Система управления телескопом

 

О П И С А Н И Е 972479

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Социалистических .Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву(22)Заявлено 19.05.80 (2l) 2926442/18-24 с присоединением заявки № (5I)M. Кл.

С 05 0 1/ао (23)Приоритет

Государственный комнтет оо делам изооретеннй и открытки

Опубликовано 07. 11. 82. Бюллетень № 41 (53) УДК 62-50 (088.8) Дата опубликования описания 07 ° 11 ° 82

Б. К. Чемоданов; Л. А. Сенько, В. А. Мольков", "8. А. Семенов, В. И. Башкиров и А. Б. Орлов . (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕСКОПОМ

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического управления аппаратурой, например телескопами, установленными на подвижном основании.

Известны системн автоматического управления телескопами, установленными в двухосном опорно-поворотном устройстве на подвижном основании(1) и (21.

Наиболее близкой -к изобретению по технической сущности является си стема управления телескопом, содержащая двухосное опорно-поворотное устройство, внутренняя рамка которого механически связана с телескопом, двухкоординатный астродатчик, установленный на телескопе, первый и второй датчики угловой скорости, установленные на телескопе, первый и второй сумматоры, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами двухко-. ординатного астродатчика, вторые

2 входы сумматоров через блоки компен сации соединены с выходами первого и второго датчиков угловой скорости, а: выходы через усилители соединены с входами первого и второго исполнительных механизмов, первые выходы которых соединены соответственно с третьими входами первого и второго сумматоров, а вторые выходы механически связаны соответственно с на1О ружной и внутреннеи рамками опорноповоротного устройства (3 1.

Однако с увеличением массы и габаритов современных телескопов и при ограниченных возможностях увеличе15 ния жесткости редукторов приводов, конструкции самого телескопа и его крепления на подвижном основании возникает проблема влияния упругих дето формаций на устойчивость и точность системы управления телескопом.

Отсутствие специальных мер по устранению или уменьшению влияния упругих деформаций приводит к уменьше9724

3 нию запасов устойчивости и значительному увеличению динамической ошибки системы как при отработке управляющих воздействий, так и при парировании системой внешних возмущающих моментов, приложенных к носителю. Эти факторы зависят от конструктивных параметров телескопа (его тензора инерции, жесткости, углов поворота рамок подвеса ), а также параметров движения носителя. Причем происходит одновременно искажение свойств системы в самих каналах и порождение паразитных динамических связей между каналами. 15 !

<роме того, наличие элементов, проявляющих упругие свойства в направлениях, в общем случае несовпадающих с направлением приложенных моментов, также приводит к усилению взаимного влияния каналов управления. Такими элементами являются, например, фермы крепления основания телескопа к носителю, фермы соединения отдельных агрегатов самого телеско- 25 па. уменьшение влияния упругих деформаций за счет увеличения жестко- сти конструкции приводит к значительному увеличению массы телескопа, что неприемлемо для подвижного носителя по целому ряду причин.

Целью изобретения является повышение точности системы управления телескопом за счет компенсации влия- 35 ния упругих связей между основанием телескопа и подвижным носителем, упругостей в исполнительных механизмах и т.д.

Поставленная цель достигается тем, „ что в систему, содержащую двуосное опорно-поворотное устройство, механически связанное с телескопом и с основанием телескопа, двухкоординатный астродатчик, установленный на телескопе первый и второй датчики угловой скорости, пульт управления и первый и второй сумматоры, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами двух

50 координатного астродатчика, а выходы через последовательно соединенные соответственно первые и вторые не линейные регулируемые усилители соединены с входами соответственно пер55 вого и второго исполнительных механизмов, механически связанных с опорно-поворотным устройством и электрически подключенных выходами к вторым

79 4 входам соответственно первого и второго сумматоров, введены первый и второй датчики угла, вычислительный блок, логический блок, первый и второй преобразователи, первый и второй ключи, первый и второй блоки умножения, первый, второй, третий и четвертый резонансные фильтры, выходы которых соединены соответственно с третьими и четвертыми входами первого и второго сумматоров, а входы— соответственно с первыми и вторыми выходами первого и второго ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторь>ми выходами первого и второго ключей,. управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами логического блока, а информационные входы — соответственно с первым и вторым выходами вычислительного блока, третий выход которого подключен к первому входу логического блока, третий и четвертый выходы которогО через первый и второй преобразователи соответственно соединены с вторыми входами первого и второго нелинейных регулируемых усилителей, а второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы логического блока соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков угловой скорости, установленных на основании телескопа, с выходами двухкоординатного астродатчика и первым. выходом пульта управления, первый, второй, третий и четвертый входы вычислительного блока соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков угловой скорости и выходами первого и второго блоков, умножения, первые входы которых соединены с вторым и третьим выходами пульта управления, а вторые входы - с выходами соответственно первого и второго датчиков угла, кинематически связанных с соответствующими исполнительными механизмами.

На чертеже представлена функциональная схема системы управления телескопом.

Система содержит телескоп 1, двух. координатный астродатчик 2, опорноповоротное устройство 3, основание

4 телескопа, подвижный носитель, датчики 6 и 7 угловой скорости, датчики 8 и 9. угла, исполнительные механизмы 10 и 11, усилители 12 и 13, 9 d теристикой нелинейного регулируемого усилителя (величиной зоны нечувствительности), а также динамическими свойствами нагрузки (телескоп 1 с основанием 4), упруго связанной с подвижным носителем 5.

Обратная передаточная функция разомкнутого контура по управляющему воздействию имеет вид с (р) K ÿ ð A(P) " оп(") пo(P)

Kó г(Р) " Впо(Р) -6 (р) 1- 6 (р) % (р) где Ip epe TD HQ 0 редуктора;

Ар - собственный оператор силовой части привода;

Кд - .коэффициент противоЭДС двигателя;

К - коэффициент усиления усиV лителя;

К „с- коэффициент передачи датчика угловой скорости;

Кс - коэффициент обратной связи по скорости исполнительного механизма;

Иг(р)- передаточная фукнция астродатчика;

®Я, <(P) передаточная Функция датчика угловой скорости;

d (P )- изображение ошибки системы; о п (P)- изображение управляющего воздействия; ю зм Р «оператор влияния осIP)= — ° оп 1+ р нования на привод;

"зм

Система управления телескопом работает следующим образом.

Сигналы с выхода двухкоординатно. го астродатчика 2, жестко закрепленного на телескопе 1, пропорциональны отклонению оси визирования тел скопа 1 от исследуемой звезды. Исполнительные механизмы 10 и 11 поворачивают телескоп 1 в сторону уменьшения возникшего рассогласования и

3S сводят его к величине, называемой динамической ошибкой системы. Величина этой ошибки определяется добротностью замкнутого контура и харакВпо®=

При условии К „с=Ко и учитывая, что 4I+><(P)3, в диайазоне частот колебаний нагрузки получим оператор влияния привода на основание; момент инерции телескопа; момент инерции двигателя; момент инерции носителя; момент инерции основания телескопа; жесткость конструкции; коэффициент вязких потерь„ h

Зд

jî5 о к 1 Я(Р) 1 Ь (Р) 8,„(P),К 7=6;,РТ

РХ

+ ю„(р ) с

5 97247 нелинейные регулируемые усилители 14, и 15, первый 16 и второй 17 сумма-. торы, пульт 18 управления, вычислительный блок 19 логический блок 20,, первый 21 и второй 22 преобразователи, первый 23 и второй 24 блоки умножения, первый 25, второй 26, третий 27 и четвертый 28 резонансные фильтры, первый 29 и второй 30 ключи . î

В предлагаемой системе управления телескопом подвижный носитель 5 связан через упругую конструкцию с основанием 4 телескопа, на котором в двухосном опорно-поворотном устройст- 13 ве 3 установлен телескоп 1, с которым механически связан двухкоординатный астродатчик 2. На основании 4 телескопа установлены датчики 6 и 7 угловой скорости.

С внешней и внутренней рамками опорно-поворотного устройства 3 соединены соответственно первый 10 и второй 11 исполнительные механизмы.

972479 8 ния 4 порогового значения, задаваемого с пульта 18 управления и vpaнимого в логическом блоке 20, на ключ 29 (30 ) подается команда на переключение в каждом канале на второй

26 и четвертый 28 резонансные фильтры, которые реализуют другое условие компенсации, получаемое из выражения для передаточной функции системы:

>0 по возмущающему моменту, приложенно. му к носителю 5.

g (p) ((к,-и „,р Р.рирф-ю„р) )в„, е)

>aP %(P)(<-ü„ð )+ к, . K „, рв„,(н)ц.й(й 1-ь„(й в„,р)) где К„

О . 1

Kg 1p оператор влияния внешнего момента, приложенного к носителю 5. бмо ) 3 об о 2 А

P Фf р+1 п с

Зоб 3о

2 3„„

Р 3 g+Q Ф вЂ” + о о

Поскольку 1р>М,то 1- ВопР)= < Далее при

pÐ p) а (р)= (и,сей(-в„,p))+,p к „Ps«(P)7p+»(Pl (<-е,(Pl в„р ) Иэ анализа полученного выражения видно, что точность системы по отношению к возмущающему моменту повышается, что повышает динамическую точность системы.

Анализ динамического взаимовлияния каналов управления в системе показывает, что, чем больше амплитуда колебаний носителя 5 и их скорость

1 тем выше взаимное влияние каналов.

Таким образом, возникает необходимость введения дополнительных компенсирующих связей в каналах управления. В вычислительном блоке 19 производится сравнение динамических характеристик движения носителя 5 с заданными иэ пульта 18 управления, а также с параметрами относительного движения телескопа 1 по информации получаемой с датчиков 8 и 9 угла.

При значительных колебаниях носителя 5 и больших относительных углах поворота рамок опорно-поворотного уст ройства 3 друг относительно друга

Из анализа полученного выражения видно, что, подбирая указанным образом коэффициенты передачи и динамические свойства первого 25 и второго 26 резонансных фильтров, можно компенсировать влияние упругих деформаций на динамическую точность системы.

В случае превышения амплитудой угловой скорости колебаний основавыполнении условия (К -К p=-<,получим сигнал из вычислительного блока 19 подается в логический блок 20, по ,сигналам с которого с помощью ключей 29 и 30 дополнительно вводятся сигналы с вычислительного блока 19 для компенсации динамического взаимовлияния каналов.

Алгоритм работы вычислительного блока 19 может быть получен из анали. за пространственной математической модели системы управления телескопом.

Алгоритм вычислительного блока 19 реализуется на основе решения матричного уравнения.

W(P) К{Р)-3 ас ®(Р)- К(Р)= g; где Ч(р) - передаточная матрица системы, разомкнутой по главным обратным связям;

K(P) - передаточная матрица фильт ра компенсации динамического взаимовлияния основных каналов системы.

<1 9724 щ(а) =,„. (p) а„„„(p) ф e(V))+ ь|;.(Р), 8„"(P) = где а„.;, а„- °

Система управления телескопом, содержащая двухосное опорно-поворотное устройство, механически связанное с телескопом и с.основанием телескопа двухкоординатный астродатчик, установленный на телескопе, первый и,второй датчики угловой скорости, пульт управления и первый и второй сумматоры, nepeb e входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами двухкоординатного. астродатчика, а выходы через последовательно соединенные соответственно первые и вторые .нелинейные регулируемые усилители соединены с входами соответственно первого и второго исполнительных механизмов, механически свяч занных с опорно-поворотным устроиством и электрически подключенных выходами к вторым входам соответственно первого и второго сумматоров, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы, она дополнительно содержит первый и второй датчики угла, вычислительный

1 9 1 где N.. (Р) - передаточная матрица ме11

S ханической части основных каналов системы; передаточная матрица динамических связей взаимовлияния в механической части;

Щ . (Р) передаточная матрица приводов системы с отключенной механической нагрузкой;

В(Р)- передаточная матрица влияния моментов со стороны нагрузки на приводы системы.

P F.„4 С,.„.

PF С с1,". p +(a . +,.lp+g.. C

11 1 11 11/ И 11 с1 .. P + б .. p + сЯ „. °

1 jj

n11(P 1

25 коэФФициенты уравнений механической час ти,зависящие от тенэора инерции, углов поворота и параметров движения телескопа 1 и носителя Б (угловых скоростей ); с, F — коэффициенты жесткос11 11 ти и потерь на внутБ реннее неупругое сопротивление упругих элементов приводов.

Регулирование характеристики (зоны нечувствительности ) нелинейного ре4D гулируемого усилителя 14 (15 ) также позволяет компенсировать влияние упругости между основанием 4 телескопа и подвижным носителем 5. Задавая с пульта 18 управления на логической

45 блок 20 предельно допустимое значение динамической ошибки системы и сравнивая его с текущими значениями сигналов рассогласования, получаемыми с двухкоординатного астродатчика 2, удается выбрать такое значение зоны нечувствительности, при ко" тором одновременно удовлетворяются требования по точности слежения и по энергопотреблению исполнительных механизмов 10 и ll. Действительно, при

55 нахождении величины динамическои ошибки в зоне нечувствительности движение исполнительных механизмов 10

79 10 и 11 отсутствует, что снижает энергопотребление. Последнее обстоятельство особенно важно при работе системы s режиме сканирования пространства. Режим сканирования предусматривает ступенчатое перемещение оси визирования телескопа 1 сначала по одной координате (образуя так называемую строку ), затем производится сдвиг на малый угол по другой координате и процесс сканирования продолжается вдоль строки, причем движение по строке производится также ступенчато, с остановками через определенный угол для тога, чтобы обеспечить возможность анализа заданного участка пространства.

Таким образом, при остановках телескопа 1 исполнительные механизмы

10 и 11 не потребляют энергии, так как ошибка системы находится в зоне нечувствительности нелинейного регулируемого усилителя 14 (15 ).

Таким образом, предлагаемая сис" тема позволяет снизить ошибки системы более чем в два раза по сравнению с известной системой, а энергопотребление в режиме сканирования — на 20301 в зависимости от величины углов прокачки телескопа.

Формула изобретения

79 з 8516/40 дписное

9724 блок, логический блок, первый и второй преобразователи, первый и второй ключи, первый и второй блоки умножения, первый, второй, третий и чет вертый реаонансные фильтры, выходы которых соединены соответственно с третьими и четвертыми входами первого и второго сумматоров, а входысоответственно с первыми и вторым выходами первого и второго ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами логического блока, а информационные входы - соответственно с первым и вторым выходами вычислитель- 1 ного блока, третий выход которого подключен к первому входу логического блока, третий и четвертый выходы которого через первый и второй преобразователи соответственно соединены с вторыми входами первого и второго нелинейных регулируемых усилителей, а второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы логического блока соединены соответственно с выходами пер- 5 вого и второго датчиков угловой скорости, установленных на основании телескопа, с выходами двухкоординатного астродатчика и первым выходом пульта управления, первый, второй, третий и четвертый входы вычислительного блока соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков угловой скорости и выходами первого и второго блоков умножения, первые входы которых соединены с вторым и третьим выходами пульта управления, а вторые входы - с выходами соответственно первого и второго датчиков угла кинематически связанных с соответствующими исполнительными механизмами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 331370, кл. G 02 B 23/00, 1970.

2. Крмоян Н. M. и др. Система уп. равления автоматической рабочей аппаратуры "Орион". Сообщения Бюраканской обсерватории. Вып. XLY. Ереван, 1972, 3..Авторское свидетельство СССР и 98019, кл.0 05 В 11/01, 1974 (прототип). филиал ППП "Патент" г.ужгород,ул.Проектная,4