Устройство для моделирования автоматических следящих систем с телевизионным датчиком

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик рщ860093.Ф 1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 171279 (2! ) 2855545/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 3рр881. Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 300831 (51)М. Кл.

G 06 G 7/48

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытнй (53) УДКб81. 333 (088.8) и

/

/ ю E (72) Авторы изобретения

В.М.Артемьев и В.В.Васильев с

I

I (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ

СЛЕДЯЦИХ СИСТЕМ С ТЕЛЕВИЗИОННЬПЧ ДАТЧИКОМ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано .для исследования помехоустойчивости, оценки статических и динамических характеристик автоматических следящих систем с телевизионными датчиками.

Известны импульсные системы и устройства с телевизионными датчиками

Ы.

Наиболее близка по технической сущности к предлагаемой модель с телевизионным датчиком, содержащая сумматоры, коммутатор, интеграторы 2).

Однако она не достоверно отражает все физические явления, происходящие в двухканальных следящих системах с телевизионными датчиками, например наличие неравнозначных нели- ?О нейных связей между каналами, перерывы информации в следящих контурах (объект лоцирования стохастически за- . крывается облаками), зависимость качества работы оТ размеров объекта по соответствующим осям координат, зависимость качества работы от размеров кадра и числа строк в кадре и т.д.

Цель изобретения — повышение достоверности и точности модели устрой- 3С. ства слежения с телевизионным датчиком.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования автоматических следящих систем с телевизионным датчиком, содержащее первый эадатчик координат, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого через первый дискриминатор, соединен с первым входом первого коммутатора, первый выход которого через первый формирователь импульсов соединен со входом первого усилителя, первый интегратор, выход которого является первым выходом устройства и соединен со вторым входом первого сумматора, второй задатчик координат, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй усилитель и второй интегратор, выход которого является вторым выходом устройства, дополнительно введены два блока модуля, второй дискриминатор, второй и третий коммутатор, второй формирователь импульсов, два усредняющих фильтра, два генератора тактовых импульсов, два ждущих мультивибратора, элемент

И, генератор белого щума, полосовор фильтр, блок сравнения и источник

860093 опорного напряжения, причем выход перaoro сумматора через первый блок модуля соединен со вторым входом первого коммутатора, второй выход которого через первый усредняющий фильтр соединен с управляющим вхо5 дом второго усилителя, выход второго сумматора через второй блок модуля соединен с третьим входом первого коммутатора, третий выход которого соединен с первым входом второго коммутатора, первый выход которого через второй усредняющий фильтр соединен с управляющим входом .первого усилителя, выход которого соединен с первым входом. третьего коммутатора, первый выход которого соединен со входом S первого интегратора, выход второго сумматора через второй дискриминатор соединен также с четвертым входом первого коммутатора, четвертый выход которого соединен со вторым входом 2О второго коммутатора, второй выход которого через второй формирователь импульсов соединен со входом второго усилителя, выход которого соединен со вторым входом третьего коммутатора,yg второй выход которого связан со входом второго интегратора, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, выходы первого и второго генераторов тактовых импульсов соответственно через первый и второй ждущие мультивибраторы соединены с первым и вторым входами элемента И, первый вход и выход которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго коммутаторов, а выход генератора белого шума через полосовой фильтр соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход соединен с 40 управляющим входом третьего коммутатора.

На фиг. 1 изображена схема модели устройства слежения с телевизионным датчиком; на фиг. 2 — 20 — диаграммы работы.

Устройство содержит первый задатчик 1-8 (t ) координаты, первый сумматор 2, первый дискриминатор 3, первый блок 4 $0 модуля, первый коммутатор 5, первый формирователь 6 импульсов, первый усредняюь6тй фильтр 7, первый усилитель

8, третий коммутатор 9, первый интегратор 10,,второй эадатчик координаты 11, - f(t) второй сумматор 12, второ@ дискриминатор 13, второй блок

14 модуля, второй коммутатор 15, второй формирователь 16 импульсов, второй усредняющий фильтр 17, второй усилитель 18, второй интегратор 19, 4Î первый генератор 20 тактовых импуль сов, второй генератор 21 тактовых импульсов, первый ждущий мультивибратор

22, второй ждущий мультивибратор 23 элемент И 24, генератор 25 белого шу- 65 ма, полосовой фильтр 26, источник 27

) опорного напряжения, блок 28 сравнения.

Сумматор 2, дискриминатор 3, первые вход и выход коммутатора 5, формирователь 6, усилитель 8, первые вход и выход коммутатора 9, интегратор 10 образуют первый замкнутый контур устройства слежения с телевизионным датчиком (ТД), например аэимутальный.

Сумматор 12, дискриминатор 13, четвертые вход и выход коммутатора 5, формирователь 16, усилитель 18, вторые вход и выход коммутатора 9, интегратор 19 образуют второй замкнутый контур устройства слежения с ТД, например угломестный.

Блок 4 модуля, вторые вход и выход коммутатора 5, усредняющий фильтр 7, соединенные последовательно, образуют первый функциональный блок связи между первым и вторым каналами (ФБС1-2).

Блок модуля 14, третьи вход и выход коммутатора 5, усредняющий фильтр

17, соединенные последовательно, образуют второй функциональный блок связи между вторым и первым каналами (ФБС2-1).

Генераторы 20 и 21 тактовых импульсов, ждущие мультивибраторы 22 и 23, элемент И, коммутаторы 5 и 15 образуют модель блока развертки ТД и имитатор выходных сигналов последнего; генератор 25 белого шума„полосовой фильтр 26, источник 27 ойорного напряжения, блок 28 сравнения и коммутатор 9 составляют имитатор помех устройства слежения с ТД.

Работа модели устройства слежения с телевизионным датчиком (ТД) состоит в следующем.

С эадатчиков 1 и ll- координат на первые входы сумматоров 2 и 12 поступают напряжения постоянного тока U (+, (фиг. 2) и U (фиг. 3), которые являются аналогом текущих координат

p (t) и E(t) центра тяжести изображения лоцируемого объекта на"приемной поверхности ТД:" и, следовательно, имитируют соответственное положение объекта в пространстве.

С выходов интеграторов 10 и 19 соответственно на вторые входы сумматоров 2 и 12 поступают противофаэные напряжения постоянного тока-1 .И () (фиг. 4) и-U>><(t)(4zHr. 5), являющиеся аналогом измеренных значений коордил л--нат p(g) и E(t) объекта

С выхода сумматоров 2 и 12, которые соответственно выполняют операции ,и щ (и „И>)=u u)=urdu„(a,z,Z, ха, U Ю+(-U (В =() (t)=U 8.,7.,>, 1, =о, С2

860093

e-„(, д(15 при этом Ч

0,cpu < 2 <-—

2. (фиг. 8), где цъ- апертура дискримина-;)О тора канала, 25 (фиг. 9), где д - апертура дискриминатора канала Я, F2 (Zp) =КМ1 1(((фиг. 10), где К м.(= I cO 9(, Fg(Zg) = К,()(/Zg f (фиг. 11), где K))((= !t9 ()"1 причем

K < Kg 2 K )««@ 4 K,<т . С выходов блокЬЬ 3, 4 и 14 и 13 напряжения 0 < (t) (Фиг 12) к Ом4 (t), (Фиг. 13), 0ма() (Фиг. 14) и Q (t) (Фиг. 15) поступают на первый, второй, третий и четвертый входы коммутатора 5.

Коммутатор 5 по сигналам (фиг.17), поступающим на его управляющий вход с выхода ждущего мультивибратора 22, осуществляет квантование по времени напряжений, поступающих на его входы. 40

При этом частота квантования f (О = 1(Т равна частоте следования тактовых импульсов f „(t) (фиг. 16 ), которые поступают на вход 22 с выхода генератоРа 10 и определяют частотУ следова- 45 ния кадров f „(t) . В каждый момент времени t гт((- (() к (+)

С первого и четвертого выходов коммутатора 5 снимаются импульсы напряже-яО ний U q(t) (фиг. 18) и U„ (t) (фиг. 21), причем ц cTpowsoa развертки

n - номер строки в 1-том, кадре; ката

R — угловые размеры объекта по оси ;

R — угловые размеры (апертуры) кадра (строба) по оси fj ко > — время обратного и Т„ оа время прямого-хода луча 5 по оси рабочей поверхности последнего в 1-том кадре изображения.

С первого выхода коммутатора 15 сии мается напряжение U !t), а со второго выхода - напряжение 02gt), причем

U (t)=U (t)2f (t-»т„.т,)-<(<.--.,)12 И 10 Пс 2 Дс (()„(ь,z<) x„ % (<(t- т„„»т„).< (ь<т,„).

)< (<(к-»т tt)-<(t-»т, )j, поступает на вход усредняющего фильтра,. 17, а напряжение

Utt(tl=U><(t,x ) 2 (<(t <т„, т).<(t-i T„„))7, ((Ь,-ит„+ Г ) ((-nT„,)3 поступает на вход формирователя 16.

С выходов формирователей 6 и 16 снимаются напряжения (фиг. 25, фиг. 28)

4Ф„М = (" ")0„" ()к „, (р)) ()(рэ2() ЬЫР)) фзбн(Р)1!

1 о(Г

R клятв номер кадра; угловые размеры объекта по оси (; угловые размеры (апертура) кадра (строба) по осиРр 6S,где z((с) = ((t) — p(t), z () = (g) — ф (t), напряжения UoÄ(t) (Фиг. 6) и 0 () (фиг. 7) поступают соответственно на входы дискриминаторов 3 и 13 и блоков 4 и 14 модуля„ где соответственно преобразуются по формулам 0«(t)+1(() =0 (а } 0 ().Р ()=0 „(t,2>);

О,,Ю (= 0 ()2,);

0ca(t) (.,): . „, (.,:,), )(())u, — — < Z и —, ьЕ (а% и9. 7. Е 2

F4% b. t a о,cpu. — < <

U (t) 0,„(t,x ) %p((; Т +t )-1(;qT )), ()<(t) =0 (t,,ã ) 7P(<- т„„+ ;)-q(C „„q — время обратного хода и Т,(— — время прямого хода развертывающего луча телеОР виэйонного датчика (ТД) по

° оси (рабочей поверхности последнего в 1-ом кадре.

Со второго и третьего выходов коммутатора 5 снимаются импульсы напряжений 0,2(1) (фиг. 19) и 0 (t} (фиг. 20), причем

u„(t)=x„„(u,„(а,т»)(р

t<(t-<т„„ i,)-<(t-

Импульсы напряжений U<<(t) 0<<(t)

U< (t) и U<>(t), соответственно поступают на входы формирователя, усредняющего фильтра, на первый и второй входы коммутатора 15, на управляющий вход которого поступают импульсы на- а пряжения (Фиг. 22) с выхода элемента

И 24, 1)„„„()= ф (т . „)-Ц -1т„„ф I=O . 2 (-и „, с;,)- (-ит„,)), -о

860093 которые поступают соответственно на входы усилителей 8 и 18.

С выходов усредняющих фильтров

7 и 17 снимаются напряжения Uy z(t) и Cl gt) . Напряжение

+ )Тп Тпк () ю="- - J 0 8;c)d = " 1о„ ж

Чф тп„. Тп„о " Тпн (фи1.26 ) поступает во второй канал слежения, на управляющий вход усилителя 18, для изменения коэффициента усиления последнего и, следовательно, добротности второго канала в целом.

Напряжение

t0 (р - фэ,(р,) К с„(О Ф (,2 )) щ()

0 (Ф,,7,2.g) = Ос (ф,z.g) K ñã/0 61 (С,Е(),.

I поступают на первый и второй входы коммутатора 9, с первого и второго вы-35 ходов которого поступают на входы интеграторов 10 и 19.

С выхода интегратора 10 напряжение о„® =о„,„(ц c"I:u,(()к„,„(и))=

"- "pu y) ) р по цепи обратной связи первого кана" ла поступает на второй, вход сумматора 2, где сравнивается с текущим значением U6(t). 45

С выхода интегратора 19 напряжение

0 ® О ® L t.Upl® из ())

= ; (U (p) QJ p (I zp o по цепи обратной связи второго канала поступает на второй вход сумматора 12, где сравнивается с текущим значением Q (t) . 55

Д я оценки влияния перерывов ин-,, формации (например, лоцируемяй объект закрывается стохастически другим объектом, облаками н т.д.) на управляющий вход ком" татора 9 поступает на- 60 пряжение Осс(), представляющее собой случайный телеграфный сигнал (фиг.29), Статистические свойства U (t) определяются статистическими свойства- 5 (ии)Т

Т т М ) т т JU„(<

ТППТпС„Т„13 ТПкП С О (guz.27) поступает в первый канал слежения, на управляющий вход усилителя 8, для изменения коэффициента усиления последнего и, следовательно, добротности первого канала s целом.

К и К б — коэффициенты преобразования ФБф-2 (4,5,7) и ФБС 2-1 (14, 25

pi f.

5,15,17) .

С выходов усилителей 8 и 18 напряжения ми напРяжения U (t) (фиг. 30), которое формируется полосовым фильтром

;26 иэ напряжения шума, поступающего на его вход с выхода генератора белого шума 25 и имеющего равномерный спектр н диапазоне частот (а = 0-10 ии с где вс- частота среза исследуемой системы, а также величиной напряжения

U п(1), которое формируется источником 27 опорного напряжения, поступает на вход схемы сраннения и определяет длительность перерывов информации в системе с ТД.

Фильтр 26 имеет переменную полосу пропускания и позволяет менять статистические свойства напряжения U C(t)

1 и, следовательно, среднюю частоту перерывов информации.

В момент превышения напряжения

+(t) (фиг. 30) порогового уровня коммутатор 9 отключает от входов интеграторов 10 и 19 напряжения Uq (t) и Ц (t) на время длительности суще2 ствования (фиг. 30) выброса напряжения 0 (с) над пороговым уровнем п () °

Модель устройства слежения с телевизионным датчиком может быть реализована на транзисторах и интегральных схемах. Применение в качестве оснонного элемента операционного усилителя в интегральном исполнении позволяет просто реализовать модель в виде отдельного блока, что сокращает время на подготовку и проведение эксперимента, упрощает эксплуатацию устрой ства и позволяет проводить исследования большого класса систем управления с ТД беэ смены аппаратуры.

Формула изобретения

Устройство для моделирования автоматических следящих систем с телевизионным датчиком, содержащее первый эадатчик координат, выход которого соединен с первЬтм входом первого сумматора, выход которого через первый дискриминатор соединен с первым входом первого коммутатора, первый выход которого через первый формирователь импульсон соединен со входом первого усилителя, первый интегратор, выход которого является первым ныходом устройства и соединен со вторым входом первого сумматора, второй задатчик координат, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй усилитель и второй интегратор, выход которого является вторым выходом устройства, о т л м ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него дополнительно введены два блока модуля, второй дискриминатор, второй и третий коммутатор, второй формирователь импульсов, дна усредняющих фильтра, два генератора тактовых им860093

10 пульсов, два ждущих мультивибратора, элемент И, генератор белого шума, полосовой фильтр, блок сравнения и источник опорного напряжения, причем выход первого сумматора через первый блок модуля соединен со вторым входом первого коммутатора, второй выход которого через первый усредняющий фильтр соединен с управляющим входом второго усилителя, выход второго сумматора через второй блок модуля соединен с третьим входом первого коммутатора, третий выход которого соединен с первым входом второго коммутатора,.первый выход которого через второй усредняющий фильтр соединен с управляющим входом первого усилителя, 15 выход которого соединен с первым входом третьего коммутатора, первый,выход которого соединен со входом первого интегратора, выход второго сумматора через второй дискриминатор сое-Щ динен также с четвертым входом первого коммутатора, четвертый выход которого соединен со вторым входом второго коммутатора, второй выход которого через второй формирователь импульсов соединен со входом второго усилителя, выход которого соединен со вторым входом третьего коммутатора, второй выход которого связан сб вхо- дом второго интегратора, выход которого соединен со вторым входом второго. сумматора, выходы первого и второго генераторов тактовых импульсов соответственно через первый и второй ждущие мультивибраторы соединены с первым и вторым входами элемента И, первый вход и выход которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго коммутаторов, а выход генератора белого шума через полосовой фильтр соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход соединен с управляющим входом третьего коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Михалков К.В. Основы телевизионной автоматики. Энергия, Ленинградское отделение, 1967, с. 233.

2. Сигалов Г.Г., Мадорский Л.С.

Основы теории дискретных систем управления. Минск,"Высшая школа," 1973, "с ° 324, рис. 77 (прототип). usZ

uz.

uz.

"И2

Фиг. 1 сриг,1

V ãòè-t

И„ти-t

Vr.ttt-1 фиг, 1f

Puz. 9

Puz. 10

860093

iPuz, 7

Е фиг 9

1 ттг =/ j p/

Р 1г 11

860093

Фма.21

Фиа. Ф фиа 1Ó

Фиа 18 пуф фиг. ильфа аа.

Составитель И.Лебедев

Редактор. H.Бушаева Техред А. Ач Корректор С. Шекмар

Заказ 7550/32 Тираж 745 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рау аская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, Ул. Проектная, 4

Еп.

Ua Ы фиг. 77

kate

Ып