Что такое бионика - Асташенков Петр Тимофеевич. Страница 10

Таблица 2

Для реализации изложенной выше «логики» может быть применена схема, содержащая объект регулирования, тактовый генератор и устройство управления. В свою очередь устройство управления имеет запоминающее устройство, двигатель, перемещающий управляющий орган, и устройство для определения, куда дальше перемещать этот орган для поиска наивыгоднейшего значения (рис. 13).

Рис. 13. Принципиальная схема управляющего устройства шагового типа.

Схема начинает работу при включении по команде тактового генератора контактов К₁ и Κ₂. Делается пробный шаг ΔX, изменение выходной величины (ψ + Δψ) запоминается. Потом замыкаются ключи К₃ и К₄. На выходе будет выделена величина отклонения выходной величины от заданной. Это отклонение подается в двигатель, который перемещает заслонку или клапан так, чтобы приближаться к наивыгоднейшему положению. Когда такое положение будет пройдено, к двигателю подводится отрицательное напряжение, и он начнет вращаться в обратную сторону. Как видно из схемы, такое автоматическое устройство представляет собой не что иное, как специализированное вычислительное устройство. Если к обычной схеме автоматического управления добавить специализированное вычислительное устройство А и дополнительное вычислительное устройство В, то можно решать, например, задачу подбора такого режима, при котором объект управления и регуляторы потребляли бы минимум топлива и электроэнергии. Такие самонастраивающиеся системы (рис. 14) могут быть весьма ценны не только для поддержания движения, например ракеты, по нужной траектории, по и перехода ее на другие траектории, если это необходимо с точки зрения экономного расходования топливных и энергетических ресурсов.

Рис. 14. Схема самонастраивающейся системы автоматического по иска наивыгоднейшего режима работы.

Дополнительное вычислительное устройство В суммирует данные о количестве потребляемого топлива или энергии и определяет среднее значение за определенный промежуток времени. Это значение подводится к устройству А, называемому оптимизатором, которое осуществляет автоматический поиск наивыгоднейшего (оптимального) режима, при котором расходовалось бы минимум энергии.

Экстремальные системы автоматического управления могут широко применяться в военной и военно-морской технике. Эти системы способны помочь, например, сводить к минимуму погрешности или ошибки систем наведения ракет, целеуказания, решения задачи встречи снаряда с целью, обеспечивать быстрейшее приведение в действие современного ракетно-ядерного оружия. Подобные системы могут поддерживать максимальным коэффициент полезного действия энергетических установок кораблей и силовых установок самолетов, обеспечивать режим для получения максимальной дальности полета, плавания и т. п.

Примером самоприспосабливающейся системы является автоматическая система для опознавания и выделения импульсных сигналов на фоне шумов (рис. 15).

Рис. 15. Блок-схема устройства автоматического опознавания сигналов.

В ней имеется самоприспосабливающийся фильтр, с помощью которого производится настройка системы на форму приходящего сигнала.

Схема фильтра включает запоминающее устройство, схему кратковременного накопления и сравнивающее устройство. Накопление данных о форме кривой входного сигнала при его приеме происходит в запоминающем устройстве. В специальном устройстве сравниваются данные со входа фильтра и выхода схемы кратковременного накопления. Когда на входе появляется серия сигналов одинаковой формы, она фиксируется в запоминающем устройстве. Затем из всех хаотически появляющихся на входе фильтров сигналов будут выделяться и пропускаться импульсы с формой кривой, которую «запомнил» фильтр.

Сравнивающее устройство обнаруживает повторяемость формы импульса, чтобы точно воспроизвести эту форму в запоминающем устройстве.

С пропаданием избранного сигнала система приходит в равновесие до появления нового сигнала, форма которого повторяется. Происходит восстановление сигналов, накапливаемых в запоминающем устройстве.

Как же происходит сравнение формы пришедшего сигнала и того, который «помнит» фильтр? Это сравнение осуществляется в нескольких различных точках, размещенных по огибающей импульса. Число таких точек называется «числом измерений» системы.

На рис. 16 показана блок-схема экспериментальной системы с десятью измерениями, предложенной одной из зарубежных фирм.

Рис. 16. Блок-схема экспериментальной системы с десятью измерениями.

Линия задержки, которая играет роль системы кратковременного накопления, имеет десять отводов. Запоминающее устройство содержит десять конденсаторов, зашунтированных сопротивлениями. В корреляторе соответственно предусмотрено десять умножителей.

Напряжения с участка линии задержки и ячейки запоминания поступают в умножитель, дающий на выходе произведение этих двух напряжений. Сигналы от всех умножителей складываются и суммарный сигнал подается на детектор. Он-то и выявляет, насколько идентичны формы сигналов. Достигается это сравнением суммарного сигнала с тем, который «помнит» фильтр, так называемым опорным сигналом. Если первый равен второму или больше его, детектор отпирает арифметический блок системы обнаружения. С помощью десяти дополнительных конденсаторов «копированный» сигнал усиливается. Это означает, что в начале процесса сравнения схема выдает в сравнивающее устройство более точный фиксированный сигнал. Если на вход сигнал поступил не полностью, а есть всего одна его составляющая, все равно система начинает «приспосабливаться» к нему. Стоит сигналу пропасть, как опорный сигнал падает до нуля. При появлении нового сигнала система готова к действию. Значит, она способна «расшифровывать» кодированные сигналы с периодически меняющими кодами. Для сигналов с более сложной формой нужно большее число измерений.

Самонастраивающиеся системы широко используются за рубежом при разработке автопилотов для самолетов и ракет, а также при проектировании систем автоматического управления для ракетопланов и космических кораблей.

Известно, что летательный аппарат оказывается в самых различных условиях и его характеристики существенно меняются в зависимости от изменения веса и конфигурации, скорости, плотности атмосферы, маневра цели и типа траектории. Так, самонастраивающаяся система, используемая для автопилота, должна, исходя из условий полета, изменять свои параметры так, чтобы, несмотря на эти изменения, сохранить требуемое качество работы. Возьмем, к примеру, такой показатель окружающих условий, как температура. В полете придется измерять температуру тех участков космического корабля, которые наиболее подвержены нагреванию, например при входе в плотные слои атмосферы. По результатам этих измерений система должна так корректировать траекторию, чтобы корабль не попал в области, где его ждет чрезмерный нагрев.

Чтобы лучше понять принцип самонастраивающегося регулирования на самолете, можно сослаться на действия летчика в полете. Покачивая ручку управления, он слегка возмущает полет самолета, что позволяет ему чувствовать свойства машины и достигать оптимального (наилучшего) управления, несмотря на изменение свойств самолета при наборе высоты или изменении скорости полета.