SU1619032A1

SU1619032A1 - Device for controlling mobile objects

Info

Publication number: SU1619032A1
Application number: SU884388647A
Authority: SU
Inventors: Клавдий Иванович Кремец; Анатолий Иванович Мармалев; Константин Васильевич Иванищев; Александр Васильевич Симонов; Алексей Аркадьевич Шерозия
Original assignee: Предприятие П/Я В-8769
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1991-01-07

Abstract

Изобретение относитс к средствам автоматического контрол положени подвижных обьектов. Цель изобретени - повышение достоверности определени положени объекта за счет компенсации помех от солнечного фона и повышение надежности устройства за счет снижени многока- нальности его электронного тракта. Блок 3 фотоприема установлен на подвижном объекте и состоит из четырех фотоприемников (ФП)4144, расположенных по вертикали симметрично относительно горизонтальной оси в плоскости регистрации лазерного излучени , сформированного оптической системой устройства в виде вращающегос в горизонтальной плоскости лазерного пучка, образующего опорную плоскость, в исходном (нулевом) положении перескающую плоскость регистрации по оси симметрии ФП 4i, ..., 42. ФП 4i и 4з и ФП 4а и 44 включены встречно-параллельно и подсоединены соответственно к двум входам электронного тракта устройства, организоThis invention relates to means for automatically controlling the position of moving objects. The purpose of the invention is to increase the reliability of determining the position of an object by compensating for the interference from the solar background and improving the reliability of the device by reducing the multichannel of its electronic path. The photodetector unit 3 is mounted on a movable object and consists of four photodetectors (AFs) 4144, located vertically symmetrically about the horizontal axis in the laser radiation detection plane formed by the optical system of the device in the form of a rotating horizontal laser beam forming the reference plane in the original ( zero) position, the transfer registration plane along the axis of symmetry of the OP 4i, ..., 42. The OP 4i and 4h and the OP 4a and 44 are turned on in anti-parallel and connected respectively to two tract odes electronic device organizes

Description

Изобретение относитс к области средств автоматического контрол положени подвижных объектов и может быть использовано дл управлени высотным положением рабочих органов дорожно-стро- ительных, землеройных и тому подобных машин.The invention relates to the field of means for automatically controlling the position of moving objects and can be used to control the height position of the working bodies of road-building, earth-moving and similar machines.

Целью изобретени вл етс повышение достоверности определени положени объекта за счет компенсации помех от солнечного фона и повышение надежности устройства за счет снижени многоканальности его электронного тракта.The aim of the invention is to increase the reliability of determining the position of an object by compensating for the interference from the solar background and increasing the reliability of the device by reducing the multi-channel of its electronic path.

На фиг. 1 представлена функциональна схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы , по сн ющие его работу.FIG. 1 shows a functional diagram of the device; 2 shows timing diagrams for his work.

Устройство содержит лазер 1, установленные по ходу излучени блок 2 формировани опорной плоскости лазерного излучени (блок 2 ФОП), выполненный, например , в виде расположенных по ходу лазерного излучени коллиматора, зеркала и зеркального барабана (не показаны), установленного вертикально с возможностью вращени вокруг собственной оси, блок 3 фотоприема, состо щий из четырех фотоприемников (ФП)41. ..., 44, расположенных по вертикали в плоскости регистрации симметрично относительно горизонтальной оси, при этом первый ФП 4i и третий ФП 4з и второй.ФП 42 и четвертый ФП 44 включены встречно-параллельно, выходы ФП 4i (ФП 4з) и ФП 42 (ФП 44) вл ютс соответственно первым и вторым выходами блока 3 фотоприема, блок 5 преобразовани сигнала , устанавливаемый на объекте (не показан ), состо щий из двух идентичных каналов, каждый из которых образован усилителем 6| расположенных сигналов (где 1 1,2- номер канала), вход которого соединен с одними из выходов блока 3 фотоприема , двум формировател ми 7 и 8i импульсов, входы которых соединены соответственно с двум выходами усилител 6j, согласующим ключом 9i, входы которого соединены соответственно с первым выходом одного из формирователей 1 и 8 импульсов и с вторым выходом другого, и двум разделительными диодами 10j и 11i, включенными между разноименными выходами формирователей 7j и 8j импульсов, выходы ключей 9i первого и второго каналов вл ютс , соответственно первым и вторым выходамиThe device comprises a laser 1, mounted along the radiation path, a laser radiation support plane formation unit 2 (FOP unit 2), made, for example, in the form of a collimator, a mirror and a mirror drum (not shown) arranged along the laser radiation, mounted vertically for rotation own axis, photodetection unit 3 consisting of four photodetectors (AF) 41. ..., 44, located vertically in the plane of registration symmetrically about the horizontal axis, with the first OP 4i and the third OP 4z and the second. PP 42 and the fourth OP 44 are engaged in anti-parallel, the outputs OP 4i (OP 4z) and OP 42 (FC 44) are respectively the first and second outputs of the photoreceiver unit 3, the signal conversion unit 5 installed on an object (not shown) consisting of two identical channels, each of which is formed by an amplifier 6 | located signals (where 1 1,2 is the channel number), the input of which is connected to one of the outputs of the photoreception unit 3, two formers 7 and 8i pulses, the inputs of which are connected respectively to two outputs of the amplifier 6j, a matching key 9i, whose inputs are connected respectively with the first output of one of the formers 1 and 8 pulses and with the second output of the other, and two separation diodes 10j and 11i connected between the opposite outputs of the formers 7j and 8j pulses, the outputs of the keys 9i of the first and second channels are but the first and second outputs

блока 5 преобразовани сигналов, и блок 12 управлени , состо щий из двух идентичных каналов, каждый из которых образован разделителем 13i импульсов по пол рности, вход которого соединен с одним из выходовa signal converting unit 5, and a control unit 12 consisting of two identical channels, each of which is formed by a polarity separator 13i, whose input is connected to one of the outputs

блока 5 преобразовани сигналов, и двум одновибраторами 14| и 15i, входы которых соединены соответственно с двум выходами разделител 13i импульсов, и формировател 16 сигналов управлени , входыblock 5 conversion of signals, and two one-shot 14 | and 15i, the inputs of which are connected respectively to the two outputs of the pulse separator 13i, and the driver 16 of the control signals, the inputs

которого соединены соответственно с выходами одновибраторов 141, 142, 15i и 152, а его выходы вл ютс выходами блока 12 управлени и выходами устройства.which are connected respectively to the outputs of the single vibrators 141, 142, 15i and 152, and its outputs are the outputs of the control unit 12 and the outputs of the device.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Оптическа система устройства ориентируетс так, что сформированна блоком 2 ФОП опорна плоскость лазерного излучени пересекает плоскость регистрации поThe optical system of the device is oriented so that the reference plane of the laser radiation formed by the FOP unit 2 intersects the registration plane by

горизонтальной линии, совпадающей с осью симметрии ФП 4i44, установленных на подвижном объекте (например, рабочем органе землеройной машины).a horizontal line coinciding with the axis of symmetry of the FP 4i44 installed on a mobile object (for example, the working body of the earthmoving machine).

В процессе перемещени объекта приIn the process of moving an object when

попадании излучени на первый ФП 4i (второй ФП 42) на входе усилител 6i (62) формируетс положительный сигнал, если излучение попадает на третий ФП 4з (четвертый ФП 44), формируетс отрицательныйwhen radiation hits the first OP 4i (second OP 42), a positive signal is generated at the input of amplifier 6i (62); if the radiation hits the third OP 4c (fourth OP 44), a negative signal is generated

сигнал (фиг.2а). Таким образом, выходные сигналы усилителей 6i и 62 характеризуют положение нулевой зоны (оси симметрии) блока 3 фотоприема относительно опорной плоскости, ФП 4i44 представл ют собой группу фоточувствительных элементов ( чеек). Размеры пучка излучени фоточувствительных чеек ФП и их взаимное расположение относительно горизонтальной оси блока 3 фотоприема выбираютс так, чтоsignal (figa). Thus, the output signals of amplifiers 6i and 62 characterize the position of the zero zone (axis of symmetry) of the photodetector unit 3 relative to the reference plane, the AF 4i44 is a group of photosensitive elements (cells). The dimensions of the radiation beam of the photosensitive cells of the AF and their relative position relative to the horizontal axis of the photodetector unit 3 are chosen so that

5 лазерное излучение не попадает одновременно на первый ФП 4i и третий ФП 4з (соответственно на второй ФП 42 и четвертый ФП 44). В этом случае, за счет встречно- параллельного включ ени ФП 4i 44 не5, the laser radiation does not simultaneously fall on the first OP 4i and the third OP 4z (respectively on the second OP 42 and fourth OP 44). In this case, due to the counter-parallel inclusion of the FP 4i 44

происходит вычитани амплитуд преобразованных сигналов лазерного излучени , т.е. с групп фоточувствительных чеек ФП 4i4л поступают сигналы, амплитуды которых (примерно) пропорциональны мощности лазерного излучени .the amplitudes of the converted laser radiation signals are subtracted, i.e. Signals are received from the groups of photosensitive cells of the OP 4i4l cells, whose amplitudes are (approximately) proportional to the power of the laser radiation.

В случае попадани на блок 3 фотоприема солнечного излучени ФП 4i, ..., 44 засвечиваютс одинаково и за счет их встречно-параллельного включени вли ние солнечного излучени взаимно компенсируетс , обеспечива помехоустойчивость устройства и повышение достоверности, одновременно формируетс информаци о положении блока 3 фотоприема относительно лазерной опорной плоскости.In the event that solar radiation photocurrent unit 3 gets caught, the AF 4i, ..., 44 is irradiated in the same way and due to their counter-parallel switching on, the solar radiation effect is mutually compensated, providing noise immunity of the device and increasing the reliability, while the photodiode 3 is generated laser reference plane.

Поскольку один из выходов усилител 6i вл етс пр мым, а другой инверсным, его выходные сигналы имеют одинаковую пол рность (например, отрицательную, фиг.2), что целесообразно дл унификации электрических схем формирователей 7i, 2, 8i и 82 импульсов, на которые поступают сигналы с выходов усилителей 6i и 62. Формирователи 1 и 8i импульсов выполнены, например, по схеме одновибратора, их запуск осуществл етс импульсами с выхода усилител 61 по достижении ими порога срабатывани одновибратора. Формирователи 7i, 1г. 8i и 82 импульсов преобразуют и расшир ют их по длительности до величины , достаточной дл передачи по длинному кабелю между блоком 5 преобразовани сигналов и блоком 12 управлени . Выходные сигналы формирователей 1 и 8j импульсов имеют разную пол рность (фиг.26, в) дл того, чтобы однозначно обеспечить информацию о положении нул блока 3 фотоприема при передаче сигналов по одной линии св зи (кабелю). Разделительные диоды 10i и 11i обеспечивают взаимную блокировку формирователей 1 и 8i импульсов при случайном попадании лазерного излучени одновременно на ФП 4i и 4з (ФП 42 и ФП 4/0 в случае большой амплитуды вибраций блока 3 фотоприема, расширени эффективного диаметра лазерного пучка при интенсивной турбулентности среды и т.д. Таким образом запускаетс тот формирователь 7| и 8i импульсов, у которого сигнал на входе первым достигает порога срабатывани , и через соответствующий разделительный диод 10i. 11i блокирует, на врем действи формируемых импульсов, другой формирователь. С формирователей 1 и 8 импульсов сигналы поступают на согласующие ключи 9|. Сигналы с выходов последних (фиг.2г) по двум шинам кабел поступают на разделители 13i и 132 сигналов по пол рности , которые выдел ют на своих выходахSince one of the outputs of the amplifier 6i is direct and the other is inverse, its output signals have the same polarity (for example, negative, figure 2), which is expedient for unifying the electrical circuits of the drivers 7i, 2, 8i and 82 pulses, for which The signals from the outputs of the amplifiers 6i and 62 are received. The formers 1 and 8i of the pulses are made, for example, according to the one-shot circuit, they are started by the pulses from the output of the amplifier 61 until they reach the single-shot threshold. Shapers 7i, 1g. The 8i and 82 pulses transform and extend them in duration to a value sufficient for transmission over a long cable between the signal conversion unit 5 and the control unit 12. The output signals of pulse shapers 1 and 8j have different polarity (Fig. 26, c) in order to uniquely provide zero position information of the photoreceiver unit 3 when transmitting signals over one communication line (cable). Dividing diodes 10i and 11i provide for mutual blocking of shaper 1 and 8i pulses in case of accidental contact of laser radiation simultaneously with FP 4i and 4z (FP 42 and FP 4/0 in the case of large amplitudes of vibrations of the photo-reception unit 3, expanding the effective diameter of the laser beam during intensive turbulence of the medium etc. Thus, the pulse shaper 7 | and 8i, for which the signal at the input first reaches the triggering threshold, is started, and through the corresponding separation diode 10i. 11i blocks, for the duration of the action pulses, another shaper. From shapers 1 and 8 pulses, signals arrive at matching keys 9. The signals from the outputs of the latter (Fig. 2d) are fed to two separators of the 13i and 132 signals by polar lines, which are separated at their outputs

импульсы, соответствующие ФП 4i 44.pulses corresponding to the FP 4i 44.

засвеченным лазерным излучением. При поступлении этих импульсов на одновибрато- ры 14ь 142, 15i и 152 они формируют их поlighted laser radiation. When these pulses reach the one-shot 14 14 142, 15i and 152, they form them

5 длительности (достаточной дл срабатывани исполнительной системы объекта) и передают на формирователь 16 сигналов управлени . С выходов одновибраторов 14, и 15i периодически поступают четыре отри10 цательных импульса (фиг 2д и е) дл одно- вибраторов 14, и 15| соответственно, которые несут информацию о положении блока 3 фотоприема относительно опорной плоскости лазерного излучени Формиро15 вэтель 12 сигналов управлени формирует по входным импульсам команды управлени исполнительной системой, осуществл ющей перемещение блока 3 фотоприема до совмещени его нул с опорной плоскостью5 duration (sufficient to trigger the object's executive system) and transmit 16 control signals to the driver. From the outputs of one-shot 14, and 15i, four negative pulses periodically arrive (Fig. 2e and e) for a single-vibrator 14, and 15 | respectively, which carry information about the position of the photodiode unit 3 relative to the reference plane of the laser radiation. The control signal generator 12 generates, by input pulses, commands for controlling the actuating system that moves the photodetector unit 3 to align it with the reference plane

0 излучени . Этот момент соответствует одновременному попаданию лазерного излучени на второй 42 и третий 4з ФП0 radiation This moment corresponds to the simultaneous hit of laser radiation on the second 42 and third 4h OP

В случае изменени периода сканировани лазерного пучка, например, приIn the event of a change in the scanning period of a laser beam, for example, when

5 колебани х напр жени питани одновиб- раторы 14) и 15: измен ют длительность своих импульсов синхронно с изменением периода следовани запускающих импульсов .The 5 power supply voltage fluctuations, the one-shooters 14) and 15: change the duration of their pulses synchronously with the change in the period of the triggering pulses.

0 Таким образом, выполнение блока 3 фотоприема из четырех ФП 4i44, объединенных указанным образом, и организаци тракта электронной обработки сигналов с них в виде двух идентичных каналов позво5 л ет исключить отрицательное вли ние солнечного фона на прием лазерных сигналов (за счет компенсации токов фона) и повысить , следовательно, достоверность опреде- лени положени объекта, снизить0 Thus, the execution of block 3 of photoreception from four FP 4i44, combined in this way, and the organization of the path of electronic signal processing from them in the form of two identical channels allows to eliminate the negative effect of the solar background on the reception of laser signals (by compensating background currents) and increase, therefore, the reliability of determining the position of the object, reduce

0 многоканальность электронного тракта, повысив тем самым надежность устройства.0 multi-channel electronic path, thereby increasing the reliability of the device.

Claims

Apparatus of the Invention A device for controlling mobile objects comprising a laser, a radiation-forming unit forming a reference plane of the laser radiation, and a photodetector unit with photodetectors mounted in the direction of radiation, connected in series

0 a signal converting unit and a control unit, wherein the inputs of the signal converting unit are connected respectively to the outputs of the photoreceiver unit, characterized in that

5, to increase the reliability of determining the position of an object and the reliability of the device, the photoreceiver unit is made in the form of four photodetectors located vertically in the recording plane symmetrically with respect to the horizontal axis.

the first and the third, the second and the fourth photodetectors are turned on in anti-parallel, the signal converting unit is made in the form of two identical channels, each of which consists of an amplifier of different polarity signals, whose input is connected to the output of one of the pairs of photodetector blocks connected in parallel , two pulse shapers, the inputs of which are connected respectively to the two outputs of the amplifier of opposite-polarity signals of the matching key, the inputs of which are connected respectively to the first output o Foot of pulse shapers, and

0

five

with the second output of the other, and two separation diodes connected between the opposite outputs of the pulse formers, the control unit is made in the form of two identical channels, each of which is composed of a pulse separator polarity, the input of which is connected to the output of one of the matching keys of the conversion unit signals, and two one-oscillators, the inputs of which are connected respectively to two outputs of the pulse separator in polarity, and the driver of control signals, whose inputs are connected respectively to exits of four one-shot.

FIG. I