Система 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:
Система автоматического регулирования фокусировки пятна
Рязань
Рязанская Государственная Радиотехническая Академия
Кафедра САПР вычислительных средств
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
по дисциплине " Основы теории управления ”
студенту________группы __
Тема______________________________________________
__________________________________________________
Срок представления работы к защите: ______________
Исходные данные для выполнения работы:________________
Руководительработы _Виноградов Ю.Л._
Задание выдано ______________
Задание принято к исполнению ___________
Содержание
Задание
Введение
1. Передаточные функции звеньев
2. Структурная схема САРФ
3. Синтез САРФ
4. Моделирование САРФ
Библиографический список
Задание
Исходные данные для проектирования.
Измерение ошибки фокусировки производить по методу ножа Фуко;
Коэффициент kф определяется путем линеаризации характеристика сигнала расфокусировки.
Постоянная времени Тф = (3 - 5) l /(2pf), где f = 14 F. Здесь F- скорость передачи данных Кбайт/сек.
Rт= 15 град/вт; DТдоп = 60°.
Остальные параметры системы приведены в табл. 1.
Таблица 1
| Вариант | l, мкм | F | ky | Т,С | dк,мм | B,Тл | Rк,ом | W,витков | m,г | m,г/сек | c,н/м |
| 10 | 10 | 300 | 4 | 5 10-4 | 15 | 2 | 2 | 100 | 10 | 30 | 300 |
Характеристики задающих (возмущающих) воздействий и требования к САР.
САРФ должна обеспечивать точность хmax= 2 мкм при входных воздействиях gmax = 1000 мкм на частоте w = 200 с-1 при заданном показателе колебательности M = 1, 4.
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 л, 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.
Рис.1. Базовая оптика
Диск лазера Л фокусируется через Oпрозрачную 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.
Для слежения за дорожкой пятном света необходимы, по крайней мере, две системы управления, одна из которых действует в вертикальном, а другая в горизонтальном, по отношении к диску, направлениях. Называются они соответственно системой автоматического регулирования фокусировки (САРФ) и системой автоматического регулирования радиального положения пятна относительно 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).
1. Передаточные функции звеньев
На рис.2. схематически показана САРФ.
g(t)У(t)УсилительмощностиДатчик положения Усилитель Корректирующее устройство  |
Рис.2. 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 этих 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.
При использовании метода ножа Фуко бипризма размечается при согласованном состоянии в фокусе. Это позволяет увеличить крутизну характеристики сигнала расфокусировки, которая приведена на рис.3.
UФх[мкм]
Рис.3. Характеристика сигнала расфокусировки, полученная методом ножа Фуко.
При использовании любого метода определения ошибки фокусировки, датчик положения можно условно представить в виде схемы, приведенной на рис.4., состоящей из суммирующего усилителя с коэффициентом передачи КУ и фильтра низких частот.
Рис.4. Схема датчика положения.
Уравнения, описывающие эту схему при неограниченной мощности усилителя и бесконечно большом входном сопротивлении следующего каскада, имеют вид:
, (1)где: UФ - сигнал расфокусировки;
RУ - коэффициент передачи суммирующего усилителя;
UДП - сигнал на выходе датчика положения;
- постоянная времени фильтра низких частот; 
- Оператор дифференцирования;x – сигнал ошибки фокусировки;
Кф– крутизна характеристики сигнала расфокусировки.
Значение Кф путем линеаризации характеристики в точке начала координат, а Тф скоростью потока данных, считываемых с дорожки диска и может быть выбрана по выражению:
>(3 
5) 
;