Классификация систем автоматического управления (стр. 3 )

Основные требования к элементам автоматический систем геодезического назначения

Автоматические измерительные системы геодезического назначения могут иметь достаточно сложную структуру и содержать усилители, различные ис­полнительные элементы и механизмы, регистрирующие и информационные устройства. Например, следящие оптико-электронные системы включают в себя фотоприемники, усилители электрического сигнала, оптико-механические компенсаторы, редукторы, исполнительные электродвигатели, интегрирующие и другие устройства и механизмы. Кроме того, для повышения помехозащи­щенности, удобства выделения информации об угловых или линейных пере­мещениях объектов исследования в измерительных системах осуществляют модуляцию полезного сигнала. В результате первичная информация об объекте исследования поступает на вход электрической части системы в виде напря­жения несущей частоты, модулированной управляющей частотой.

Для получения информации об объекте исследования, обеспечения задан­ной функциональной работоспособности исполнительных и регистрирующих устройств электронная часть измерительной системы должна содержать со­ответствующие функциональные блоки-усилители, демодуляторы, логические схемы управления, детекторы и т. д.

Электронное устройство осуществляет вторичную обработку информации и позволяет получить результат измерения в форме, удобной для записи или регистрации. Усилители электрических сигналов осуществляют усиление сигналов, по­ступающих с чувствительного элемента и имеющих, как правило, мощность, недостаточную для управляющего воздействия. Выбор усилительных элементов определяется: требуемой выходной мощностью сигнала, коэффициентом усиления, родом напряжения сигнала, ожидае­мыми внешними воздействиями (температура, влажность окружающей среды и пр.), требованиями надежности, условиями обслуживания и др. Методика расчета и проектирования усилителей электрических сигналов достаточно подробно описана в специальной литературе. Поэтому здесь рас­сматриваются лишь некоторые вопросы, связанные с использованием усили­телей в геодезических приборах. Различают усилители постоянного тока, предназначенные для усиления немодулированного сигнала; усилители переменного тока, предназначенные для усиления гармонического сигнала; импульсные усилители. Одним из важных требований, предъявляемых к усилителям электриче­ского сигнала, является требование сохранения формы усиливаемого сигнала (линейные и нелинейные искажения). Линейные искажения обусловлены в усилителе наличием реактивных элементов — емкостей и индуктивностей. Для оценки линейных искажений в усилителях используют амплитудно-частотные и фазово-частотные характе­ристики, устанавливающие зависимость изменения коэффициента усиления и фазы от изменения частоты электрического сигнала. Под полосой пропускания электронного усилителя понимают диапазон частот  между нижней  и верхней f - граничными частотами усилителя, при которых усиление отклоня­ется на заданную величину от усиления, принятого за номинальное (до уровня

0,707 по напряжению или току). По полосе пропускания усилители разделяют на избирательные и широко­полосные. Нелинейные искажения в усилителях обусловлены наличием в усилителе элементов с нелинейными характеристиками. Поэтому при усилении сигналов гармонической формы сигнал на выходе усилителя имеет несинусоидальную  форму. В выходном сигнале помимо основной гармоники, имеющей частоту входного сигнала, будут присутствовать гармоники высшего порядка.

Усиление переменного электрического сигнала с минимальными нелинейными искажениями можно получить, если усилитель будет представлять собой линейный четырехполюсник. Такой характеристикой в наибольшей степени приближения обладает усилитель на сопротивлениях, в силу чего он являет­ся основным типом усилителя для автоматических приборов геодезического назначения. Коэффициент усиления, а следовательно, и число каскадов усилителя выбирают в зависимости от мощности сигнала датчика, мощности исполни­тельных элементов измерительной системы и уровня допустимых искажений и шумов.

Для получения стабильного коэффициента усиления по всей полосе частот проводят коррекцию частотных характеристик каскадов усилителя на основе исследования его амплитудно-частотных характеристик.

Во многих случаях усилитель автоматической аппаратуры геодезического

назначения должен работать в условиях изменения мощности входного сигнала в широких пределах, например при изменении мощности светового потока, приходящего на измерительное устройство из-за изменения метеоусловий на трассе распространения оптического луча и т. д. В этом случае в схему усили­теля необходимо вводить устройство автоматического регулирования усиления (АРУ) или устройство автоматической регулировки чувствительности (АРЧ). Под воздействием АРУ изменяется коэффициент усиления пропорциональ­но изменению крутизны входного сигнала. Сигнал, снимаемый с датчика, часто содержит не только полезную инфор­мацию, но и различного рода помехи. Помехи, кроме того, порождает и сам усилитель. Для селекции полезного сигнала от помех в автоматических изме­рительных геодезических системах применяют различные методы. Одним из наиболее эффективных и простых из них является использование узкополос­ного усилителя. Избирательность в усилителях достигается за счет введения частотно-зависимой отрицательной обратной связи. Отрицательная обратная связь в усилителях может быть применена и для изменения ряда характеристик усилителя: повышения стабильности усиления, снижения уровня нелинейных искажений и собственных шумов и т. д. Не останавливаясь на принципах построения управляющих схем и электрон­ных устройств автоматики, подробно рассмотренных в специальной литературе, укажем лишь, что точность и надежность работы геодезической измерительной системы во многом определяется построением структурной схемы ее элек­тронной части, правильным и рациональным выбором элементов, в том числе и регистрирующего устройства. Регистрирующее устройство является конечным звеном любой автомати­ческой измерительной системы. В зависимости от назначения автоматической системы и конкретно ре­шаемой задачи автоматические регистраторы могут выполняться в двух вари­антах: в виде различных аналоговых или дискретных приборов, в том числе цифропечатающих и систем записи информации на магнитной ленте, или в виде систем отображения информации. К приборам первой группы относятся самопишущие вольтметры, ампермет­ры, ваттметры, различные перфораторы, цифропечатающие устройства и др. Такие устройства в автоматических измерительных системах целесообраз­но применять в случае изучения быстропротекающих во времени процессов, для регистрации физических процессов в течение длительного времени, для набора статистических данных или с целью автоматизации процесса обработ­ки информации на ЭВМ. Однако в ряде случаев эффективное и надежное использование автома­тических систем возможно только при условии активного участия человека в процессе управления на любом этапе работы автоматической системы. Этого можно достичь, создав специальные надежные средства выдачи информации в форме, пригодной для восприятия человеком. Такие устройства одновременно являются и регистраторами. Отображение информации в современных автоматических измерительных системах может осуществляться с помощью различных индикаторных устройств, табло, мнемосхем, планшетов и т. д. Под элементами индикации понимают устройства и приборы, преобразую­щие электрические сигналы в визуальную информацию в форме, наиболее пригодной для зрительного восприятия человека и удовлетворяющей целям и потребностям его деятельности. Для отображения состояния системы «работает», «включено», «стоп» и т. п. в автоматических устройствах обычно применяют лампы накаливания, газоразрядные индикаторы, светодиоды. Для отображения количественных показателей применяют различные счетные устройства — цифровые индикаторы (вакуумные, газоразрядные, электролюминесцентные). При выборе и создании устройств индикации и отображения информации следует учитывать не только технологические и экономические соображе­ния, но и факторы человеческого восприятия. По содержанию и количеству информации, по форме и композиции информационные устройства должны соответствовать задачам, поставленным перед оператором, и его возможностям по приему и переработке информации. Грамотное и рациональное построение информационных устройств на совре­менном этапе развития техники возможно только на основе учета инженерно-психологических требований.

Автоматизация высокоточного контроля прямолинейности направляющих конструкций большой протяженности.

Точность выверки в плане 0.05-0.1 мм по высоте 0.3-1.0 мм.

Методы установки делятся на неавтоматические методы, основанные на визуальном методе наблюдения и автоматические и полуавтоматические методы наблюдения. Оценка метода проверки прямолинейности может выполняться по:

Точности измерений Дальности Объективности и производительности Степени автоматизации и времени обработки измерений

Неавтоматические методы:

- измерения по натянутой струне

- оптический метод визирования

- коллиматорные методы измерения

- микронивелирование

Автоматические системы содержат в своем составе инерционные и дезинформационные датчики.

В инерциональных приборах для контроля прямолинейности в качестве чувствительного элемента используют уровень или отвес. Эти устройства обеспечивают выверку прямолинейности направляющих только по высоте( нивелиры - автоматы)

Погрешность прибора 30 см на 1 км.

Методика высокоточной выверки должна сочетать в себе геодезические способы определения положения точек, расположенных на больших расстояниях и ментрологические способы точных измерений расположенных близко друг к другу точек.

Безинерциональные датчики в основе оптические и оптикоэлектронные устройства и  методы. Они позволяют не только следить за опорным направлением, но и автоматизировать обработку измерений.  Сущность метода контроля прямолинейности состоит в измерении отклонений отдельных точек базовых поверхностей направляющих путей от прямой. В качестве датчиков можно использовать датчики линейных смещений. Датчик должен автоматически перемещаться по направляющей касаясь базовой точкой направляющей.