Введение к работе
Актуальность работы. Тема диссертационной работы " Разработка алгоритмического обеспечения датчика перемещения на многоэлементном фотоприемнике" возникла из потребности решения теоретических и практических задач __ разработки и исследования автоматических систем управления перемещениями объектов управления . Настоящая работа проводилась в лаборатории адаптивной оптики и радиооптики кафедры автоматики' и телемеханики СПбГНТМО (ТУ ) в соответствии с основными направлениями ее деятельности и задумывалась как теоретическая и техническая модернизация образцов датчиков перемещений на многоэлеменьгх фотоприемниках (ФП).
При построении современных автоматических систем и устройств необходима точно, с высокой степенью помехозащищенности, определять положение объекта управления(ОУ). Для успешного решения проблемы высокоточного определения линейного перемещения ОУ в диапазоне 1 * 5 см рационально использовать оптический измерительный преобразователь (ИП) , построенный на многоэлементном ФП. Многоэлемёнтность ФП обеспечивает избыточность измерительной информации, за счет которой можно определять положение ОУ точнее, чем линейный размер одного элемента ФП. Кроме того, оптический способ измерения яозволяет повысить помехозащищенность оценивания положения ОУ.
Разработка высокоточных датчиков, их изготовление и экспериментальное исследование является в настоящее время очень дорогостоящим. В связи с этим , приобретает особую актуальность разработка датчиков с широким применением компьютерного эксперимента.
В связи с выше сказанным, представляется актуальной работа по совершенствованию алгоритмических способов обработки измерителыгой информации в ИП линейных перемещений на многоэлементных ФП с целью повышения точности и помехозащищенности оценивания положения ОУ.
Целью работы является разработка алгоритмических способов повышения точности ИП за счет использования дополнительной измерительной информации, получаемой с многоэлементного ФП, а также процедур оценивания качества проектируемых ИП.
Для достижения указанной цели в работе решены следующие задачи:
- проведен анализ структуры ИП с многоэлементньгм ФП и выделены основные особенности преобразования информации в процессе измерения;
- определены факторы, влияющие на погрешность ИП;
- разработана математическая модель процесса измерения
перемещения ИП с многоэлементным ФП, учитывающая основные
особенности процесса;
- разработан следящий алгоритм оценивания перемещения светового
пятна относительно чувствительного элемента ФП;
произведен анализ динамики; получены условия сходимости и времени сходимости следящего алгоритма, а также установившиеся значения рассогласования;
разработан алгоритм градуировки ИП с многоэлементным ФП , базирующийся на оценивании параметров статистяческой характеристики, представляемой степенным полиномом;
разработаны программы и произведена проверка разработанных процедур оценивания параметров и градуировки ИП. путем моделирования процесса высокоточных измерений линейных перемещений, при различных условиях функционирования.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
1. Разработана математическая модель измерительного
преобразователя на линейном приборе с зарядовой связью (ЛПЗС),
позволяющая моделировать работу ИП;
2. Предложены функционалы для определения рассогласования
величин оцениваемых параметров и исследованы свойства
функционалов;
3. На базе предложенных функционалов разработан следящий
алгоритм оценивания, позволяющий повысить точность ИП;
4 . Разработан подход к градуировке ИП, базирующийся на оперативном контроле уровня достигнутой погрешности и прогнозе времени окончания процедуры градуировки.
Практическая значимость
1. Разработан алгоритм и программа моделирования процесса
измерения выходных перемещений ИП с многоэлементным ФП
(ЛПЗС);
2. Разработана программная реализация следящего алгоритма
оценивания параметров;
3. Разработан алгоритм и программа моделирования процесса
градуировки ИП с оперативным контролем достигнутого уровня
погрешности.
На защиту выносятся:
- математическая модель ИП линейных перемещений на
многоэлементном ФП (ЛПЗС);
функционалы для определения рассогласования величин оценивания параметров и результаты исследования их свойств;
следящий алгоритм оценивания положения центра тяжести светового пятна по отсчетам мтгогоэлеммгшого ФП;
градуировочный алгоритм ИП;
подход к выбору параметров проектируемого ИП па базе моделирования градуировочного эксперимента и алгоритм его проведення.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались тга: "
XXX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава СПбГИТМО.— СПб, 1999".
Юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, посвященной 100-летшо университета. СПб, СПбГИТМО, 2000.
Публикации . По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из
введения, 4-х глав, заключения, списка литературы (51
наименование) и приложений. Диссертационная работа изложена на
страницах машинописного текста.
