Устройство для контроля и управления технологическим процессом тренировки и испытаний фотоэлектронных умножителей
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в производстве фотоэлектронных приборов. Цель изобретения - повышение точности устройства. Устройств.о содержит аналоговый коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь 3, вычислитель 4, анализатор 6, блок индикации 7, блок памяти 5, таймер 10, цифровой коммутатор 9, третий умножитель 16, третий делитель 20, третий вычитатель 19 и сумматор 18 с их связями. Повышение точности обеспечивается тем, что в процессе технологического управления и контроля сумматором 18 рассчитываются управляющие воздействия , необходимые для стабилизации технологических параметров, как сумма воздействия выданного ранее и поправки, вычисленной умножителем 11, делителем 12, вычитателем 13 и умножителем 14, с учетом реального коэффициента влияния, определяющего прогнозированное влияние реакции параметра на управляющее воздействие по реакции на предыдущие и рассчитываемого (ВычитателеМ 19 и делителем 20, и скорректированного по квадратичной зависимости вычитателем 15 и умножителем 16 для упреждения возможного перерегулирования. 2з.п. ф-лы, 4 ил. л 00 10 ел СП О)
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (И1) 4 G 06 F 15/46
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
L ) с
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, р, К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Уиа 1 (21) 4045366/24-24 (22) 28.03.86 (46) 23.07.87. Бюл. Р 27 (72) В.Я. Зубченок, В.И. Локтионов, В.П. Нехорошков, Е.Д. Твердохлебов и В.Ф. Хохлов (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
ll 460530, кл. С 05 В 19/00, 1972.
Авторское свидетельство СССР
Р: 930278, кл. G 05 В 23/02, 1983 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ТРЕНИРОВКИ И ИСПЫТАНИИ ФОТОЭЛЕКТРОННЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в производстве фотоэлектронных приборов. Цель изобретения — повышение точногти устройства. Устройство содержит аналоговый коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь 3, вычислитель
4, анализатор 6, блок индикации 7, „„SU„„1325516 А1 блок памяти 5, таймер 10 цифровой коммутатор 9, третий умножитель 16, третий делитель 20, третий вычитатель 19 и сумматор - 18 с их связями.
Повышение точности обеспечивается тем, что в процессе технологического управления и контроля сумматором 18 рассчитываются управляющие воздействия, необходимые для стабилизации технологических параметров, как сумма воздействия выданного ранее и поправки, вычисленной умножителем
ll, делителем 12, вычитателем 13 и умножителем 14, с учетом реального коэффициента влияния, определяющего прогноэированное влияние реакции параметра на управляющее воздействие по реакции на предыдущие и рассчитываемого вычитателетг 19 и делителем
20, и скорректированного по квадратичной зависимости вычитателем 15 и умножителем 16 для упреждения возможного перерегулирования. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
1325516
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и .может быть использована в производстве фотоэлектронных приборов.
Цель изобретения — повьппение точности устройства °
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; ча фиг. 2 структурная схема вычислителя; на фиг. 3 — структурная схема блока памяти; на фиг. 4 — структурная схема анализатора.
Устройство содержит блок 1 датчиков, аналоговый коммутатор 2, анапого-цифровой преобразователь 3, вы 1ислитель 4, блок 5 памяти, анализатор
6, блок 7 индикации, блок 8 коррекции, цифровой коммутатор 9, таймер 1О.Блок
8 коррекции содержит первый умножи- 20 тель ll первый делитель 12, первый вычитатель 13, второй умножитель 14, второй вычитатель 15, третий умноя<итель 16, второй делитель 17, сумматор
18, третий вычитатель 19, третий цели-2В тель 20.
Вычислитель 4 содержит счетчик 21, сумматоры 22, дешифратор 23.
Блок 5 памяти содержит первый
24 и второй 25 элементы задержки, Зб счетчик 26, дешифратор 27, узел 28 постоянной памяти, коммутатор 29, узел 30 оперативной памяти„ регистр
31, мультивибратор 32.
Анализатор 6 содеряп<т компаратор
33, дешифратор 34, регистр 35.
Кроме того, на фиг. 2 обозначены резистор .36 и конденсатор 37.
Блок 1 датчиков представляет собой светонепроницаемую камеру, в которой находится ФЭУ, и содержит управляемые высоковольтный источник питания и источник света — лампу накаливания СГ-2, запитываемую От стабилизатора напряжения и меняющую Р7 свою яркость свечения (световой Оток) по сигналам с цифроаналогово1о преобразователя 594АПА1, управляю-щего стабилизатором напряжения, кассету со сменными с>зетофильтрами типа „-0
НС6... НС1 1, име>ощими:.:<ОэфЬиц17е>7T пропускания 0,33, 0,66, 1, 1О, 100, 1000 для создания требуемсй освещен-ности фотокатода ФЭУ (гашение избытка светового потока),делитель дииод-ной системы ФЭУ, датчик напряжения питания ФЭУ вЂ” Об>ычный делитель напряжения с коэффициентсм 1:100, датчик анодного тока ФЭУ вЂ” преобр»зов атель ток — напряжение выпалне"-.ный на Операционном усилителе 140У,". lIo стандартной схеме включения. Коммутатор 2 представляет собой релейный коммутатор аналоговь:1 сигналов, поступа7<ш7их с т 73сех да1-чпкоE3 блока 1, выполненный иа герконах РЭС 64Б. Подключение любого датчика ОСУЩЕСтВЛЯЕтСЯ ПОДаЧЕй СООтВЕтСтВУЮщего кода на дешифратор датчик<>в, подключающего с помощью геркон» выбранный датчик по входу аналого-цифpoE3<>I преобразоват ля 3. В кя -1естве дешифратора используется микросхема 155ИДЗ. Преобразователь 3 — аналого-.цифровой преобразоватеп.ь, обеспечивающий преобразование7 напряже>п<я с выходом датчиков в цифровой код. При геализации устройства использован у77>373ерсальный цифровой вольтметр В7-34 в рея<име измерения постоянного напряЯ ЕН1.1Я, Вычислитель 4 представляет ссбой сумматор, позволяющий получить сумму десяти измерений преобразователя 3. На первый выход поступает результат суммирования без младшего десятичного разряда, что соответствует ср днему значению измеряемого параметра по десяти измерениям, На второй выххад поступает сумма десяти измерений для обеспечения ма1<симальной точности работы анализатора 6. Работа вычислителя синхронизируется счетчиком с коэффициентом цепепия 10. Работу и реализацию данного блока можно представить структурной схемой, изображенной на фиг. 2. С выхода вольтметра В7-34 "Pe1 Eg< >,р11ру7<>щее устро<7с 1.вО информация Об измеренном параметре в коде 1.2,4.8 поступает на шесть сумматоров 22. По сигналу с В7-34 "Конец иэмерения разрешается суммирование кодов на входах декадных сумматоров 2?,. Седьмой,ц< кад73ьпй сум7".7атор 11склю а«т потерю результата при переполне1>ни сумматоров, при этом соде1>жимое счет 1ика 2 l ув с>1ичивается на единя иу„Когда содержимое счетчика 21 ст i7 .ñ73Hòñÿ рав1<ым 9, на выходе дешифратора (pH) 23 появляется положительный потенциал, по ко 7 сраму .:лок 5 памяти и а 1ализатор 6 считы .а <7т информаци7> с выход<>в с 717.7аторов 32. В момент 11рих<:да след;-7<>",.",«7 <> импу711— 7> tl "G Конец и .3ме1>ения сод< ржимо < ;7< т— 1325516 чика 21 становится равным О. На выходе ДЛ 23 устанавливается низкий потенциал. Отрицательный фронт дифференцируется RC-цепью и обнуляет 5 содержимое сумматоров 22. Далее цикл суммирования повторяется. Блок 5 памяти — запоминающее устрой.ство со схемами управления (фиг. 3) . Узел 30 оперативной памяти пред- 10 ставляет собой матрицу Мю 3 слов,где М вЂ” количество контролируемых параметров. Объем счета счетчика 26 равен Я. Состояние счетчика всегда соответствует номеру одного иэ дат- l5 чиков. При этом с выхода счетчика на коммутаторы 2 и 9 поступает код, обеспечивающий коммутацию соответствующего датчика (параметра) и.исполнительного устройства. Следова- 2р тельно, в данный момент времени на вычислитель 4 поступает информация об определенном параметре.Когда вычислитель 4 зафиксирует 10 измерений, на первый вход блока 5 па- 25 мяти поступит сигнал "Готовность" и цифровой код среднего значения измеряемого параметра. Сигнал "Готовность" задерживается элементом 24 задержки на время, необходимое для 3Q окончания работы сумматора вычислителя 4, и далее поступает на элемент 25 задержки и регистр 31, разрешая своим передним фронтом запись информации, необходимой для работы блока 8 35 коррекции, из узла 30 и вычислителя 4. Элемент 25 обеспечивает задержку сигнала на время, необходимое блоку 8 коррекции для .вычисления управляю" щего воздействия. Сигнал с выхода 4р элемента 25 поступает на коммутатор 9, разрешая прохождение управляющего кода на исполнительное устройство. Одновременно этот сигнал поступает на управляющий вход узла 30 и 45 переводит его в режим записи. В узел 30 оперативной памяти записывается информация, необходимая для следующего цикла. По отрицательному фронту сигнала с выхода элемента 25 узел 5р 30 переходит в режим выборки, содержимое счетчика 26 увеличивается на 1 и начинается цикл контроля следующего параметра. При поступлении с блока индикации сигнала "Пуск" .запускается мультивибратор 32 на время, превьппающее цикл контроля всех параметров. При этом о сигналу с выхода мультивибратора 32 коммутатор 29 подключает входы узла 30 к выходам узла 28, где хранятся данные о технологическом процессе, а также данные начальной установки, Анализатор 6 представляет собой цифровой компаратор 33, сравнивающий коды, поступающие с вычислителя 4 и блока 5 памяти, дешифратор 34 и регистр 35. Информация с блока 5 памяти сопровождается адресом ячейки регистра 35, в которую записывается результат анализа. Адрес дешифрируется дешифратором 34, с выходов которого поступает разрешение на соответствующую ячейку памяти. С выходов ре" гистра 35 информация поступает на соответствующие индикаторы блока 7 индикации. Блок 7 индикации содержит индикато" ры по каждому регулируемому параметру и кнопку Пуск", нажатием которой обеспечивается перепись начальных дан=ных о технологическом процессе иэ узла 28 в узел 30 блока 5 памяти и сброс индикации текущего времени процесса. Блок 8 коррекции содержит три умножителя 11, 14 и 16, три делителя 12, 17 и 20, три вычитателя 13, 15 и . 19 и сумматор 18, обеспечивающий расчет величин управляющего воздействия и его приращения. Коммутатор 9 — цифровой коммутатор, обеспечивающий коммутацию кодов с выхода блока коррекции на входы управляемых исполнительных устройств, обеспечивающих управление и стабилизацию заданных технологических пара" метров (управляемые высоковольтный источник питания и источник света). Коммутатор 9 содержит .набор групп ключей и дешифратор исполнительного устройства, разрешающий прохождение кодов управления по сигналу синхронизации с блока 5 памяти. Таймер IO — устройство отсчета реального времени (электронные часы), индикаторы которого расположены на панели блока 7 индикации. Устройство работает следующим образом. По включении устройства содержи. мое узла 30 оперативной памяти блока 5 памяти и таймера 10 равно О. Таймер фиксирует начало технологического процесса. )325516 Х „и YX рея. А =:(— — — — ?)К у 6 Х.-Х,, К ?Ъ Д При нажатии кнопки1 "Пуск" на блоке 7 индикации в блок 5 памяти поступает сигнал, по которому блок 5 памяти переписывает данные о технологическом процессе и данные начальной установки из узла 28 н узел ЗО. На коммутаторы ? и 9 начинают поступать коды номеров регулируемых параметров Коммутаторы 2 и 9 подключа?от датчики и исполнительные устройства к входу АЦП 3 и выход сумматора 18 блока 8 коррекции к третьему входу блока 5 памяти (вход коммутатора 29). При поступлении очередного кода номера параметра сигнал с соответствую- 1э щего датчика преобразовывается АЦП 3 в цифровой код, поступающий на вычислитель 4. Вычислитель суммирует результат десяти преобразований и среднее значение измеренного парамет- 20 ра передает в блок 5. памяти и на анализатор б. Блок 5 памяти выдает ка анализатор 6 код аварийного значения регулируемого параметра. Анализатор б сравнивает коды и в случае превьш?ения параметром аварийного значения выдает сигнал на блок 7 индикации, по которому загорается соответствук???ий индикатор. Наиболее важными технологическими параметрами ФЗУ являются напряжение питания, освещенность фотокатода, величина динодного тока. Аноднык ток ФЭУ в сильной степени зависит от освещенности фотокатода и напри- 35 жения питания. Коэффициенты влияния величины напряжения на анодный ток ФЭУ лежат в пределах от 7 до 12 а освещенности — от 4 до 8 и имеют существенный разброс,цля ФЗУ одного и 40 того же типа. Это обуславливает неt воэможность использования линейных методов регулирования при стабилизации их технологических параметрои. В изобретениии расчет величины изменения управляющего воздействия, необходимого для стабилизации параметра, производится с учетом коэффициента влияния, определяемого по реакции объекта на предь?цущее изменение управляющего воздействия по выражению: где Х „ — значение параметра в настоящий момент времени," значение параметра до изм«. нения управляющего воздействия; й„р — величина предыдущего изменения управляющего воздействия. Расчет коэффициента влияния К„, производится вычитателем 19 и делителем 20. Значения, необходимые для расчета, поступают на входы блоков иэ блока 5 памяти. Расчетная величина изменения управляющего воздействия ?,„ определяется выражением. гце Y — - величина управляющего воздейстьия в настоящий момент нремени; Х р, — заданное з ачение параметра. Расчет .величины й„ производится умножителем 11, делителем 12, вычитателем 13и умножителем 14. Необходимая информация поступает с блока 5 памяти. Расчет изменения управляющего воздействия по заданным вираже??иям ??o3» воляет учесть нелинейность характеристикч ФЗУ по угравляющим воздействиям. Однако техгроцессы при изготовлении ФЭУ произвсдятся при предельных значениях ансдных токов и при незначительном перерегулировании происходят перераспределения напряжений п??та?п?я динодной системы ФЗУ, задаваемых резистивным делителем и начинается лавинообразный рост анод" ного тока. Поэтому но избежание перерегулирования в расчетную величину изменения управляющего воздействия вводится поправка по вь?раженин г h и 6=2 11 Э где и — величина изменения управляющего воздействия в дан??ый момент времени. Квадратичная зависимость уменьшения управляюиЕго воздейстния в зависимости от отношения расчетного изменения к его величине оказывает влияние только при выводе параметра в область заданного значения, где и Л, отношение ----- стремится к О н поп— Y ранка перестает влиять на точность регулирования. 50 7 13255 Расчет величины М производится вычитателем 15, умножителем 16 и делителем !/. Величина управляющего воздейст5 вия YÄ, поступающая на исполнительное устройство, определяется выражением Y Y+g. Ь Расчет величины Y производится сумматором 18. Все величины параметров, необходимые для расчета управляющего воздействия, поступают на блок 8 коррекции иэ блока 5 памяти в момент передачи среднего значения параметра из вычислителя 4. Через время, необходимое для расчета управляющего воздей" ствия, с блока 5 памяти на коммутатор 9 поступает сигнал, разрешающий прохождение нового управляющего воздействия на исполнительное устройство. После этого блок 5 памяти записывает в свое ОЗУ информацию, необходимую для следующего цикла расче-: 25 та управляющего воздействия и выдает на коммутаторы 2 и 9 код номера следующего параметра. Процесс контроля и регулирования этого параметра происходит аналогично. 30 По завершении цикла контроля и регулирования по всем параметрам цикл повторяется. Таким образом, устройство для контроля и управления технологичес35 ким процессом тренировки и испытаний фотоэлектронных умножителей, непрерывно контролируя параметры объекта, рассчитывая с наперед заданной точностью их изменения, прогнозируя их изменения к моменту следующего цикла контроля и определяя с учетом этих данных величину управляющего воздействия, обеспечивает точную стабилизацию .и контроль технологических параметров испытаний. Работа предлагаемого устройства экспериментально проверена при изменении нестабильности испытаний на долговечность и тренировку следующих типов ФЭУ: ФЭУ-148, ФЭУ-110, ФЭУ-93, ФЭУ-114. Погрешность стабилизации технологических параметров составляет 0,14_#_. Достижение такой точности стабилизации технологических параметров известным устройством невозможно из-за того, что в- .менные характеристики процесса задаются константами, что не обеспечивает учет их изменений при изменении условий эксплуатации. Погрешность реального значения временных характеристик в технологическом процессе изготовления ФЭУ может достигнуть нескольких процентов, что и ограничивает точность стабилизации параметров. В предлагаемом устройстве временные параметры учитываются при определении коэффициента влияния в каждом цикле контроля. Имеются временные флуктуации контролируемого параметра, которые не могут быть учтены прогнозированием и влияние которых возрастает пропорционально интервалу контроля. В предлагаемом устройстве влияние ука" занных факторов сведено к минимуму за счет обеспечения минимально возможного времени цикла контроля — управления. В известном устройстве интервал контроля может достигать значительной величины; попытка получе-: ния повышенной точности за счет сужения области номинальных значений контролируемых параметров уменьшает время цикла контроля, но обеспечивает повышение -;î÷íîñòè только для параметров, имеющих наивысший приоритет за счет уменьшения времени обслуживания параметров с более низкими приоритетами. Формула изобретения 1. Устройство для контроля и управления технологическим процессом тренировки и испытаний фотоэлектронных умножителей, содержащее аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель, анализатор, блок индикации, блок памяти и таймер, первый и второй умножители, первый и второй делители и первый и второй вычитатели, информационные входы аналогового коммутатора являются входами устройства для подключения к выходам объекта контроля, выход соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя. цифровые выходы которого и выход "Конец преобразования" подключены к информационным и управляющему входам вычислителя соответственно, у которого первый и второй управляющие выходы и информационные выходы первой и второй групп подключены к первому управляющему входу блока памяти, 1325516 управляющему входу анализатора, информационным входам первой группы блока памяти и к -информационным входам ггервой группы анализатора соответственно. информационные входы второй группы анализатора соединены с выходами первой группы блока памяти, а информационные выходы — с входами первой группы блока индикации соответствен- 10 но, информационные выходы второй группы блока памяти соединены с входами первых групп первого умножителя и первого вычитателя, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности устройства, в него введены цифровой коммутатор, третий умножитель, третий делитель, третий вычитатель и сумматор, выходы которого подключены к информационным 20 входам цифрового коммутатора и к информационным входам второй группы блока памяти, у которого выходы групп с третьей по седьмую соединеныс объединенными входами первых групп пер g5 вого делителя и третьего вычитателя, с входами второй группы первого умножителя, с входами второй группы третьего вычитателя, с входами первой группы третьего делителя и с 30 объединенными адресными входами ана. логового и цифрового коммутаторов и анализатора соответственно, выходы группы первого умножителя соединены с вхоцами второи группы первого де З5 лителя, выходы группы которого подключены к входам второй группы первого вычитателя, выходы группы которого и вы. ходы группытретьего делителяподключены соответственно к входам первой и вто — 4О рой групп второго умножителя, выходы группы которого соединены с входами первых групп второго вычитателя и третьего умножителя, выходы группы которого соединены с входами первой группы второго делителя, входы второй группы которого, объединенные с входами первой группы сумматора, второй группы второго вычитателя, подключены к выходам второй группы блока памяти, выходы группы второго вычитателя соединены с входами второй группы третьего умножителя, выходы группы второго делителя соединены с входами сумматора второй rpyr:- 55 пы и с информационными входами третьей группы блока памяти, второй управляющий вход которого подключен к выходу блока индикации, информационные входы второй группы которо го соединены с выходами таймера, выход блока памяти подключен к управляющему входу цифрового коммутатора,, выход группы третьего вычитателя соединены с входами второй группы третьего делителя. 2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с. я тем, что блок памяти содержит первый и второй элементы задержки, счетчик, дешифратор, узлы постоянной и оперативной памяти, ком фтатор, регистр и мультивибратор, информационные входы с первой по третью групп коммутатора являются с первой по третью группами информационных входов блока соответственно, вход первого элемента задержки и вход мультивибратора являются первым и вторым управляющими входами блока соответственно, выходы регистра и счетчика являются выходами групп блока с первой по седьмую соответственно, выход первого элемента задержки поцключен к стробирующему входу регистра и через второй элемент задержки — к счетному входу счетчика, управляющему входу узла оперативной памяти и к управляющему выходу блока, выходы счетчика через дешифратор соединены с. адресными входами узлов постоянной и оперативной памяти, выход мультивибратора подключен к управляющему входу коммутатора, инфор" мационные входы четвертой группы коммутатора соединены с выходами первой группы узла постоянной памяти, выходы группы — к информационным входам узла оперативной г.амяти, один выход группы — к одному информационному входу регистра, другие информационные входы которого подключены к .выходам узла оперативной памяти и к выходам второй группы узла постоянной памяти соответственно. 3. Устройство по. и. l о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что анализатор содержит компаратор, регистр и дешифратор, входы которого, информационные входы первой и второй групп компараторг и управляющий вход компаратора являются адресными, информационными входами первой и второй групп и управляющим входом анализатора соответственно, выход компаратора соединен с информационным входом ре11 1325516 гистра, управляющие входы которого подключены к выходам дешиАратора, а КО С выходы являются выходами анализатора. ЙЩО&дСI Ь 5лаМЯРИ/ аналцтодуа 1325516 Составитепь И. Алексеев Редактор Н. Тупица Техред И.Попович Корректор Н. Король Заказ 3112/46 Тираж 672 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
