СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕКАМЕРОЙ Российский патент 2003 года по МПК G05B11/00 

Изобретение относится к системам управления подвижными объектами и может быть использовано в системах управления угловым положением телекамеры и акустических средств подводных и летательных аппаратов.

Известно устройство для управления подводным аппаратом, содержащее движители вертикального и горизонтального перемещений, подключенные соответственно к выходам первого и второго усилителей, телекамеру, установленную с возможностью поворота, блок управления движителями, а также последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь, первый блок умножения, первый ключ, выход которого соединен с входом первого усилителя, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, второй блок умножения, второй ключ, выход которого соединен с входом второго усилителя, первый пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, последовательно соединенные источник опорного сигнала, сумматор, второй пороговый элемент, логический элемент НЕ, логический элемент ИЛИ, второй вход которого через третий пороговый элемент соединен с выходом сумматора, а выход - с управляющим входом второго ключа, причем вторые входы блоков умножения соединены с блоком управления движителями, а входы синусного и косинусного функциональных преобразователей, первого порогового элемента и второй вход сумматора - с выходом датчика угла поворота телекамеры, последовательно соединенные датчик расстояния, третий ключ, четвертый пороговый элемент и четвертый ключ, последовательно соединенными первым блоком деления, первый и второй входы которого подключены соответственно к входу второго блока умножения и выходу второго источника опорного сигнала, вторым сумматором и пятым ключом, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго блоков деления, а выход - с вторым входом четвертого ключа, третий вход которого соединен с выходом блока управления движителями, а выход - с первыми входами первого и второго блоков умножения, причем первый и второй входы второго блока деления соединены соответственно с входом первого блока умножения и выходом третьего источника опорного сигнала, а второй вход второго сумматора подключен к выходу второго блока деления, последовательно соединенные третий сумматор, пятый пороговый элемент, шестой и седьмой ключи, при этом вторые входы шестого и седьмого ключей соединены с выходом четвертого порогового элемента, а выход седьмого ключа соединен с первым входом четвертого ключа, прямой вход третьего сумматора соединен с выходом датчика команд, а инверсный вход третьего сумматора соединен с выходом пятого ключа (см. а.с. СССР 1408704, МКИ⁴ В 63 Н 25/00).

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает автоматическое перемещение телекамеры, следящей за целью, при программном или ручном управлении подводным аппаратом во время его движения над этой целью.

Известна также система управления телекамерой, содержащая последовательно соединенные датчик скорости, интегратор, второй вход которого соединен с переключателем режимов, первый сумматор, первый релейный элемент и второй сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, последовательно соединенные измеритель рассогласования, усилитель-преобразователь, и электродвигатель с редуктором, последовательно соединенные датчик положения, вход которого механически соединен с выходным валом редуктора, второй функциональный преобразователь и первый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика высоты и первым входом блока деления, а также задатчик положения телекамеры, причем выход датчика положения соединен со вторым входом измерителя рассогласования (см. патент РФ 997544).

Недостатком этой системы - прототипа является то, что она не всегда обеспечивает качественное слежение за целью, особенно тогда, когда оптическая ось телекамеры составляет с горизонтом угол ≈90^o.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение более точного слежения телекамеры за обнаруженным объектом при перемещении подводного аппарата над этим объектом.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании более качественного сигнала управления телекамерой во время ее слежения за целью.

Поставленная задача решается тем, что в систему управления телекамерой, содержащую последовательно соединенные датчик скорости, интегратор, второй вход которого соединен с переключателем режимов, первый сумматор, первый релейный элемент и второй сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, последовательно соединенные измеритель рассогласования, усилитель-преобразователь, и электродвигатель с редуктором, последовательно соединенные датчик положения, вход которого механически соединен с выходным валом редуктора, второй функциональный преобразователь и первый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика высоты и первым входом блока деления, а также задатчик положения телекамеры, причем выход датчика положения соединен со вторым входом измерителя рассогласования дополнительно вводятся элемент слежения-хранения, первый вход которого подключен к выходу первого блока умножения, а выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные второй релейный элемент и второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - со входом первого функционального преобразователя, нелинейный элемент, вход которого подключен ко входу второго релейного элемента и выходу первого сумматора, а выход - ко второму входу блока деления, а также ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом задатчика положения и выходом второго сумматора, третий вход - с выходом переключателя режимов и вторым входом элемента слежения-хранения, а выход - с первым входом измерителя рассогласования.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Заявляемая совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет обеспечить точное слежение телекамеры за обнаруженным объектом при перемещении подводного аппарата над этим объектом.

Блок-схема предлагаемой системы управления телекамерой представлен на фиг.1. На фиг.2 представлена схема расположения подводного аппарата, телекамеры и обнаруженного объекта.

Система управления телекамерой содержит последовательно соединенные датчик скорости 1, интегратор 2, второй вход которого соединен с переключателем режимов 3, первый сумматор 4, первый релейный элемент 5 и второй сумматор 6, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя 7, последовательно соединенные измеритель рассогласования 8, усилитель-преобразователь 9, и электродвигатель с редуктором 10, последовательно соединенные датчик положения 11, вход которого механически соединен с выходным валом редуктора, второй функциональный преобразователь 12 и первый блок 13 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 14 высоты и первым входом блока деления 15, а также задатчик положения 16 телекамеры, причем выход датчика 11 положения соединен со вторым входом измерителя рассогласования 8, элемент слежения-хранения 17, первый вход которого подключен к выходу первого блока 13 умножения, а выход - ко второму входу первого сумматора 4, последовательно соединенные второй релейный элемент 18 и второй блок 19 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока деления 15, а выход - со входом первого функционального преобразователя 7, нелинейный элемент 20, вход которого подключен ко входу второго релейного элемента 18 и выходу первого сумматора 4, а выход - ко второму входу блока 15 деления, а также ключ 21, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом задатчика положения 16 и выходом второго сумматора 6, третий вход - с выходом переключателя режимов 3 и вторым входом элемента слежения-хранения 17, а выход - с первым входом измерителя рассогласования 8. Цифрами 22, 23 и 24 на фиг. 2 обозначены соответственно подводный аппарат, телекамера и обнаруженный объект.

На чертежах введены следующие обозначения:
α - угол поворота оптической оси телекамеры по отношению к продольной оси подводного аппарата;
H - высота подводного аппарата над обнаруженным объектом;
V - скорость движения подводного аппарата;
S - расстояние от подводного аппарата до обнаруженного объекта по горизонтали в момент перехода в режим автоматического управления телекамерой;
S₁ - расстояние, пройденное подводным аппаратом по горизонтали, после перехода в режим автоматического управления телекамерой;
α₀ - задающий сигнал угла поворота телекамеры.

Устройство работает следующим образом.

После обнаружения объекта 24 оператор должен маневрировать подводным аппаратом 22, изменяя величины Н и V. При этом он не должен потерять обнаруженный объект 24 из поля зрения телекамеры. То есть он должен одновременно управлять и подводным аппаратом, и телекамерой. Это, как правило, качественно сделать не удается. Поэтому необходимо обеспечить точное автоматическое слежение телекамеры 23 за обнаруженным объектом 24 во время ручного управления подводным аппаратом 22.

Пока оператор вручную управляет телекамерой 23 задатчик положения 16 с помощью ключа 21 соединен со входом измерителя рассогласования 8.

Когда цель обнаружена (см. фиг.2) оператор может переходить на ручное управление подводным аппаратом 22 и автоматическое управление телекамерой 23.

С этой целью оператор с помощью переключателя режимов 3 и ключа 21 соединяет выход сумматора 6 со входом измерителя рассогласования 8, отключив от этого входа задатчик положения 16 (ручное управление). С помощью этого же переключателя режимов 3 запускается интегратор 2, на выходе которого в момент запуска устанавливается нулевое значение, и элемент 17 слежения-хранения переводится в режим "хранение".

На выходе функционального преобразователя 12 всегда формируется сигнал ctg α, на выходе датчика 14 высоты всегда формируется сигнал Н. В результате на выходе блока умножения 13 формируется сигнал (см. фиг.2)
Н•ctg α=S,
который хранится в элементе 17 слежения-хранения без изменения во время автоматического управления телекамерой 23.

На выходе интегратора 2 после запуска (в момент времени t₀) автоматического режима управления телекамерой 23 через некоторое время t формируется сигнал

а на выходе сумматора 4 - сигнал S-S₁, который указывает на текущее расстояние до обнаруженного объекта по горизонтали. Причем величины V и Н в процессе ручного управления подводным аппаратом могут изменяться произвольным образом.

Нелинейный элемент 20 имеет характеристику

где Δ>0, К>0 - малые величины.

Релейный элемент 18 имеет характеристику

Таким образом, на выходе блока умножения 19 формируется сигнал, равный:

Нелинейный элемент 20 необходим для того, чтобы делитель блока деления 15 не был бы слишком малым и не менял бы знак. В этом случае блок деления 15 вырабатывает точный выходной сигнал. Величины Δ и К в нелинейном блоке 20 подбираются исходя из характеристик блока деления 15. Но они должны иметь по возможности наименьшую величину.

В тех случаях, когда |S-S₁|<Δ, величина остается постоянной даже, если S₁= var. Но, ввиду малости Δ, это практически не влияет на работоспособность системы, поскольку угол зрения телекамеры 23 достаточно велик.

На выходе функционального преобразователя 7 формируется сигнал

постольку этот преобразователь реализует стандартную функцию arctg.

До тех пор пока S-S₁>0 на выходе этого преобразователя формируется сигнал

но когда S-S₁<0, на его выходе начинает формироваться сигнал (угол), сдвинутый по сравнению с требуемым сигналом на -π. В этот момент включается релейный элемент 5 и на выходе сумматора 6 формируется правильный сигнал α₀.
Именно этот сигнал α₀ и начинает управлять приводом телекамеры 23 (см. фиг.1), поворачивая его вал на требуемый угол.

При переходе на ручное управление телекамерой 23 оператор с помощью переключателя режимов 3 переводит элемент слежения-хранения 17 в режим слежения, то есть на него начинает поступать новое текущее значение S, интегратор 2 отключается, а ключ 21 соединяет выход задатчика положения 16 со входом измерителя рассогласования 8.

Таким образом, предложенная система позволяет обеспечивать ручное и автоматическое управление телекамерой 23 подводного аппарата 22. Последнее наиболее эффективно в процессе маневрирования этого аппарата вблизи обнаруженного объекта.

Реализация предложенного устройства не вызывает затруднений, так как оно состоит из типовых электронных элементов.

Изобретение относится к системам управления подвижными объектами и может быть использовано в системах управления угловым положением телекамеры и акустических средств подводных и летательных аппаратов. Технический результат - обеспечение более точного слежения телекамеры за обнаруженным объектом при перемещении подводного аппарата над этим объектом. Для формирования более качественного сигнала управления телекамерой во время ее слежения за целью дополнительно вводятся элемент слежения-хранения, первый вход которого подключен к выходу первого блока умножения, а выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные второй релейный элемент и второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - со входом первого арктангенсного функционального преобразователя, нелинейный элемент, вход которого подключен ко входу второго релейного элемента и выходу первого сумматора, а выход - ко второму входу блока деления, а также ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом задатчика положения и выходом второго сумматора, третий вход - с выходом переключателя режимов и вторым входом элемента слежения-хранения, а выход - с первым входом измерителя рассогласования. 2 ил.

Система управления телекамерой, содержащая последовательно соединенные датчик скорости, интегратор, второй вход которого соединен с переключателем режимов, первый сумматор, первый релейный элемент и второй сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого арктангенсного функционального преобразователя, последовательно соединенные измеритель, рассогласования, усилитель-преобразователь и электродвигатель с редуктором, последовательно соединенные датчик положения, вход которого механически соединен с выходным валом редуктора, второй котангенсный функциональный преобразователь и первый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика высоты и первым входом блока деления, а также задатчик положения телекамеры, причем выход датчика положения соединен со вторым входом измерителя рассогласования, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены элемент слежения-хранения, первый вход которого подключен к выходу первого блока умножения, а выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные второй релейный элемент и второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - со входом первого арктангенсного функционального преобразователя, нелинейный элемент, вход которого подключен ко входу второго релейного элемента и выходу первого сумматора, а выход - ко второму входу блока деления, а также ключ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом задатчика положения и выходом второго сумматора, третий вход - с выходом переключателя режимов и вторым входом элемента слежения - хранения, а выход - с первым входом измерителя рассогласования.