Синтез системы автоматического регулирования фокусировки пятна (стр. 1 из 3)
Министерство образования Российской Федерации
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра САПР вычислительных средств
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К курсовой работе по дисциплине
«Основы автоматики и системы автоматического управления»
На тему
Синтез системы автоматического регулирования
фокусировки пятна
:
Рязань
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра САПР вычислительных средств
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
По дисциплине «Основы автоматики и системы автоматического управления» студенту
Тема: Синтез системы автоматического регулирования фокусировки пятна (САРФ)
Срок представления работы к защите: ____________2002г.
Исходные данные для выполнения работы:
Измерение ошибки фокусировки производить по методу частичного перекрытия зрачка;
| Вариант | l, мкм | F | ky | Т,с | dк, мм | B,т | Rк, Ом | W,витков | m,г | m,г/сек | c,н/м |
| 1 | 8 | 150 | 3 | 10-4 | 10 | 1 | 2 | 50 | 10 | 30 | 200 |
Руководитель работы __ _______
Задание выдано ______________ 2002 г.
Задание принято к исполнению ______
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.
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).
1. Описание работы САР
На рис.1. схематически показана САРФ
Рис.1. САРФ
Датчик положения обеспечивает сигнал в виде напряжения постоянного тока, приблизительно пропорциональный ошибке фокусировки. После усиления и коррекции этот сигнал преобразуется в ток, протекающий по катушке, находящейся в магнитном поле (местный электродвигатель), что вызывает появление вертикально направленной силы, приложенной к объективу. Он перемещается в направлении уменьшения ошибки. Из рисунка видно, что САРФ является системой с замкнутой петлей обратной связи.
Для работы такой системы требуется наличие биполярного сигнала ошибки фокусировки. Этот сигнал получают оптическими средствами. Большинство методов получения сигнала ошибки фокусировки основаны на том факте, что лазерный луч отражается диском точно в обратном направлении только в случае, когда фокус находится точно на поверхности диска. Если внести некоторую асимметрию в оптический путь отраженного луча, то появляется возможность выделять сигнал отклонения фокуса от поверхности диска. При этом диск не должен найти никакой информации специально для фокусировки. К наиболее широко используемым методам выделения сигнала ошибки фокусировки относится метод ножа Фуко, метод частичного перекрытия зрачка и астигматический метод.
Во всех методах при выделении и формировании сигналов ошибки высокочастотные составляющие сигнала с фотоприемника интереса не представляют. Сигнал с фотоприемника поступает на низкочастотный фильтр, который подавляет высокочастотные колебания, обусловленные питами или отверстиями. Можно сказать, что питы так быстро движутся перед объективом, что сливаются в единую дорожку усредненной промежуточной интенсивности.
Рассмотрим работу датчика положения, использующего для получения сигнала ошибки метод частичного перекрытия зрачка. На рис.2 изображена схема метода.
D1
D2
D1
X Х
D2
HD3
D3
Рис.2. Метод частичного перекрытия зрачкас помощью непрозрачного экрана Н(а), и при замене его бипризмой (б).
В данном методе край непрозрачного экрана расположен вдали от точки фокуса отраженного пучка, а двух площадочный детектор в согласованном состоянии (фокус на дорожке диска) расположен точно в фокусе. В этой точке распределение света в пятне сложное, но с достаточной точностью можно считать, что оба детектора освещены равномерно. Однако уже на небольшом расстоянии X от фокуса становится допустимым геометрическое приближение и расфокусировка приводит к увеличению освещенности одной половины экрана относительно другой. Если в плоскости экрана расположить два детектора D1 и D2 (рис.2a), то сигнал ошибки фокусировки Uф будет равен:
Uф=UD1-UD2 ,
где: UD1, UD2 – сигналы, снимаемые с детекторов D1 и D2.
Сигнал ошибки фокусировки изменяется от максимального положительного до максимального отрицательного значения при перемещении фокуса. Это расстояние, измеренное на детекторе, соответствует двойному перемещению диска вследствии отражательного характера системы.
Для уменьшения чувствительности метода к расстройке элементов из-за температурных и механических деформаций вместо экрана обычно применяют бипризму и два двухплощадочных детектора вместо одного (рис.2б), что существенно сближает эту чувствительность. На рис.3. показан сигнал ошибки фокусировки, полученный по этому методу.
UФх [мкм]
Рис.3. Характеристика сигнала расфокусировки, полученного методом частичного перекрытия зрачка
Вдоль оси X отложены значения величины расфокусировки пятна относительно оптического диска. По вертикальной оси -относительные значения сигнала Uф получаемого с двух пар детекторов по формуле:
UФ= ( UD1-UD2 )+( UD4-UD3)
1.1 Построение структурной схемы
На рис.4 . показана общая структура САРФ.
 |  |
 |
 |
Рис.4
Где СЭ - сравнивающий элемент, который выделяет сигнал пропорциональный ошибке;
ПЭ - промежуточный элемент (электронная схема);
ИЭ - исполнительный элемент (двигатель);
ОР - объект регулирования (оптическая система).
На рис.5 . показана структурная схема САРФ.
 |
 |
 |  |
Рис.5
где
Wсэ (S) – передаточная функция СЭ;
Wпэ (S) – передаточная функция ПЭ;
Wмэ (S) – передаточная функция ИЭ;
Wор (S) – передаточная функция ОР.
1.2 Расчётная часть
1.2.1 Определение параметров датчика положения
При проектировании систем, использующих такой метод определения ошибки расфокусировки необходима дополнительная проверка максимального отклонения от фокуса. Для проведенной характеристики должно выполнятся условие |XMAX| < 3мкм. Таким образом, при использовании метода определения ошибки фокусировки, датчик положения можно условно представить в виде схемы, приведенной на рис.6., состоящей из суммирующего усилителя с коэффициентом передачи КУ и фильтра низких частот.
D1D2 RUДП КУ D3 U∑ СD4  |
Рис.6. Схема датчика положения.
Уравнения, описывающие эту схему при неограниченной мощности усилителя и бесконечно большом входном сопротивлении следующего каскада, имеют вид: