Что такое бионика - [14]

Рис. 11. Схема управляющего устройства, основанного на принципе запоминания наибольшего показателя ψ.

К электродам сетка-катод радиолампы через диод подводится электрическое напряжение (показатель Ψ). Пусть при этом величина ψ меняется, как показано на рис. 10, от точки 1 к точкам 2 и 3. Когда ψ достигнет максимального значения, запоминающий конденсатор С зарядится, «запомнит» это значение. Когда напряжение начнет уменьшаться, диод запирается. Суммирующий усилитель, сравнивающий напряжения в цепи катода лампы и инвертора, дает команду реле. Оно срабатывает и заставляет двигатель, а за ним и регулирующий орган двигаться в обратную сторону. Опять будет пройден максимум, и как только величина ψ начнет падать, снова реле заставит двигаться регулирующий орган обратно. Таким образом, в системе будут происходить колебания вокруг наибольшего значения и среднее положение регулирующего органа будет соответствовать этому значению.

С запоминанием связан и циклический поиск в системах шагового типа. В этом случае приходится запоминать исходную величину выходного сигнала ψ, изменения положения регулирующего органа АХ, новое значение выходной величины ψ + Δψ. На графике рис. 12 показана зависимость показателя системы ψ от перемещения регулирующего органа X.

Рис. 12. График зависимости показателя системы ψ от перемещения регулирующего органа X при циклическом поиске в системе шагового типа.

Пусть исходное положение регулирующего органа в точке О. Делается пробный шаг АХ. При перемещении в точку 1 показатель системы возрастает, становится ψ + Δψ. При исходном положении в точке 2 значение ψ при пробном шаге в точке 3 уменьшается. По знаку Δψ можно определить направление движения регулирующего органа. Метод такого поиска называется циклическим потому, что шаг АХ задается специальным коммутатором циклически через равные промежутки времени, а направление этого шага и величина неизменны. Алгоритм («логику») работы управляющего устройства можно представить в виде табл. 2.

Таблица 2

Алгоритм управляющего устройства в системе шагового типа

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.