Элементы и устройства управления прецизионных оптико-механических сканирующих систем

• Автор: Выскуб, Виктор Гаврилович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 325 с. : ил

Оглавление
Введение
1. Постановка задачи управления оптикомеханическими сканаторами с магнитоэлектрическим приводом
1.1. Принципы построения сканирующих систем и требования к сканаторам и устройствам управления

1.2. Сравнительный анализ различных типов сканаторов

1.3. Опыт создания и исследования систем управления объектами повышенной точности

1.4 Особенности управления оптикомеханическими сканаторами

с магнитоэлектрическим приводом

2. Математическое описание оптикомеханических сканаторов с магнитоэлектрическим приводом

2.1. Математическая модель двумерного сканатора

2.2 Учет упругих связей в математической модели сканатора

2.3. Динамические характеристики сканаторов с магнитоэлектрическим приводом
2.4. Параметрический анализ математической модели сканатора
2.5.Методика расчета и выбора основных параметров оптикомеханических сканаторов
3. Одномерные структуры систем управления оптикомеханическими сканаторами с магнитоэлектрическим приводом
3.1.Анализ структур, выбор метода и средств исследования систем управления высокоточными сканаторами
3.2. Оценка возможностей модального управления сканатором
3.3. Линеаризованная система управления сканатором и влияние нелинейностей ее элементов
3.4. Релейные законы управления сканатором
3.5. Комбинированное управление Выводы
4. Пути совершенствования сканирующих систем на основе оптикомеханических сканаторов с магнитоэлектрическим приводом
4.1. Квазиоптиматьное по быстродействию управление сканатором
4.2. Применение компенсационных методов в устройствах управления сканаторами
4.3. Использование средств адаптации для улучшения качества управления оптико механическими сканаторами
4.4. Способы повышения точности двумерных сканирующих систем
4.5 Многомерные сканирующие системы
5. Аппаратная реализация, экспериментальное исследование и моделирование устройств и систем управления оптикомеханическими сканаторами
5.1. Интерференционный измеритель перемещения
5.2. Цифровые устройства сравнения и одноконтурные структуры систем управления сканаторами
5.3. Устройства коррекции
5.4. Устройства логического управления
5.5. Средства повышения надежности систем управления сканаторами
5.6. Устройства формирования задающих воздействий Выводы
6. Экспериментальные исследования и моделирование сканатора и устройств управления
6.1. Оценка адекватности моделей
6.2. Многоструктурная система управления
6.3. Лазерное устройство вывода графической информации
6.4. Математическое моделирование Выводы
Заключение
Литература


В системе обработки фильмовой графической информации ПУОС3 использованы два оптикомеханических сканатора с магнитоэлектрическим приводом, оси которых лежат во взаимноперпендикулярных плоскостях 2. Регистрация угловых перемещений зеркал производится интерференционным методом. Предусмотрены режим стабилизации зеркал в заданном положении с пропорциональным законом управления и режим позиционных перемещений с двухинтервальным управлением разгонторможение. В режиме движения ЭВМ осуществляет прием текущих координат зеркал, вычисляет ошибку положения и скорость ее изменения и на их основе определяет управляющее воздействие, которое подается через ЦАП на привод сканаторов. В работе описано телевизионное устройство с оптикомеханической строчной разверткой на основе зеркальной призмы. Кадровая развертка осуществляется рефракционной призмой. Найдены выражения, определяющие зависимость координат сканирующего пятна от текущих углов поворота строчного и кадрового сканаторов, а также проанализированы возникающие геометрические искажения. Привод обеих призм обеспечивают синхронные гистерезисные двигатели. Задачей устройства управления является обеспечение синхронизируемой внешними синхроимпульсами линейной скорости развертки. Обратная связь по углу отсутствует, но для снижения нестабильности скорости развертки и уменьшения геометрических и временных искажений растра предусмотрен оптический корректор, в качестве которого может быть использован оптикомеханический сканатор с магнитоэлектрическим приводом или акустооптический сканатор. Предложено решение проблемы учета нелинейностей развертки, вызванных дисторсией оптических элементов, погрешностями изготовления механических узлов, неидеалыюстью сборки и юстировки путем проведения калибровки устройства развертки. Использование малоинерционного кадрового отклоняющего блока позволило осуществить коррекцию погрешностей, вызываемых пирамидальностью призмы. Величины соответствующих поправок для каждой грани вычисляются путем сканирования призмой тестового образца. Привод призмы осуществляется двигателем постоянного тока. Необходимая стабильность скорости вращения обеспечивается системой стабилизации угловой скорости. Угловое положение призмы и зеркала сканатора регистрируется прецизионными отсчетными системами, одна из которых для строчной развертки выполнена с использованием опорной решетки, а другая для кадровой развертки с использованием интерферометра. Скорость вращения призмы контролируется по частоте повторения видеосигнала с ФЭУ опорного канала. Наличие опорной решетки позволило определить ноль строчной развертки как момент перехода луча с непрозрачного поля на штриховую зону решетки. Исследований, посвященных интерференционным системам, как следует из рассмотренной литературы, немного, и они относятся к объектам управления, обеспечивающим предельную точность, таким как, например, измерительные приборы и специальные технологические установки. Анализ прецизионных цифровых систем автоматического управления показывает уникальность каждой конкретной задачи, которая заключается в специфике цели управления и математическом описании объекта управления. При этом вследствие высокой точности становятся существенными естественные нелинейности, упругие связи объекта управления, действующие на него в различных режимах работы систематические возмущения и их спектральные характеристики, нестационарность, многосвязность и др. Заслуживают внимания и дальнейшего исследования с точки зрения построения систем управления сканаторами логические законы управления, возможности комбинированного управления и квазиоптимального управления, оптической коррекции. Для составления математического описания сканатора важны проведенные исследования метрологических особенностей сканатора . Для решения вопросов функционального управления сканаторами важен опыт станочных, робототехнических систем и графопостроителей, по отношению к которым в частности получены общие выражения, связывающие геометрические погрешности воспроизведения заданных контуров с ошибками одномерных систем, а также разработаны средства повышения динамической точности 3,,,0.