Q x

0 q x

Рис. 2.2. Зависимость ПС от радиального положения пятна.

Для получения двухполярного сигнала ошибки, в котором знак определяет направление смещения, а амплитуда - величину смещения, применяются два дополнительных сканирующих пятна, которые проецируются на диск со смещением λ относительно дорожки в радиальном направлении. Аппроксимируем изменения ПС сигнала U_ПС функций косинуса в соответствии с равенством:

,

где а – уровень сигнала снимаемого с основного сканирующего пятна;

b – амплитуда переменной составляющей.

Тогда два пятна спутника, детектируемые двумя раздельными фотоприемниками, дадут следующие сигналы:

;

;

Разностный сигнал:

,

является нечетной функцией радиального положения x. Амплитуда и наклон U_P(x) максимальны, если  = 1 или .

Пятна-спутники получаются с помощью (фазовой) дифракционной решетки, размещенной в диафрагме объектива. Смещение пятен-спутников в радиальном направлении составляет q/4 (см. рис.2.3), а в направлении дорожки гораздо больше (обычно 20 мкм.).

q       l

Рис.2.3. Расположение пятен - спутников на диске.

Изменением углового положения решетки можно изменять смещение  и тем самым оптимизировать сигнал ошибки радиального слежения U_P. Такая схема достаточно проста и очень стабильна.

В методе двух пятен измеряется полная световая мощность пятна плоскости, сопряженной с поверхностью диска. При этом любое изменение интенсивности света в поперечном сечении отраженных лучей не играет роли.

В этом случае сигнал ошибки радиального слежения, как и в методе двух пятен, получается как разность сигналов с двух фотоприемников и определяется выражением

 

 U_p(x)=siny₁₀×sin .

Уравнение содержит сомножитель siny₁₀, значение которого зависит от средней глубины пит. Питы со средней глубиной, близкой к четверти длины волны лазера и контрастные черно-белые структуры имеют значение y₁₀»p и дают очень малый сигнал. Поэтому при использовании данного метода в процессе изготовления диска-оригинала при формировании глубины пит необходимо уходить из этой запрещенной области. Практически удается получить значения siny₁₀=(0.5¸0.7), что вполне приемлемо для осуществления радиального метода.

Схема, поясняющая работу датчика положения, показана на рис. 2.4.

Рис 2.4. Схема датчика положения.

Уравнения имеют вид:

где k_p – крутизна характеристики сигнала ошибки радиального слежения, которая определяется линеаризацией характеристики сигнала расфокусировки.

Схема датчика положения приведена на рис 2.5.

Рис. 2.5. Схема датчика положения.

Тогда передаточная функция будет выглядеть так:

где К_у – коэффициент передачи суммирующего усилителя;

Т_ф – постоянная времени фильтра низких частот и находится по формле:

 

 

где λ – максимальное расстояние между двумя переходами от пита к ленду в канальном ходе на дорожке диска.

f – скорость считывания канального хода потока данных.

f=14·F, f=2100 Кбайт/с=1,68·10⁷ бит/с;

Т_ф=3,05·10^-7 с;

К_р – находится путем линеаризации (см. Приложение 1)

 ,

тогда передаточная функция

 

Расчет линейного электродвигателя

 

Далее сигнал выхода усилителя мощности поступает на исполнительный двигатель, как правило линейный электродвигатель (ЛЭД), работающий по принципу громкоговорителя. Составными частями такого двигателя являются: катушка, постоянный магнит и, возможно, магнитопровод из магнитномягкого железа.

Пригодные к применению конструкции ЛЭД могут быть разделены на две основные группы с подвижной катушкой и с подвижным магнитом.

Конструкция с подвижной катушкой (рис.3.1) имеет ряд преимуществ и недостатков. Помимо проблем обрыва проводников, подводящих ток к катушке, движущая часть имеет обычно плохой тепловой контакт с окружающей средой (высокое тепловое сопротивление R_T). Тепло, выделяющееся в подвижной катушке, приводит к росту температуры всей подвижной части, в частности объектива, что нежелательно. Это в конечном счете приводит к уменьшению среднего значения силы, развиваемой данным ЛЭД.

считывающая

 головка

 

катушка

 

магнит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

магнитопровод

Рис.3.1. Привод головки с подвижной катушкой.

Достоинством системы с подвижной катушкой является то, что стационарная магнитная система может быть увеличена и, следовательно, с ее помощью можно обеспечить более сильное магнитное поле (высокое значение магнитной индукции В).

Альтернативным решением может быть конструкция с подвижным постоянным магнитом и неподвижной катушкой. В этом случае отвод тепла от катушки не является серьезной проблемой (низкое R_T) и максимально допустимая температура катушки Т_{кат max}может быть выше, так как она изолирована от объектива. Но развиваемая ЛЭД сила будет меньше из-за ослабления магнитного поля (низкое В), поскольку объем магнита меньше. Увеличение же магнита нежелательно, так как приводит к возрастанию массы подвижной части, что ухудшает динамические свойства САРФ.

Поэтому в реальных конструкциях применяется ЛЭД с подвижной катушкой.

Поскольку оба типа ЛЭД являются одинаковыми по принципу действия и различаются лишь подвижностью составляющих их частей, уравнения, описывающие их поведение можно представить в виде:

,

где: L – индуктивность катушки;

R=R_к+R_ум - сопротивление катушки и внутреннее сопротивление усилителя мощности;

I - ток катушки;

В – магнитная индукция;

l – длина проводника катушки в магнитном поле;

F – сила действующая на катушку;

U_УМ – напряжение на выходе усилителя мощности,

или в операторной форме:

 

(Т·Р+1) F=L_лэдU_ум; (2)

где  - постоянная времени ЛЭД;

 - коэффициент передачи ЛЭД;

 

l = π d_k W;

 

W – число витков катушки ЛЭД.

Переходя к изображению, получим передаточную функцию:

;

;

;

К_лэд=2,355;

 

Расчет оптической системы

Основная цель, стоящая при разработке подвески, обеспечить движение головки только по жестко заданным направлениям. Подвески могут быть с помощью линейных подшипников механического или электромагнитного типа и пружинных гибких направляющих. В первом случае перемещение в направлении регулирования ничем не ограничивается, а в перпендикулярных направлениях предотвращается путем выбора соответствующих подшипников с минимально возможными допусками у механических и максимальной жесткостью у электромагнитных. Тогда с учетом демпфирования в подвесе и диссипации энергии в катушке, уравнения движения подвижной части имеют вид:

,

где  - коэффициент вязкого трения,

или в операторной форме

,

где

.

, Т₁=0,75 с;

 

Расчет корректирующего устройства

Для надежной работы устройства, необходимо включить в его схему еще один элемент, обеспечивающий заданное качество переходного процесса. Но перед этим нужно добиться требуемого качества установившегося режима. Система должна обеспечивать точность X_max=0,2 мкм при входном воздействии g_max=500 мкм, отсюда можно найти суммарный коэффициент усиления всех звеньев системы.

 

Необходимо построить при помощи программного пакета ТАУ, нескорректированные логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) и логарифмические фазо-частотные характеристики (ЛФЧХ), определить частоту среза ω₀ (см. Приложение 2).

После построения ω₀=3000 1/с.

Рекомендуемый наклон скорректированной ЛАЧХ в области частоты среза -20 Дб на декаду. Т.к. одна из постоянных времени лежит ниже частоты среза, то наклон не скорректированный ЛАЧХ в этой области примерно -60 Дб/декаду. Следовательно, чтобы поднять на 40 Дб не скорректированную ЛАЧХ передаточная функция корректирующего устройства должна иметь вид:

Постоянные времени в данном случае выбираются по соотношению:

;

;

Выбираем τ=0,0006 с,

Т=0,0001 с.

Таким образом мы получили следующую передаточную функцию:

W(s)=W_дп(s)·W_иэ(s)·W_оу(s) ·W_ку(s)

Ввод данных:

, где

К=1; Т₁=Т₂=0,6; Т₃=0,3; Т₄=0,2; λ=1; τ=0

, К=2500, Т=750 с

Заключение

 

В ходе выполнения данной курсовой работы был проведен синтез системы автоматического регулирования радиального положения пятна. Скорректированная система получилась устойчивой.

Список литературы

 

1. Сапаров В.Е., Максимов Н.А. Системы стандартов в электросвязи и радиоэлектронике. М.: Радио и связь, 1985. 248 с.

2. Микропроцессорные системы автоматического управления./Под ред. Бесекерского В.А. Л., Машиностроение, 1988.

3. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. М., Наука, 1987.

4. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М., Наука, 1975.

5. Теория автоматического управления./Под ред. Воронова А.А. М., Высшая школа, 1986, Т.1, 2.

6. Основы автоматического регулирования и управления./Под ред. Пономарева В.М., Литвинова А.П. М., Высшая школа, 1974.

7. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления./Под ред. Бесекерского В.А. М., Высшая школа, 1978.