговым . двигателем. 4 — Uù, точки моментов сравнения 0оп и U ф, — 31, 32, 33 и 34 и соот ветствующие им отрабатывающие воздействия в виде пачек импульсов поступаюшие на управление шагового двигателя (U3«Бэба Уээ и
U34)
Световой поток от спектральной линии проходит через плоскопараллельную пластину 2, падает на дефлектор 6, который попеременно пропускает свет от крыльев спектральной линии на щель фотометра 7. Выход фотометра соединен с демодулятором 8.
Выходы демодулятора 8 соединены со вхо. дами дифференциального усйлителя 21, а вы" ход -пбЖеЩГЕго Сое11ййе1Гсо входами двух компараторов 23, 24. Причем один компаратор срабатывает йри превышении сигналом с дифференциального -усилйтеля 21 некоторого поло жительного"ойор««ого Ма««ряжения +Ц п, а другой — йр««йревышенйй сйгййом некоторого отрицательного" бйорйого" на1«ряжения — Uo„.
Ойорнь«е -напряжения + UoI« — Uo««формируются в формирователе опорных напряжений
26 и «гнвертируЮщем 3"ФЬйтеле 27.
Частота пойеременного пропускания света от крыльев спектральйой лйнйи подключения конденсаторов 11, 12 во время интегрирования (измерения) asÚü и заданы генератором ймт«ульсов 17; уйрММйМ«йм модуляцией и демодуляцией, кроме того" -йосйедний вырабатывает сигнал, управляющий разрядными ключами 15 и 16 демодулятора 8, который
= "также поступает йа синхронизацию формирователя опорного напряжения 26.
Принцип работы устройства основан на
1 дискретизации измерения рассогласования и отработки этого рассогласования исполнительным органом 1. Период дискретизации постоянен и выбран сообразно частному диапазону изменений входного сигнала рассогласования, а время интегрирования — динамическое, т. е. соотношение между временем интегрирования (измерения) и временем OT15аботки в зависимости от величины сигнала рассогласования изменяется, При малых сигналах время интегрирования возрастает, а при больших — уменьшается.
Весь период дискретизации разделен — вначале следует время разряда фильтра в демодуляторе 8, затем — время интегрирования (измерения), а остальное время отведено на отработку рассогласования исполнительным органом 1, Зля того, чтобы в процессе слежения отрабатываюшее воздействие и величина рассогласования всегда находились в соответствии, формирователь опорного напряжения 26 вырабатывает в промежутках между управляющими разрядными ключами 15 и 16 и сигналами напряжение параболической формы (фиг. 2).
Величина отрабать«вающего воздействия заключается во временной длительности.
Так, если входной сигнал таков, что для
его компенсации исполнительным органом 1 достаточно изменить состояние последнего на одно минимальное дискретное значение отрабатывающего воздействия (один шаг шагового двигателя 4), то все время из длительности периода дискретизации, за исключением времени разряда фильтра в демодуляторе
8 и времени этой минимальной обработки, уйдет на время измерения (интегрирования) .
Если входной сигнал стал вдвое больше, то и время отработки должно быть в два раза больше. Однако при этом увеличится в два раза скорость нарастания U ф уе Поэтому, чтобы привести в соответствие вход««ой сигнал и отрабатывающее воздействие, требуется большое значение Uîï.
Графически U п определяется следующим образом (фиг. 2). устанавливается соответствие между минимальным дискретным отрабатываюшим воздействием и входным сигналом, обеспечиваю«цим заданную точность слежения. Определяется
Т 31, — точка пересечения U, и линии проведенной перпендикулярно к оси абсцисс (время) из точки минимального отрабатывающего воздействия, которое откладывается от конца периода дискретизации. Затем, увеличивая кратно наклон Одифу и величину отработ5 746 ки, можно определить все точки кривой для формы опорного напряжения.
Для получения аналитического выражения формы опорного напряжения вводятся дополнительные обозначения: пТ вЂ” величина сигнала отрабатывающего воздействия (и — целое чис- . ло, N ) n); А — коэффициент передачи .измерительного тракта; 1Q, — Bp0MH ингегриро вания; — постоянная времени демодулятора; ь о — входной сигнал, соответствующий минимальному отрабатывающему воздействию; входной сигнал; т, ц макс — максимальное время интегрирования.
Тогда можно записать
1 и макс
0П О
-n, "u о,„=Е, л (Один период Т вЂ” отводят на разряд демо- . дулятора, а один считаем как минимальное отрабатывающее, тогда
25 „„„с„„с = (И-2)T
= kIT nT=IN и Цт
LI (->- U.
На фиг. 2 приведен пример для N = 21, т. е. когда период дискретизации в N= 21 раз больше, чем период импульсов, поступающих на шаговый двигатель 4. Из фиг. 2 видно, что минимальное отрабатывающее воздействие равно одному импульсу на управление шагового двигателя 4. . Полученное аналитическое выражение,для
Ооп хорошо согласуется с графическим построением.
Работа устройства состоит в следующем, Если спектральная линия находится точнона щели фотометра 7, т. е. от каждого крыла спектральной линии при поочередном пропускании падают одинаковые световые потоки, то на выходе фотометра 7 переменного сигнала не будет. Генератор импульсов 17 периодически вырабатывает импульс разряда фильтра в демодуляторе 8, который запускает и формирователь опорного напряжения 26, а сигналы управления ключами 13, 14 поступают с него юстоянно, т. е. независимо от сигнала рассогласования ключи 15, 16 разряжают периодически конденсаторы 11, 12 (фиг. 3 U u
U I ф )), ключи 13, 14 поочередно подключают конденсаторы 11, 12 к выходу операционного усилителя 10, а в промежутках между импульсами управления разрядными ключами 15, 16 формиро30
50 ватель опорного напряжения 26 формирует U n (фиг. 3) .
При смещении спектральной линки на выходе фотометра 7 появляется переменное напря- . жение, которое фильтруется и демодулируется в демодуляторе 8 в промежутках между разрядами. Так например, если переменный сигнал имеет постоянную амплитуду, то напряжение на выходе дифференциального усилителя
21 будет нарастать линейно. Полярность напряжения 0 ф зависит от знака рассогласования.
Нарастание Одиф ус и формирование Uoä происходит сразу же после окончания времени разряда (фиг. 2 и фиг. 3), причем рост 0оп, в начальный момент времени происходит быстрее чем Одиф ус Поэтому первоначально компараторы 23, 24 находятся в состояниях, которые приняты за исходные, и только в моменты когда U „ф по модулю превышает Uo„один из компараторов срабатывает и выдает.через элемент 25 ИЛИ разрешающий сигнал на отработку рассогласования, который длится до момента разряда фильтра в демодуляторе 8.
В это время импульсы U поступающие непрерывно на блок управления шаговым двигателем 5, проходят на шаговый двигатель 4.
Знак направления отработки, например, поворота плоскопараллельной пдастинки 2 определяется тем, какой из компараторов 23 или 24 сработал. .Зона нечувствительности устройства задана, благодаря неизменному фазовому соотношению сигналов, поступающих на управление шаговым двигателем 5 и сигнала синхронизации формирователя опорного напряжения 26. Так как в конце каждого периода дискретизации существует временный промежуток между импульсом на управление шагового двигателя 4 и началом импульса разряда фильтра в демодуляторе 8, то все входные сигналы, которым соответствуют точки совпадения Одиф.ус и 00„, попадающие в этот временной промежуток, устройством не отрабатываются.
Использование изобретения позволяет получить выигрыш в точности без снижения, быстродействия благодаря тому, что время интегрирования является динамическим и зависит от величины сигнала рассогласования.
Ф ормула изобретения
Фотоэлектрическое следящее устройство, содержащее демодулятор, первый, второй и третий входы которого соединены с соответствующими выходами генератора импульсов, четвертый вход через фотометр — с первым
746447
7 и вторым выходами дефлектора, а первый и второй выходы через дифференциальный усилитель — с первым входом блока опреде- ления знака рассогласования, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входами исполнительного органа, первый, второй, третий и четвертый входы дефлектора — соответственно с первым и вторым выходами исполнительного органа и четвертым и пятым выходами генератора импульсов, шестой выход которого подключен к четвертому входу исполнительного органа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит
8 инвертирующий усилитель и формирователь опорного напряжения, вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, а выход непосредственно через инвертирующий усилитель — соответственно со вторым и
5 третьим входами блока определения знака рассогласования.
Источники информации, 1р принятые во внимание при экспертизе
l. Известия Крымской астрофизической обсерватории." 1964, т, 31, с. 209.
2. Авторское свидетельство СССР Р 575918, кл. G 01 J 1/44, 1975 (прототип).
Составитель Г. Нефедова
Техрец И.Асталош . Корректор И Муска
Редактор И. Ковальчук
Подтисное
Филиал НПП "Патсит", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 4102/16 Тираж 956
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5