Синтез системы автоматического регулирования радиального положения пятна (стр. 1 из 2)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине
“Основы автоматики и системы автоматического управления ”
на тему:
Синтез системы автоматического регулирования
радиального положения пятна
Рязань 2008
Содержание
Задание
Введение
Расчет датчика положения
Расчет линейного электродвигателя
Расчет оптической системы
Расчет корректирующего устройства
Заключение
Список литературы
Приложение
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра САПР вычислительных средств
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
по дисциплине "Основы автоматики и системы автоматического управления”
студентки_Поповой Е.Ю. ___________________________группы 050_
Тема
Синтез системы автоматического регулирования радиального положения пятна
Срок представления работы к защите: ______________г.
Исходные данные для выполнения работы:
λ=8 мкм;
F=150;
kу=3;
Т=3·10-4 с;
dк=15 мм;
В=1 т;
Rk=4 Ом;
W=100 витков;
m=30 г;
μ=40 г/с;
c=0 н/м.
Руководитель работы __ /подпись/
Задание выдано ______________г.
Задание принято к исполнению /подпись/
Введение
В настоящее время оптические дисковые системы нашли множество применений. Возможность записи значительного объема информации и простота тиражирования делает оптический диск очень привлекательным. В сфере записи и хранения данных системы с прямой оптической записью информации стали штатными периферийными устройствами компьютеров.
Просто осуществляемое сканирование по плоской поверхности диска при считывании, обеспечивающее быстрый доступ к информации, важное качество таких систем. Дополнительным достоинством оптических дисков является отсутствие физического контакта между считывающей головкой и несущем информацию слоем, так как считывание осуществляется пучком света, сфокусированным на этом слое. Защитный прозрачный слой, покрывающий носитель информации, предохраняет мелкие детали от повреждений и затеняющих частичек.
Как и в обычной граммофонной записи, информация расположена по спирали, которая называется дорожкой. Дорожка представляет собой спиральный прерывистый пунктир из меток записи. Метки являются маленькими областями, имеющими оптический контраст с окружающей их зеркальной поверхностью, например черные элементы в виде черточек или продолговатые углубления (питы) на поверхности. Метки вызывают изменение отражения от диска вдоль дорожки. Оптическая считывающая головка, которая в данном случае заменяет механическую иглу граммофона, преобразует изменения отражения в электрический сигнал. Для этого объектив головки фокусирует лазерный луч в маленькое пятно на дорожке и направляет луч, отраженный от диска, на фотоприемник. Таким образом, сигнал с фотоприемника модулируется во времени в соответствии с метками на дорожке вращающегося диска.
Высокая плотность в записи информации достигается с помощью оптических средств, которые представляют собой оптический сканирующий микроскоп со средним увеличением. Предел плотности записи обусловлен дифракцией света, которая определяет минимальный диаметр пятна в фокальной плоскости. Размер пятна пропорционален длине волны света λ, излучаемого полупроводниковым лазером. Для используемых в настоящее время лазеров это составляет 109 - 1011 бит на диск. На рис.1 показаны основные оптические элементы считывающей головки.
Диск
O
ЗD
Л
Рис.1. Базовая оптика.
Излучение полупроводникового лазера Л фокусируется через прозрачную подложку диска на поверхность, несущую информацию, с помощью объектива микроскопного типа О. Часть отраженного света, собираемого тем же объективом, направляется полупрозрачным зеркалом З на детектор (фотоприемник) D.
Для сканирования всего диска эта конструкция должна быть укреплена на каретке, перемещающейся по радиусу диска. При этом малые и кратковременные ошибки (отклонения) пятна от дорожки устраняются за счет перемещения компактной головки относительно каретки.
Дорожки записи (САРД). В видео дисковых системах дополнительно используется система управления в тангенциальном направлении (вдоль дорожки), предназначенная для компенсации высококачественных изменений скорости считывания.
Таким образом, в настоящее время оптические дисковые системы снабжены пятью системами автоматизированного регулирования, а именно:
– Вращения диска (САРВ);
– Тангенциального слежения (САРТ);
– Радиального слежения за дорожкой (САРД);
– Радиального перемещения каретки (САРРП);
– Вертикального слежения за фокусировкой (САРФ).
Расчет датчика положения
Система радиального слежения за дорожкой предназначена для фиксации считывающего пятна в пределах дорожки при перемещениях диска, вызываемых эксцентриситетом, движением каретки, действием внешних вибраций, ускорений и т.д. Функциональная схема CAPD содержит те же компоненты, что и САРФ и показана на рис. 2.1.
g(t)
х(t)
Усилитель
мощности
Датчик Усилитель Корректирующее
положения устройство
Рис.2.1. САРД.
Датчик положения отклонение считывающего пятна относительно дорожки в радиальном направлении. После усиления и коррекции сигнал с выхода датчика положения подается на ЛЭД, перемещающий головку считывания в направлении перпендикулярном дорожке в сторону уменьшения отклонения от дорожки.
Сигнал ошибки получается оптическими средствами. Наиболее часто используется метод двух пятен и радиальный двухтактный метод.
В методе двух пятен постоянная составляющая (ПС) сигнала детектора содержит информацию о положении сканирующего пятна относительно информационной дорожки, причем величина ПС будет минимальной, если пятно находится на дорожке (в этом случае отражение света минимальное). Зависимость величины ПС сигнала от радиального положения пятна приведена на Рис.2.2. При 
, где n = 0, 1, 2, …, а q – расстояние между дорожками предполагается, что центр пятна совмещен с центральной линией дорожки.
Относительный уровень ПС
в
а
0qx
Рис. 2.2. Зависимость ПС от радиального положения пятна.
Для получения двухполярного сигнала ошибки, в котором знак определяет направление смещения, а амплитуда - величину смещения, применяются два дополнительных сканирующих пятна, которые проецируются на диск со смещением λ относительно дорожки в радиальном направлении. Аппроксимируем изменения ПС сигнала UПС функций косинуса в соответствии с равенством:
,где а – уровень сигнала снимаемого с основного сканирующего пятна;
b – амплитуда переменной составляющей.
Тогда два пятна спутника, детектируемые двумя раздельными фотоприемниками, дадут следующие сигналы:
; 
;Разностный сигнал:
,является нечетной функцией радиального положения x. Амплитуда и наклон UP(x) максимальны, если 
= 1 или
.Пятна-спутники получаются с помощью (фазовой) дифракционной решетки, размещенной в диафрагме объектива. Смещение пятен-спутников в радиальном направлении составляет q/4 (см. рис.2.3), а в направлении дорожки гораздо больше (обычно 20 мкм.).
 ql |
Рис.2.3. Расположение пятен - спутников на диске.
Изменением углового положения решетки можно изменять смещение
и тем самым оптимизировать сигнал ошибки радиального слежения UP. Такая схема достаточно проста и очень стабильна.В методе двух пятен измеряется полная световая мощность пятна плоскости, сопряженной с поверхностью диска. При этом любое изменение интенсивности света в поперечном сечении отраженных лучей не играет роли.
В этом случае сигнал ошибки радиального слежения, как и в методе двух пятен, получается как разность сигналов с двух фотоприемников и определяется выражением
Up(x)=siny10×sin 
.
Уравнение содержит сомножитель siny10, значение которого зависит от средней глубины пит. Питы со средней глубиной, близкой к четверти длины волны лазера и контрастные черно-белые структуры имеют значение y10»p и дают очень малый сигнал. Поэтому при использовании данного метода в процессе изготовления диска-оригинала при формировании глубины пит необходимо уходить из этой запрещенной области. Практически удается получить значения siny10=(0.5¸0.7), что вполне приемлемо для осуществления радиального метода.
Схема, поясняющая работу датчика положения, показана на рис. 2.4.