Система управления телескопом

(23)Приоритет Гоеударстесииый комитет оо делам изобретений и открытий(088.8) дата опубликования описания 07 11 82 Б. К. Чемоданов; Л. А. Сенько, В. А. Мольков"," В. А. Семенов, В, И. Башкиров и А. Б. Орлов.(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕСКОПОМ 1Изобретение относится к автоматике и может быть использовано дляавтоматицеского управления аппаратурой, например телескопами, установленными на подвижном основании.Известны системн автоматическогоуправления телескопами, установленными в двухосном опорно-поворотномустройстве на подвижном основании 11и 21,Наиболее близкой .к изобретениюпо технической сущности является система управления телескопом, содержащая двухосное опорно-поворотноеустройство, внутренняя рамка которого механически связана с телескопом, двухкоординатный астродатчик,установленный на телескопе, первыйи второй датчики угловой скорости,установленные на телескопе, первыйи второй сумматоры, первые входыкоторых соединены соответственнос первым и вторым выходами двухко-.ординатного астродатчика, вторые 2входы сумматоров через блоки компенсации соединены с выходами первого ивторого датчиков угловой скорости, а:выходы через усилители соединены свходами первого и второго исполнительных механизмов, первые выходыкоторых соединены соответственно стретьими входами первого и второгосумматоров, а вторые выходы механически связаны соответственно с на Оружной и внутреннеи рамками опорноч чповоротного устройства 3 .Однако с увеличением массы и габаритов современных телескопов и приогоаниченных возможностях увеличе 15ния жесткости редукторов приводов,конструкции самого телескопа и егокрепления на подвижном основании возникает проблема влияния упругих део формаций на устойчивость и точностьсистемы управления телескопом.Отсутствие специальных мер поустранению или уменьшению влияния упругих деформаций приводит к уменьше7279 4 3 9 нию запасов устойчивости и значительному увеличению динамической ошибки системы как при отработке управляющих воздействий так и при парировании системой внешних возмущающих моментов, приложенных к носителе. Эти Факторы зависят от конструктивных параметров телескопаего тензора инерции, жесткости, углов поворота рамок подвеса ), а также параметров движения носителя. Причем происходит одновременно искажение свойств системы в самих каналах и порождение паразитных динамических связей между каналами.(роме того, наличие элементов, проявляющих упругие свойства в направлениях, в общем случае несовпадающих с направлением приложенных моментов, также приводит к усилению взаимного влияния каналов управления. Такими элементами являются, например, Фермы крепления основания телескопа к носителю, Фермы соединения отдельных агрегатов самого телескопа.уменьшение влияния упругих деФормаций за счет увеличения жестко- сти конструкции приводит к значительному увеличению массы телескопа, что неприемлемо для подвижного носителя по целому ряду причин.Целью изобретения является повышение точности системы управления телескопом за счет компенсации влияния упругих связей между основанием телескопа и подвижным носителем, упругостей в исполнительных механизмах и т.д.Поставленная цель достигается тем, что в систему, содержащую двуосное опорно-поворотное устройство, механически связанное с телескопом и с основанием телескопа, двухкоординатный астродатчик, установленный на телескопе первый и второй датчики угловой скорости, пульт управления и первый и второй сумматоры, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами двух координатного астродатчика, а выходы через последовательно соединенные соответственно первые и вторые не линейные регулируемые усилители соединены с входами соответственно первого и второго исполнительных механизмов, механически связанных с опорно-поворотным устройством и электрически подключенных выходами к вторым 5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 входам соответственно первого и второго сумматоров, введены первый и второй датчики угла, вычислительный блок, логический блок, первый и второй преобразователи, первый и второй ключи, первый и второй блоки умножения, первый, второй, третий и четвертый резонансные Фильтры, выходы которых соединены соответственно с третьими и четвертыми входами первого и второго сумматоров, а входы - соответственно с первыми и вторыми выходами первого и второго ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторыми выходами первого и второго ключей,. управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами логического блока, а информационные входы - соответственно с первым и вторым выходами вычислительного блока, третий выход которого подключен к первому входу логического блока, третий и четвертый выходы которогО через первый и второй преобразователи соответственно соединены с вторыми входами первого и второго нелинейных регулируемых усилителей, а второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы логического блока соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков угловойскорости, установленных на основании телескопа, с выходами двухкоординатного астродатчика и первым. выходом пульта управления, первый, второй, третий и четвертый входы вычислительного блока соединены соответственно с выходами первого и второго датчиков угловой скорости и выходами первого и второго блоков, умножения, первые входы которых соединены с вторым и третьим выходами пульта упрЗЪления, а вторые входы - с выходами соответственно первого и второго датчиков угла, кинематически связанных с соответствующими исполнительными механизмами.На чертеже представлена функциональная схема системы управления телескопом.Система содержит телескоп 1, двух координатный астродатчик 2, опорно- поворотноеустройство 3, основание 4 телескопа, подвижный носитель 5,датчики 6 и 7 угловой скорости, датчики 8 и 9. угла, исполнительные механизмы 10 и 11, усилители 12 и 13,9 6теристикой нелинейного регулируемого усилителя (величиной зоны нечувствительности), а также динамическими свойствами нагрузки (,телескоп 1 с основанием 1), упруго связанной с подвижным носителем 5.Обратная передаточная функция разомкнутого контура по управляющему воздействию имеет видЕМ "аРЩ" "-оп(1)"(Р) с(10) К, фг(Р) " Впо(Р) ф ,(Р)где 1 Р - передаточное число редуктора;Ар - собственный оператор силовой части привода;Кд -,коэффициент противоЭДСдвигателя;К - коэффициент усиления усилителя;К с- коэффициент передачи датчика угловой скорости;Кс, - коэффициент обратной связи по скорости исполнительного механизма;И ( 1- передаточная Фукнцияастродатчика;%дус(Р) передаточная Функция датчика угловой скорости;с(Р )- изображение ошибки системы;оп(Р)- изображение управляющеговоздействия;ам Р оператор влияния ос 1 Р)- -оп( 1+ р нования на привод;% Система управления телескопом раротает следующим образом.Сигналы с выхода двухкоординатно го астродатчика 2, жестко закреплен. ного на телескопе 1, пропорциональны отклонению оси визирования тел. скопа 1 от исследуемой звезды. Исполнительные механизмы 10 и 11 поворачивают телескоп 1 в сторону уменьшения возникшего рассогласования иЭЗ сводят его к величине, называемой динамической ошибкой системы, Величина этой ошибки определяется добротностью замкнутого контура и харак 5 972 й 7нелинейные регулируемые усилители 1 ч,и 15, первый 16 и второй 17 сумма-.торы, пульт 18 управления, вычислительный блок 19 логический блок 20первый 21 и второй 22 преобразова- %тели, первый 23 и второй 2 М блокиумножения, первый 25, второй 26,третий 27 и четвертый 28 резонансные Фильтры, первый 29 и второй 30ключи .1 ОВ предлагаемой системе управлениятелескопом подвижный носитель 5 связан через упругую конструкцию с основанием 1 телескопа, на котором вдвухосном опорно-поворотном устройст фве 3 установлен телескоп 1, с которым механически связан двухкоординатный астродатчик 2, На основании 1телескопа установлены датчики 6 и 7угловой скорости. 20внешней и внутренней рамкамиопорно-поворотного устройства 3 соединены соответственно первый 10 ивторой 11 исполнительные механизмы,приво телескопа; двигателя; носителя; основания укции;их потерь оператор влиянна основание;31 - момент инерции3- момент инерции3 - момент инерции3 - момент инерциителескопа;с - жесткость консГ - коэффициент вяПри услов ус ебаний нагр.сФ/ ус=Кс и учитывая файазоне частот коузки получ972479 8ния 4 порогового значения, задаваемого с пульта 18 управления и хранимого в логическом блоке 20, на ключ 29 (30 ) подается команда на переключение в каждом канале на второй 26 и четвертый 28 резонансные фильтры, которые реализуют другое условие компенсации, получаемое из выражения для передаточной функции системы.10 по возмущающему моменту, приложенному к носителю 5. к,Р) (к,-к ,)РР РиР)(-вР 1 вР) щ КК(Р) а,(Р)(1-ВР+К,РК ,РВ,(РРд(Р) 1-ВР)В,Р где К О, ) КД 1 роператор влияния внешнего момента, приложенногок носителю 5 Э 3 ОЬ Эо.2 +ЗА Р Р ФЕр,1 п с с оЬ о - дПоскольку 1 рЗ 1,то 1-ВО 1 Р)=1 Далее при р-.,е(аа,(р): " (а,(Р) (1-в,(Р+ к,Рк,Рв ОР и+Ри(Р) (1. во.(Р) в, (Р Иэ анализа полученного выражениявидно, что точность системы по отношению к возмущающему моменту повышается, что повышает динамическуюточность системы,Анализ динамического взаимовлияния каналов управления в системе по.казывает, что, чем больше амплитудаколебаний носителя 5 и их скорость1тем выше взаимное влияние каналов,Таким образом, возникает необходимость введения дополнительных компенсирующих связей в каналах управления, В вычислительном блоке 19производится сравнение динамическиххарактеристик движения носителя 5 сзаданными иэ пульта 18 управления,а также с параметрами относительногодвижения телескопа 1 по информацииполучаемой с датчиков 8 и 9 угла.При значительных колебаниях носителя 5 и больших относительных углахповорота рамок опорно-поворотного устройства 3 друг относительно друга 55 Из анализа полученного выражения видно, что, подбирая указанным образом коэффициенты передачи и динамические свойства первого 25 и вто. рого 26 резонансных фильтров, можно компенсировать влияние упругих деформаций на динамическую точность системы,В случае превышения амплитудойугловой скорости колебаний основавыполнении условия ( -К )р=-1,получим сигнал из вычислительного блока 19подается в логический блок 20, по,сигналам с которого с помощью ключей 29 и 30 дополнительно вводятсясигналы с вычислительного блока 19для компенсации динамического взаимовлияния каналов. Алгоритм работы вычислительного блока 19 может быть получен из анали за пространственной математической модели системы управления телескопом.Алгоритм вычислительного блока 19 реализуется на основе решения матричного уравнения.СУКА)д к;В 1) ( О где Ч(р) - передаточная матрица системы, разомкнутой по главным обратным связям;К(Р) - передаточная матрица фильтра компенсации динамического взаимовлияния основных каналов системы.где й (Р) - передаточная матрица ме 115ханической части основныхканалов системы;И (Р) - передаточная матрица ди 1)намических связей взаимовлияния в механическойчасти;9 (Р) передаточная матрица приводов системы с отключенной механической нагрузкой;15В(Р)- передаточная матрица влияния моментов со сторонынагрузки на приводы системы.РР фС Рг Со,",РЙа. +)Р,)Сл( )11 1 11 11/11с 1 Р 4 бР+би (Р)25коэффициенты уравнений механической час М (Р): где а;, а)Система управления телескопом, содержащая двухосное опорно-поворотное устройство, механически связанное с телескопом и с,основанием телескопа двухкоординатный астродатцик, установленный на телескопе, первый и,вто. рой датчики угловой скорости, пульт управления и первый и второй сумматоры, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами двухкоординатного. астродатцика, а выходы через последовательно соединенные соответственно первые и вторые .нелинейные регулируемые усилители соединены с входами соответственно первого и второго исполнительных механизмов, механически свяч занных с опорно-поворотным устроиством и электрически подключенных выходами к вторым входам соответственно первого и второго сумматоров, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы, она дополнительно содержит первый и второй датчики угла, вычислительный ти зависящие от тен)зара инерции, угловповорота и параметров движения телескопа 1 и носителя 5 (угловых скоростей );с ., Г - коэффициенты жесткос 1111ти и потерь на внутБреннее неупругое сопротивление упругихэлементов приводов,Регулирование характеристики (зонынечувствительности ) нелинейного ре 40гулируемого усилителя 111 (15 ) такжепозволяет компенсировать влияниеупругости между основанием 11 телескопа и подвижным носителем 5. Задаваяс пульта 18 управления на логической45 блок 20 предельно допустимое значение динамической ошибки системы исравнивая его с текущими значениями сигналов рассогласования, получаемыми с двухкоординатного астродатцика 2, удается выбрать такое значение зоны нечувствительности, при ко" тором одновременно удовлетворяются требования по точности слежения и по энергопотреблению исполнительных механизмов 10 и 11. Действительно, при55ч нахождении величины динамицескои ошибки в зоне нечувствительности движение исполнительных механизмов 10 79 10 и 11 отсутствует, что снижает энергопотребление. Последнее обстоятельство особенно важно при работе системы в режиме сканирования пространства. Режим сканирования предусматривает ступенчатое перемещение оси визирования телескопа 1 сначала по одной координате ( образуя так назы" ваемую строку ), затем производится сдвиг на малый угол по другой координате и процесс сканирования продолжается вдоль строки, причем движение по строке производится также ступенчато, с остановками через определенный угол для тога, чтобы обеспечить возможность анализа заданного участка пространства.Таким образом, при остановках телескопа 1 исполнительные механизмы 10 и 11 не потребляют энергии, так как ошибка системы находится в зоне нечувствительности нелинейного регулируемого усилителя 111 (,15 ).Таким образом, предлагаемая сис" тема позволяет снизить ошибки системы более чем в два раза по сравнению с известной системой, а энергопотреб. ление в режиме сканирования - на 20- 30 в зависимости от величины углов прокачки телескопа. Формула изобретения12 79 8516/4 ное 11 9724 блок, логический блок, первый и второй преобразователи, первый и второй ключи, первый и второй блоки умножения, первый, второй, третий и цет вертый реаонансные фильтры, выходы 1 которых соединены соответственно с третьими и четвертыми входами первого и второго сумматоров, а входы- соответственно с первыми и вторым выходами первого и второго ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами логического блока, а информационные входы - соответственно с первым и вторым выходами вычислитель ного блока, третий выход которого подключен к первому входу логического блока, третий и четвертый выходы которого через первый и второй преобразователи соответственно соединены с 2 О вторыми входами первого и второго нелинейных регулируемых усилителей, а второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы логического блока соединены соответственно с выходами пер вого и второго датчиков угловой скорости, установленных на основании телескопа, с выходами двухкоординатного астродатчика и первым выходом пультауправления, первый, второй, третийи четвертый входы вычислительногоблока соединены соответственно с выходами первого и второго датчиковугловой скорости и выходами первого ивторого блоков умножения, первые входы которых соединены с вторым и третьим выходами пульта управления, авторые входы - с выходами соответственно первого и второго датчиков углакинематически связанных с соответствующими исполнительными механизмами. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССРИ 331370, кл. С 02 В 23/00, 1970,2. Крмоян Н. М. и др. Система уп.равления автоматической рабочей аппаратурь 1 "Орион". Сообщения Бюраканской обсерватории. Вып. КУ. Ереван,1972,3 Авторское свидетельство СССРйф 598019, кл.С 05 В 11/О 1, 1974