Фотоэлектрическое следящее устройство Советский патент 1980 года по МПК G05D3/02 G01J1/44 

Изобретение относится к автоматике, а имен но, к фотоэлектрическим следящим системам и предназначено, дня удержания cnekTpanbHoft 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 к предложенному является устройство, содержащее демодулятор, первой, второй и третий вход которого соединены с соответствующими вторы и третьим выходами генератора импульсов, четвертый вход через фотометр - с первым и вто 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 входами исполнительного органа, первый, второй, третий и четвертый входы дефлектора - соотBeTCTBeifflo с первым и вторым выходами исголнительного органа и четвертым и пятым выходами генератора импульсов, щестой выход которого подключен к четвертому входу исполнительного органа 2. Недостатком данного устройства является малая точность слежения. Цель изобретения - повыщение 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, щагового двигателя 4 и блока 5 J-f , .KJ управления шаговым двигателем, дефлектор 6, фотометр 7, демодулятор 8J состоящий из резистора 9, операционного усилителя 10, кондеИсаторов II и 12 и ключей 13, 14, 15 и 16, генератора 17 импульсов, состоящего из генератора 18, делителя 19 частоты и ждутдего мультивибратора 20, дифференциальный усилитель 21, блок 22 определения знака рассогласо вания, состоящий из ЙЪмгараторов 23 и 24 и элемента 25 ИЛИ,фо рмирователь 26 опорного напряжения, инвертирующий усшгитель 27, сос тоящий из резисторов 28, 29 и операционного усилителя 30, опорное напряжение U, выхода формирователя 26 опорного напряжени выходное напряжение идаф.ус. дифференциального усилителя 21, при раздах сигналах на входе демодулятора 8, оПорное напряжение UQ сШтветствующее минимальному дискретному отрабатывающему воздействию, период импульсов Т управления шаговым двигателем 4, период дискретизации NT (N-целое число), напряжение управления ключом 13 - UKis; иаг яжёнйе управления ключом 14 - UK 14, вых яое напряжение ждущего мультивибратора 20 ж.мул. напряжение управйЬния шаговым двигателем. 4 - Ущд, точки моментов сравнения UQH и . - 31, 32, 33 и 34 и соответствующие им отрабатывающие воздействия в виде пачек импульсов поступающие на управле.ние шагового двигателя (Uai, Уза, изз и U34). . Световой поток от спектральной линии про ходит через плоскопараллельную пластину 2, па дает на дефлектор 6, который попеременно пропускает свет от крьтьев спектральной линии. на щель фотометра 7. Выход фотометра соединен с демодулятором 8. Выходы демодулятора 8 соединены со входами дифференциального усилителя 21, а ХбД п еЯёдеег6 со ёДйЧе со входами двух компараторов 23, 24. Причём один компаратор срабать1ёаёт прй npeBbiiiierora сигналом с диффёрёщийьнбго усилителя 21 некоторого пололдаёл1Е;йШ в Опйррй$г +UotT ДРУ Той - n 1ip limeiifflr ctrftffioM некоторого ЬтрйцатёМнйгОбШ рйд о1 а1 фяжения -UonОп6рго ё напряжёния + UQJJ - UQ формируются в формирователе опорных напряжений 26 и-:1 нвё-ршр Г|вйсш « 1еШёда Частота попеременного пропускания света от . ... ... - Л- ч :ГLVT rЛ;,,., крыльев спектральной линии подключения ковденсаторов И, 12 вотврёмй интегрироваййя (йзмёрёния)(аны генератором импульсов ,17, упр1ЙЯЖ |ШГ11Ьдуляцией и демодуляцией, крбМё тотег Шспедний вырабатывдет сигнал, управляющий разрядными ключами 15 и 16 демодулятора 8, который т кжё1кх;тупает на синхронизацию форМИрова Тгеля 6пбрнЬгЪ напряже1гоя 26. 7 4 Пришшп работы устройства основан на 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. ё. соотношение между временем интегрирования (измерения) и временем отработки в зависимости от.величины сигнала рассогласования изменяется . При малых сигналах время интегрирования возрастает , а при больших - уменьшается. Весь период дискретизации разделен - вна цале следует время разряда фильтра в демодуляторе 8, затем - время интегрирования (измерения), а остальное время отведенона отработку рассогласования исполнительным органом 1., Для того, чтобы в процессе слежени.я отрабатывающее воздействие и величина рассогласова1шя всегда находились в соответствии, формирователь опорного напряжения 26 вырабатьгаает в промежутках между управляющими разрядными ключами 15 и 16 и сигналами напряжение параболической формы (фиг. 2). Величина отрабатывающего 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 идафу Поэтому, чтобы привести в соответствие входной сигнал и отрабатывающее воздействие, требуется большое значение UQJJ. Графически UQ определяется следующим образом (фиг. 2). Устанавливается соответствие между минимальным дискретным отрабатывающим воздействием и входным сигналом, обеспечивающим заданную точность слежения. Отфеделяется Т 31, - точка пересечетш у,- и линии роведенной перпе щикулярно к оси абсцисс (время) из точки минимального отрабатываюего воздействия, которое откладывается от онца периода дискретизации. Затем, увеличиая кратно шклон у и величину отработки, можно определить все точки кривой для формы опорного папряжейия. .Для получения аналитического выражения формы опорного напряжения вводятся дополнительные обозначения: пТ - величина сигнала отрабатывающего воздействия (п - целое число, N п); А - коэффициент передачи измерительного тракта; t время интегриропостоянная времени демодулятора; Е о - входной сигнал, соответствующий минимальному отрабатывающему воздействию; Е - входной сигнал ; t ц макс максимальное время интегрирования. Тогда можно записать t, ц fAOViC Uon o-AB eo-n, е.-п-А - ОП О Один период Т - отводят на разряд демодулятора, а один считаем как минимальное отрабатьгеающее, тогда j feuMOkC ( t,. lN-n-iyT (N-n-ii-n . Ha фиг. 2 приведен пример для N 21, т. е. когда гериод дискретизации в N 21 раз больше, чем период импульсов, поступающих на щаговый двигатель 4. Из фиг. 2 видно, что минимальное отрабатывающее воздействие равно одному импульсу на управление щаговог двигателя 4. . Полученное аналитическое выражение ,ддя DOJ, хорощо согласуется с графическим постро ением. . Работа устройства состоит в. следующем. Если спектральная линия находится точнояа 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 периодичес ки вырабатывает импульс разряда фильтра в демодуляторе 8, который запускает и формир ватель опорного напряжения 26, а сигналь управления ключами 13, 14 поступают с него постоянно, т. е. независимо от сигнала рассогла сования ключи 15, 16 разряжают периодически конденсаторы П, 12 (фиг. 3 ук.муп. -диф.ус.) ключи 13, 14 поочередно подключают конденсаторы 11,12 к выходу операционного усилителя 10, а в промежутках между импульсами управления разряд№1ми ключами 15, 16 формиро ватель опорного напряжения 26 формирует UQ. (фиг.З). При смещении спектральной лишш на выходе фотометра 7 появляется переменное напряжение, 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 нагфяжения идаф yj. зависит от знака рассогласования. Нарастание . и формирование UQ происходит сразу же после окончания времени. разряда (фиг. 2 и фиг. 3), причем рост Don, в начальный момент времени происходит быстрее чем идиф.ус. Поэтому первоначально компараторы 23, 24 находятся в состояниях, которые приняты за исходные, и только в моменты когда идаф yg по модулю превыщает иоп,один из компараторов срабатывает vs. выдает через элемент 25 ИЛИ разрешающий сигнал на отработку рассогласования, который длится до момента разряда фильтра в демодуляторе 8. В зто время импульсы и„,д поступающие непрерывно на блок управления шаговым двигателем 5, проходят на щаговый даигатель 4. Знак направления отработки, например, поворота шюскопараллельной щастимки 2 определяетсятем, какой из компараторов 23 или 24 сработал. Зона нечувствительности устройства задана, благодаря неизменному фазовому соотнопхёнию сигналов, поступающих на управле1ше шаговым двигателем 5 и сигнала синхронизации формирователя опорного напряже шя 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 . и оп. попадающие в этот временной промежуток, устройством не отрабатываются. Использование изобретения позволяет получить вьшгрыЩ 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

7 74

и вторым выходами дефлектора, а первый и второй выхопьт через дифференциальный усилитель - с первым входом блока определения знака рассогласования, первый , второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входами, исполнительного органа, гервый, второй, третий и четвертый входы дефлектора - соответственно с первым и вторым выходами исполнительного органа и тетвертым и пять1м выходами генератора импульсов, шестой выход которого подключен к четвертому входу исполнительного органа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит

тшертируюший усилитель и формирователь опорного напряжения, вход которого соединен с третьим выходом генератора импульсов, а выход непосредственно через инвертирующий ус1тнтель - соответственно со вторым и третьим входами блока определения знака рассогласования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Известия Крымской астрофизической

обсерватории. 1964, т. 31, с. 209.

2. Авторское свидетельство СССР № 575918,

1СП. G 01 J 1/44, 1975 (прототип).