Петр Асташенков - Что такое бионика

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.

Рассмотрим один из образцов самонастраивающихся автопилотов, примененных, в частности, на американском истребителе (рис. 17).

Рис. 17. Схема самонастраивающегося автопилота.

Главная часть автопилота — мультивибратор — генератор электрических колебаний, форма которых отлична от синусоидальной. Он выполняет функции быстродействующего реле. Если самолет сохраняет заданное положение, мультивибратор, переключаясь в одно из двух устойчивых состояний, вырабатывает короткие электрические импульсы, противоположной полярности и равные по мощности. Частота их составляет от 4 до 6 гц. Эти импульсы подводятся к рулевой машинке, и она, естественно, совершает колебания около нейтрального положения. Среднее положение руля остается постоянным, хотя он сам и перемещается на 0,1° на частоте импульсов. Самолет также имеет установившиеся колебания, совершенно незаметные для летчика.