Пропорциональное управление моделями. Отличия радиоуправляемых моделей от игрушек: ключевые особенности и характеристики

Какие основные различия между радиоуправляемыми моделями и игрушками. Чем отличается управление, скорость и конструкция моделей от игрушек. Почему модели стоят дороже и как это влияет на их характеристики. Какие преимущества дает использование профессиональных радиоуправляемых моделей.

Ключевые отличия радиоуправляемых моделей от игрушек

Основные параметры, по которым радиоуправляемые модели отличаются от игрушек:

• Тип управления: у моделей — пропорциональное, у игрушек — дискретное
• Максимальная скорость: модели могут развивать более 50 км/ч, игрушки — менее 20 км/ч
• Подвеска: у моделей приближена к реальным автомобилям, у игрушек примитивная или отсутствует
• Колеса: у моделей резиновые со специальным протектором, у игрушек простые пластиковые
• Надежность: у моделей высокая, у игрушек низкая

Эти отличия определяют существенную разницу в характеристиках, управляемости и долговечности моделей по сравнению с игрушками. Размер не является определяющим фактором — существуют как микромодели, так и крупногабаритные игрушки.

Особенности управления радиоуправляемыми моделями и игрушками

Ключевое отличие в управлении моделей и игрушек заключается в типе управления:

• Игрушки имеют дискретное управление — только два положения (вкл/выкл) без промежуточных значений. Скорость и угол поворота фиксированные.
• Модели оснащены пропорциональным управлением — плавное изменение скорости и угла поворота в зависимости от положения стиков передатчика.

Пропорциональное управление обеспечивает точный контроль над моделью, позволяя выполнять сложные маневры. Дискретное управление игрушек значительно ограничивает возможности управления.

Скоростные характеристики моделей и игрушек

Скоростные возможности радиоуправляемых устройств существенно различаются:

• Максимальная скорость игрушек обычно не превышает 20 км/ч
• Радиоуправляемые модели способны развивать скорость более 50 км/ч
• Гоночные модели могут достигать скорости свыше 100 км/ч

Высокая скорость моделей достигается за счет использования мощных электродвигателей, аккумуляторов повышенной емкости и облегченных конструкций. Это позволяет проводить полноценные гонки и соревнования.

Конструктивные особенности подвески

Подвеска является одним из ключевых элементов, определяющих управляемость и проходимость:

• Игрушки часто имеют жесткое крепление колес к корпусу без амортизации
• В простейших игрушках используются пружины или резиновые демпферы
• Модели оснащаются независимой подвеской с масляными амортизаторами
• Конструкция подвески моделей близка к реальным автомобилям

Продвинутая подвеска радиоуправляемых моделей обеспечивает отличную управляемость и проходимость на любых поверхностях. Игрушечная подвеска значительно ограничивает возможности передвижения.

Различия в конструкции колес

Колеса являются важным элементом, влияющим на сцепление с поверхностью и управляемость:

• Игрушки часто оснащаются пластиковыми колесами без протектора
• В лучшем случае на игрушках используются резиновые покрышки с простым рисунком
• Модели комплектуются резиновыми колесами со специально рассчитанным протектором
• Для моделей доступен широкий выбор покрышек для разных поверхностей

Качественные колеса радиоуправляемых моделей обеспечивают отличное сцепление с дорогой и позволяют уверенно маневрировать на высоких скоростях. Простые колеса игрушек существенно ограничивают возможности управления.

Сравнение надежности и ремонтопригодности

Надежность и возможность ремонта являются важными факторами долговечности устройств:

• Игрушки имеют низкую надежность из-за использования дешевых материалов
• Ремонт сломанных игрушек часто невозможен или экономически нецелесообразен
• Модели отличаются высокой надежностью благодаря качественным компонентам
• Конструкция моделей предусматривает легкую замену вышедших из строя деталей

Высокая надежность и ремонтопригодность позволяют эксплуатировать радиоуправляемые модели в течение длительного времени. Игрушки часто выходят из строя после непродолжительного использования без возможности ремонта.

Электронные компоненты и системы управления

Электроника играет важную роль в функционировании радиоуправляемых устройств:

• В игрушках используются простейшие схемы управления на основе транзисторов
• Модели оснащаются современными микропроцессорными системами управления
• Передатчики моделей имеют расширенные настройки и функции телеметрии
• В моделях применяются программируемые регуляторы хода и сервоприводы

Продвинутая электроника радиоуправляемых моделей обеспечивает точное управление, широкие возможности настройки и получение телеметрической информации. Простые схемы игрушек значительно ограничивают функциональность.

Материалы изготовления и качество сборки

Качество используемых материалов и сборки во многом определяет характеристики устройств:

• Игрушки изготавливаются из дешевого пластика с минимумом металлических деталей
• В конструкции моделей применяются высокопрочные пластики, алюминий, карбон
• Сборка игрушек осуществляется на автоматизированных линиях с минимальным контролем
• Модели собираются вручную с тщательным контролем качества на всех этапах

Использование качественных материалов и ручная сборка обеспечивают высокую надежность и долговечность радиоуправляемых моделей. Игрушки часто имеют низкое качество сборки и быстро выходят из строя.

Возможности тюнинга и модернизации

Важным фактором является возможность улучшения характеристик устройств:

• Конструкция игрушек не предусматривает возможности модернизации
• Для моделей доступен огромный выбор тюнинговых запчастей и аксессуаров
• Модели позволяют менять двигатели, аккумуляторы, элементы подвески и др.
• Существует возможность значительного повышения мощности и скорости моделей

Широкие возможности тюнинга позволяют настраивать характеристики радиоуправляемых моделей под конкретные задачи и условия эксплуатации. Игрушки не подлежат модернизации и имеют фиксированные характеристики.

Сферы применения радиоуправляемых устройств

Области использования радиоуправляемых моделей и игрушек существенно различаются:

• Игрушки предназначены для развлечения детей младшего возраста
• Модели используются для спортивных соревнований и хобби
• На базе моделей создаются масштабные копии реальной техники
• Модели применяются для съемок кино и телевидения
• Некоторые модели используются в научных и инженерных целях

Радиоуправляемые модели находят широкое применение в различных сферах благодаря своим высоким характеристикам. Игрушки имеют ограниченную сферу применения из-за низких технических возможностей.

Стоимость и экономическая целесообразность

Цена является важным фактором при выборе радиоуправляемых устройств:

• Стоимость игрушек обычно не превышает нескольких тысяч рублей
• Цены на радиоуправляемые модели начинаются от 10-15 тысяч рублей
• Профессиональные гоночные модели могут стоить сотни тысяч рублей
• Высокая стоимость моделей компенсируется длительным сроком службы
• Игрушки быстро выходят из строя и требуют частой замены

Несмотря на более высокую начальную стоимость, радиоуправляемые модели являются более выгодным приобретением в долгосрочной перспективе благодаря длительному сроку службы и возможности ремонта. Игрушки имеют низкую цену, но быстро приходят в негодность.

Влияние на развитие навыков управления

Использование радиоуправляемых устройств оказывает различное влияние на развитие навыков:

• Игрушки развивают базовые навыки координации движений у детей
• Управление моделями требует серьезных навыков и длительной практики
• Модели позволяют освоить основы пилотирования реальной техники
• Соревнования на моделях развивают тактическое мышление
• Сборка и настройка моделей улучшает технические навыки

Радиоуправляемые модели предоставляют широкие возможности для развития различных навыков у детей и взрослых. Игрушки имеют ограниченный развивающий потенциал из-за примитивного управления.

Заключение

Радиоуправляемые модели существенно превосходят игрушки по всем техническим характеристикам и возможностям применения. Ключевые преимущества моделей:

• Точное пропорциональное управление
• Высокая скорость и динамика
• Продвинутая подвеска и качественные колеса
• Надежность и ремонтопригодность
• Возможности тюнинга и модернизации
• Широкая сфера применения

Эти особенности делают радиоуправляемые модели отличным выбором для увлеченных хобби и профессионального использования. Игрушки подходят только для непродолжительного развлечения детей младшего возраста. При выборе радиоуправляемого устройства важно учитывать эти различия и выбирать модель в соответствии с предполагаемыми задачами.

Аппаратура пропорционального управления « схемопедия

Аппаратуру пропорционального управления моделями изготавливают многие зарубежные фирмы. В основном это импульсная многоканальная аппаратура, укомплектованная рулевыми машинками. Ее схемные решения вполне могут быть использованы для изготовления аппаратуры в любительских условиях. Известный чешский инженер-конструктор В. Валента так и поступил. Он взял за основу аппаратуру системы “Телепроп”, внес в нее необходимые изме-нения и изготовил свой, модернизированный вариант. Описание этой аппаратуры познакомит читателя с тем, как на практике реализуют один из принципов построения импульсной многоканальной радиолинии пропорционального управления. Особенность этой системы в том, что при передаче на борт радиоуправляемой модели информации о положении ручек управления командодатчиков применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с временным разделением каналов управления и синхропаузой (рис. 1). Модулирующий сигнал формируют тактовый (Т=20 мс) и многофазный регулируемый мультивибраторы, дифференцирующие цепи, диодные суммирующие ячейки и выходной одновибратор.

Рис. 1. Эпюры, поясняющие структуру им-пульсной последовательности в командных каналах

На рис. 2 показана принципиальная схема четырехканального шифратора. Мультивибратор на транзисторах VT2, VT3 запускает многофазный мультивибратор, транзисторы VT4-VT7 которого открыты током базы через резистивные цепи. Предположим, что в начальный момент времени транзистор VT3 закрыт. Конденсатор СЗ заряжается до некоторого напряжения, зависящего от положения движка переменного резистора R6. При переключении мультивибратора транзистор VT3 откроется и напряжение конденсатора СЗ закроет транзистор VT4. Транзистор VT4 будет закрыт до тех пор, пока конденсатор СЗ не разрядится через цепь R8, R9. Таким образом, время переключения транзистора VT4 зависит от положения движка переменного резистора R6, соединенного с управляющим рычагом командодатчика, и от положения движка подстроечного резистора R8, устанавливающего ширину импульса при нейтральном положении этого рычага. К коллектору транзисторов VT3- VT7 подключены дифференцирующие цепи С7, R7, С8, R12 и т. д., подключенные через диоды VD1-VD5 к сборной линии. На ней формируется сигнал, состоящий из синхропаузы и продифференцированных коротких импульсов, возникающих в начале и конце канального интервала. Эпюры коллекторного напряжения транзисторов шифратора показаны на рис. 3.

Рис. 3. Эпюры напряжения на коллекторах транзисторов шифратора

Модулирующий транзистор передатчика работает как ключ, который в ритме модуляции подключает напряжение питания к выходной ступени. Так как узкие импульсы на сборной линии (рис. 4) из-за разброса номиналов элементов дифференцирующих цепей имеют разную длительность, то модулятор формирует модулирующий сигнал в виде импульсов с определенными параметрами. Для этой цели предназначен одновибратор на транзисторах VT8, VT9 (рис.2), постоянную времени которого выбирают соответственно длительности импульса. Транзистор VT9 одновременно служит модулятором.

Рис. 4. Импульсы на сборной линии, модулирующий и модулированный сигналы.

Для налаживания шифратора необходим осциллограф с калибровкой временной развертки. К шифратору подключают батарею с напряжением 12 В. По осциллографу проверяют эпюры коллекторного напряжения (рис. 3). Подстроечным резистором R2 устанавливают необходимую длительность периода мультивибратора (20 мс). Длительность каждого канального импульса при нейтральном положении рычага командодатчика должна быть 1,5 мс. При переводе рычага командодатчика в крайние положения длительность канального импульса изменяется соответственно на +0,5 или -0,5 мс. Таким образом, пределы изменения длительности импульса 1-2 мс. Подстроечными резисторами R8, R13, R18, R23 устанавливают необходимую длительность импульса в каждом канале при нейтральном положении рычага. С рычагами в командодатчике передающего устройства механически связаны движки переменных резисторов R6, R11, R16 и R21. Далее контролируют по осциллографу напряжение на сборной линии. Коллектор транзистора VT9 через резистор сопротивлением 100 Ом временно соединяют с общим проводом (с минусовым выводом источника питания). Эпюра напряжения должна соответствовать рис. 5. Конденсатор С13 предназначен для придания импульсам модулирующего сигнала формы трапеции.

Рис. 5. Эпюра напряжения на выходе модулятора.

Такая форма импульса снижает уровень гармоник в высокочастотном сигнале, сужает полосу излучения и повышает выходную мощность передатчика. Если длительность импульса отличается от 200 мкс, то ее изменяют подборкой конденсатора С12. Замыкающий резистор сопротивлением 100 Ом снимают- шифратор можно подключать к передатчику. Задающий генератор передатчика (рис. 6) выполнен по схеме с кварцевой стабилизацией частоты. Связь между ступенями индуктивная. К коллектору транзистора выходного каскада подключен П-фильтр С5, L4, С6, который эффективно подавляет гармонические составляющие. Катушка L5 – согласующая. Рекомендуемая длина антенны-1400 м. В передатчике могут быть применены следующие отечественные транзисторы: VT1 -серийКТ315-КТ316; КТ306А- КТ306В, КТ603; VT2 – серий КТ603. КТ904А, КТ606А.

Рис. 6. Схема передатчика.

Катушки имеют следующие характеристики: L1 – 14 витков провода ПЭВ-2 0,8 на каркасе диаметром 8 мм с ферритовым подстроечником длиной 10 мм; L2-5-6 витков монтажного провода диаметром 0,8 мм. в хлорвиниловой или фторопластовой изоляции, L2 наматывают поверх L1; L4-7 витков провода ПЭВ-2 0,8 на таком же каркасе, как и L1; L5 -19-25 витков ПЭВ-2 0,3 на том же каркасе (число витков подбирается в зависимости от длины примененной антенны). Кварцевый резонатор применяют на частоту 27,12 МГц±0,05%. Рекомендуется испытывать передатчик с полностью развернутой антенной. При эксплуатации передатчика без антенны, опасна тепловая перегрузка оконечного транзистора. “Удлинительную” катушку L5 антенны, если она применена, настраивают по индикатору напряженности поля. Корпус передатчика соединяют с общим проводом в одной точке. На рис. 7 показан чертеж печатной платы передатчика. Плата показана со стороны деталей. Для питания передатчика применяют батарею из десяти никель-кадмиевых аккумуляторов ЦНК-0,45 или ЦНК-0.9У2. Запасным источником питания могут служить три батареи 3336, соединенные последовательно.

Pис. 7

Окончательно настраивают передатчик после установки его в корпус. Одновременно подстраивают “удлинительную” катушку антенны, при этом передатчик должен быть в руках. Мощность передатчика приблизительно равна 500 мВт. Рекомендуется оконечный транзистор передатчика установить на теплоотвод. Бортовая часть аппаратуры содержит приемник, дешифратор, четыре одинаковых сервоусилителя и рулевые машинки. Приемник представляет собой супергетеродин, настроенный на фиксированную частоту. Для обеспечения бесподстроечной. связи гетеродин приемника собирают по схеме генератора с кварцевой стабилизацией частоты. Схема приемника изображена на рис. 8. На входе приемника применен полосовой фильтр, отделяющий антенну от входного транзистора VТ1. Это увеличивает избирательность и уменьшает обратное излучение гетеродина в антенну, позволяет без перестройки входных контуров применить любой высокочастотный канал в частотных пределах, выделенных для радиоуправления моделями, путем простой замены кварцевого резонатора. При этом разница по частоте между соседними каналами может быть равна 0,01 МГц.

Рис 8 Схема приемника.

Гетеродин работает на частоте, которая ниже частоты принимаемого сигнала на 465 кГц. Диод VD3 служит детектором сигнала, a VD2 – детектором сигнала АРУ. Напряжение сигнала для АРУ снимается с первичной обмотки трансформатора промежуточной частоты (трансформаторами промежуточной частоты В. Валента называет фильтры промежуточной частоты, представляющие собой одиночные контуры с катушкой связи) и выпрямляется кремниевым диодом, который одновременно определяет рабочую точку смесителя и транзисторов усилителя промежуточной частоты. Четкая работа системы АРУ .важна, главным образом, при небольших расстояниях приемника от передатчика. Приемник рассчитан на применение готовых деталей, в том числе и трансформаторов промежуточной частоты. Промежуточная частота может быть в пределах от 455 до 468 кГц. Показателем качества трансформатора высокой частоты является добротность. Она должна быть равна 120-140. Ширина полосы принимаемого сигнала 8-10 кГц. Монтировать приемник следует на одной плате. Монтаж может быть любым. Каркасы катушек L1 и L2 имеют диаметр 5 мм. Подстраивают катушку ферритовыми сердечниками, расстояние между осями катушек равно 9 мм (необходимо строго выдерживать это расстояние). Катушки намотаны проводом ПЭВ-2 0,3; L1 содержит 10 витков, а L2-13 витков с отводом от третьего витка, считая от заземленного через конденсатор C3 конца. Высокочастотный дроссель L3 наматывается на изоляционном каркасе диаметром 3 мм и длиной 11 мм проводом ПЭВ-2 0,06 виток к витку до заполнения. Дроссель можно намотать и на резисторе МЛТ-0,5 сопротивление не менее 100 кОм. Налаживание приемника заключается в настройке входного полосового. фильтра и трансформаторов промежуточной частоты. Автор рекомендует настраивать приемник по сигналам передатчика с укороченной антенной. Если настраивать приемник от генератора стандартных сигналов, необходимо очень точно знать частоту передатчика и настроить на нее генератор. Перед настройкой к приемнику подключают антенну длиной 1 м, а к выходу-высокоомные телефоны. Сначала настраивают входной фильтр L1C1 и по мере увеличения чувствительности передатчик удаляют на такое расстояние, чтобы сигнал в телефоне был слышен слабо, и снова добиваются максимума при настройке (в том числе и уточнением режима транзистора VT4). Затем подстраивают трансформаторы промежуточной частоты. Схема дешифратора приемника представлена на рис. 9. Диод VD1 предназначен для того, чтобы не пропустить сигнал помехи с амплитудой меньше прямого падения напряжения на нем, т. е. около 0,6 В. Амплитуда полезных сигналов, поступающих, с выхода приемника, равна приблизительно 1,1 В.

Схема дешифратора приемника

Полезный сигнал поступает на базу транзистора VT1, работающего инвертором. Транзисторы VT2 и VT3 – усилители-формирователи импульсов. Транзистор VT4 в отсутствие сигнала закрыт, и конденсатор С6 заряжен до полного напряжения питания. Первый же импульс откроет транзистор VT4 и разрядит этот конденсатор. На транзисторах VT5 и VT6 собран триггер Шмитта, который периодически открывает транзистор VT7, а он в свою очередь в эти моменты пропускает тактовые импульсы напряжения на сборную линию. Транзисторы VT8, VT10, VT12, VT14 входят в состав триггеров сдвигового регистра. Через диод VD2 запускается первый триггер регистра. Эпюры коллекторного напряжения на транзисторах дешифратора и форма канальных импульсов на. эмиттерах транзисторов VT9, VT11, VT 13, VT15 показаны на рис. 10. Сдвиговый регистр на транзисторах различной структуры очень прост и вполне конкурентоспособен по сравнению с регистром на транзисторах, применяемых рядом зарубежных фирм. В дешифраторе следует использовать транзисторы с коэффициентом h31э>50.

Рис. 10. Эпюры напряженна в дешифраторе

Налаживание дешифратора несложно. Сначала подбирают резистор R3 так, чтобы на коллекторе транзистора VT1 было напряжение 1,5-2,5 В. Сопротивление резистора изменяют в пределах 430-820 кОм. Завершающим звеном бортовой аппаратуры является электронный блок рулевой машинки. В системе использованы рулевые -машинки “Вариопроп”. Принципиальная схема электронного блока рулевой машинки представлена на рис. 11. Назначение блока-совместно с двигателем рулевой машинки преобразовать длительность поступающих с дешифратора импульсов в механическое отклонение рычага рулевой машинки, пропорциональное длительности канального импульса, которая в свою очередь пропорциональна отклонению рычага командо-датчика. Одновибратор, собранный на транзисторах VT1 и VT2 и запускаемый фронтом входного канального положительного импульса, генерирует импульс отрицательной полярности. Оба импульса – положительный канальный и отрицательный одновибратора поступают через резисторы R13 и R14 в точку А для сравнения.

Рис. 11. Схема электронного блока рулевой машинки

При запуске одновибратора и нейтральном положении рычага рулевой машинки с коллектора транзистора VT2 в точку А поступает отрицательный импульс длительностью 1,5 мс. Длительность импульса одновибратора регулируют переменным резистором R2, движок которого механически связан с выходным валом рулевой машинки. В результате сравнения образуются короткие импульсы, полярность которых зависит от направления движения рычага командодатчика из нейтрального положения. При одинаковой длительности сравниваемых импульсов сигнал на вход усилителя постоянного тока, питающего рулевую машинку, не поступает, поэтому вал электродвигателя рулевой машинки не вращается. Рассмотрим случай, когда импульсы одновибратора уже канальных. После вычитания получим положительные импульсы, длительность которых тем меньше, чем меньше разница .в длительности сравниваемых импульсов. Положительные импульсы открывают ключ на транзисторе VT4 и заряжают интегрирующий конденсатор С6 отрицательным по отношению к средней точке источника питания напряжением, которое поступает на усилитель постоянного тока на транзисторах VT6, VT8. Электродвигатель Ml включается и через понижающий редуктор перемещает вал руля и связанный с ним движок переменного резистора R2 вниз по схеме. Длительность положительного импульса одновибратора увеличивается и, когда она сравняется с длительностью канального импульса, напряжение в точке А станет равным нулю. Транзистор VT4 закроется, конденсатор С6 разрядится до половины напряжения питания, транзисторы VT6 и VT8 закроются, двигатель остановится. Однако система, содержащая интегрирующие звенья (конденсатор С6 и электродвигатель рулевой машинки), обладает инерционностью. Поэтому двигатель необходимо .выключить несколько ранее того момента, когда станут одинаковыми сравниваемые импульсы. Для этого вводят отрицательную обратную связь, поскольку иначе начнутся механические колебания выходного вала рулевой машинки. Напряжение отрицательной обратной связи с выхода усилителя рулевой машинки подано на вход одновибратора через резисторы R6 и R8. В случае, когда импульс одновибратора имеет большую длительность, чем канальный, в точке А образуются отрицательные импульсы. Они открывают ключ на транзисторе VT3, конденсатор С6 заряжается положительно по отношению к передней точке источника питания, открываются транзисторы VT5 и VT7, и двигатель вращается в обратную сторону, перемещая движок переменного рези-стора R2 вверх по схеме. Как только входной канальный импульс по длительности сравняется с импульсом одновибратора, вращение вала двигателя рулевой машинки прекратится. Резистор R12 и конденсатор С1 образуют фильтр в цепи питания одновибратора, необходимый для развязывания цепей питания одновибраторов, так как при работе рулевых машинок перепады тока, а значит, и колебания напряжения питания -значительны. Это приводит к изменению параметров импульсов одновибратора и нарушает пропорциональность отклонения рычага передатчика в рулевой машинки. К преимуществам описанного электронного блока по сравнению с аналоговыми следует отнести то, что оконечный усилитель работает в ключевом режиме открыт или закрыт. Время, в течение которого усилитель находится в закрытом или открытом состоянии, зависит от амплитуды проинтегрированного пилообразного напряжения. Как только разница в длительностях импульсов канала и одновибратора начнет приближаться к нулю, амплитуда пилообразного напряжения станет минимальной. При этом на электродвигатель поступают импульсы малой длительности, и он, замедляясь, доводит руль до нужного положения. Рассмотренный принцип широко применяют при создании аппаратуры пропорционального управления. Схемные решения отличаются большим разнообразием, например, способом запуска одновибратора, включением переменного резистора в механической обратной связи, изменением полярности или усилением входного канального импульса, заменой усилителя на транзисторах VT5, VT6 триггером Шмитта и т.д. Электронный блок рулевой машинки монтируют на отдельной плате. На ней размещают все элементы, кроме переменного резистора R2 и электродвигателя М1. Рассмотрим процесс налаживания электронного блока рулевых машинок. Подборкой резисторов R1 и R3 устанавливают максимальный поворот рычага рулевой машинки. При этом удобно пользоваться управляющими сигналами передатчика. Вход электронного блока подключают к дешифратору. Гибкими проводниками подключают к плате выводы от переменного резистора R2 и электродвигателя. Включают питание, но средний вывод батарей пока оставляют свободным. Рычаг рулевой машинки устанавливают в нейтральное положение. Временно вместо резистора R4 подключают переменный резистор сопротивлением 47к0м. На экране осциллографа наблюдают эпюры напряжения в отдельных точках. Они должны соответствовать рис. 12.

Рис. 12. Эпюры напряжений в одновибраторе.

Затем подключают осциллограф к точке А и наблюдают форму напряжения, изображенную на рис. 13,а-г. С дешифратора должны поступать импульсы, соответствующие нейтральному положению рычага командодатчика. Длительность этих импульсов – 1,5 мс.

Рис. 13. Эпюры напряжений в точке А

Переменным резистором, включенным вместо R4, устанавливают такое на-пряжение смещения на базе транзистора VT1, чтобы в точке А форма сигнала соответствовала рис. 13,а или е. Подбирая резисторы R13 или R14, нужно добиться того, чтобы выброс напряжения наблюдался только в начале и конце канального импульса (рис.13,яс). Измерив сопротивление переменного резистора, соответствующее этому случаю, впаивают на плату постоянный резистор R4 с таким же сопротивлением. Теперь подключают средний вывод батареи. Двигатель рулевой машинки должен при этом остаться в нейтральном положении, а при изменении команды, т. е. при перемещении рычага командоотдатчика передающего устройства, он должен равномерно вращаться. Транзисторы структуры р-п-р в усилителе постоянного тока следует применять с коэффициентом передачи тока базы h31э>80.

---

ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТЬЮ МОДЕЛИ С ХОДОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ Большинство авто- и судомоделей приводится в движение электродвигателями. Развитие модельной техники пропорционального управления позволило решить задачу реверса ходового электродвигателя и плавное регулирование частоты вращения его вала в обоих направлениях. Плавное регулирование скорости движения дает возможность проводить модель безошибочно по сложным трассам. Рассмотрим один из вариантов пропорционального управления частотой вращения ходового электродвигателя. Электронный блок этого своеобразного механизма преобразует длительность канальных импульсов в частоту вращения вала ходового электродвигателя и обеспечивает его реверсирование. Для управления таким блоком подходят импульсные системы пропорционального многоканального радиоуправления, у которых длительность канальных импульсов находится в пределах от 1±0,5 до 2±0,5 мс. Амплитуда канальных импульсов должна быть 4-9 В. Схема блока управления частотой вращения вала электродвигателя изображена на рис. 1. В этом блоке могут работать электродвигатели с потреблением тока от 0,2 до 10-Л2 А. Блок надежен в работе, его особенность – отсутствие обратной связи. С дешифратора на вход блока поступают канальные импульсы положительной полярности. Импульсы после дифференцирования конденсатором С3 фронтом запускают одновибратор на транзисторах VT1, VT2. На коллекторе транзистора VT2 (точка в) формируются импульсы отрицательной полярности калиброванные по длительности. Эпюры напряжения в разных точках блока показаны на рис. 2. Они сняты для случая питания блока напряжением 6 в а электродвигателя – 12 В. Длительность канального импульса равна 1 мс и изменяется в процессе управления на ±0,2 мс.

Рис. 2. Эпюры напряжений.

Входной канальный импульс и импульс одновибратора в точке г складываются. Если результирующий импульс положителен, то пройдя через конденсатор С5, он откроет транзистор VT4 интегрирующей ступени и изменит напряжение на базе транзистора VT6. На транзисторах VT6 и VT7 собран мультивибратор. Изменение режима транзистора VT6 вызывает изменение частоты и длительности генерируемых импульсов. Если» же результирующий импульс в точке г отрицателен, то он инвертируется каскадом на транзисторе VT3 и также открывает транзистор VT4. Импульсы прямоугольной формы с мультивибратора поступают на усилитель мощности на транзисторах VT8, VT9. В коллекторную цепь транзистора VT9 включен ходовой электродвигатель, частота вращения вала которого зависит от частоты и скважности импульсов. Выходной транзистор усилителя мощности работает в ключевом режиме, потери на нем незначительны. При равенстве по амплитуде канального импульса и импульса одновибратора двигатель остановится. Как показывает эпюра напряжения в. точке и, двигатель полностью не обесточивается, но мощность на нем не превышает долей ватта. Если же суммарный импульс в точке г станет отрицательным, изменится направление вращения вала электродвигателя (произойдет реверсирование). Пеключают ходовой электродвигатель контакты реле КЗ, которое срабатывает после срабатывания промежуточного реле К1, являющегося нагрузкой транзистора VT10. Интегрирующий конденсатор поддерживает постоянство напряжения на бабазе транзистора VT10 при появлении положительных импульсов на базе транзистора VT5. Конденсатор С9 оглаживает напряжение на транзисторе VT10 и препятствует дребезжанию контактов реле К1. На рис. 3 показан вариант схемы включения ходового электродвигателя с возбуждением от постоянного магнита. Налажявают блок, пользуясь осциллографом. Процесс начинают с узла управления. Необходимо следить, чтобы отношение длительности паузы к длительности выходных импульсов мультивибратора менялось при иэменении ширины входного канального импульса. Выходной транзистор должен полностью отрываться. Между эмиттером и коллектором транзистора VT9 подключают вольтметр. Его показание должно быть близко к нулю при максимальном напряжении на двигателе. Если транзистор VT9 т открывается полностью, его следует заменить на другой, с большим значением коэффициента h31э или же заменить транзисторы VT6-VT8 другими, с большим значением этого коэффициента. Затем добиваются четкой работы реле К1. Если оно не срабатывает при минимальном напряжении на двигателе, то следует подобрать транзисторы VT5 и VТ10 с большим значением h31э, а также уточнить номиналы резисторов в их базовых цепях. При токе нагрузки электродвигателя до 4 А можно выбрать R25 сопротивлением 300 Ом; R26-390 Ом; -VT8-из серии МП16; VT9-из серий П214 – П217, П4. Надежность работы блока при управлении мощными электродвигателямя может быть повышена применением вместо одного транзистора VT9 двух, включенных параллельно и установленных на теплоотводы. М.Е.Васильченко, А.В.Дьяков. «Радиолюбительская телемеханика». Радио и связь. 1986г.

Отличия радиоуправляемой игрушки от модели — RC Total

Люди, которые не в теме, практически никогда не знают отличий радиоуправляемых моделей от игрушек. Сейчас практически любой детский магазин игрушек забит самыми разнообразными радиоуправляемыми машинками различных размеров и расцветок. Выглядят они красиво, управляются по радио, да и стоят относительно недорого. На фоне этого бывает довольно трудно объяснить, что такое автомоделизм, почему модели стоят так дорого и чем они отличаются от игрушек. Так давайте же по пунктам сравним игрушки и модели, чтобы всё стало понятно.

Параметр	Игрушка	Модель
Управление	дискретное	пропорциональное
Скорость	меньше 20 км/ч	больше 50 км/ч
Подвеска	примитивная или отсутствует	близкая к реальному автомобилю
Колёса	простейшие, часто пластиковые	резиновые, со специально рассчитанным протектором
Надёжность	низкая	высокая

Ну вот, это основные отличия. Как все эти отличия выглядят на практике? Если коротко, то, в отличие от модели, игрушка плохо управляется, ездит медленно, плохо преодолевает препятствия, почти не держится в поворотах и вскоре сломается практически без возможности адекватного ремонта. Важно, что размер модели или игрушки не играет ключевого значения: бывают как микро-модели и огромные игрушки, так и наоборот. Вот фотографии моделей разных масштабов, а игрушки вы и сами в магазине видели.

Микро модель (масштаб 1/36) Большая модель (масштаб 1/5)

На фотография изображены одна из самых маленьких и одна из самых больших серийно выпускаемых радиоуправляемых моделей:

А теперь подробнее по пунктам.

Управление

Дискретным называется управление, у которого есть только два положения: включено и выключено. Например: жмём кнопку или рычаг — машина едет, отпускаем — останавливается. Скорость всегда одинаковая, регулировать её никак нельзя. Аналогично с поворотом колёс — они могут либо стоять прямо, либо быть повёрнуты на максимальный угол. Сами понимаете, при таких ограничениях не может быть речи о точном управлении машиной. У моделей же управление пропорциональное — чем сильнее нажат газ, тем быстрее едет машина, чем сильнее повёрнут руль — тем круче она поворачивает. Для того, чтобы просто поиграть, достаточно дискретного управления, а пропорциональное — гораздо более точное и дорогое, необходимо, если мы хотим по-настоящему управлять автомобилем.

Еще одним отличием в управлении является специфика используемой для радиоуправления аппаратуры. Если несколько игрушек будет запускаться в одном месте, то они могут влиять друг на друга и играть будет невозможно. Бывает, производитель выпускает несколько игрушек разных цветов, которыми можно играть одновременно. У модельной аппаратуры используются технологии, позволяющие обеспечить разделение радиоканалов управления.

Скорость

Здесь всё просто — игрушки не ездят быстро по двум причинам: во-первых, детям опасно давать в руки слишком быстрые игрушки, а во-вторых, большинство из них просто не выдержат большой скорости, станут неуправляемыми, а при столкновении сломаются безвозвратно. У моделей же скорость практически не ограничена. В гонках они обычно развивают скорость не более 40-60 км/ч, но и это не предел, всё зависит от настроек. Есть модели, которые способны разогнаться до скорости 100 км/ч и более. Многие не представляют, насколько мощными являются радиоуправляемые модели, их мощность выше, чем у игрушек в сотни раз! Это сложно представить и понять, не попробовав.

Подвеска

Как было сказано выше, подвеска у большинства игрушек либо отсутствует, либо представлена в виде простых пружинок. У моделей, как правило, присутствует независимая подвеска с маслонаполненными амортизаторами. Это позволяет машине уверенно двигаться на высоких скоростях, не переворачиваться в поворотах, а внедорожным моделям — совершать высокие прыжки и приземляться без поломок.

Колёса

У игрушек очень простые колёса, часто просто твёрдые пластиковые. У моделей настоящая резина со специальным протектором, которая позволяет моделям быстро и уверенно ездить, обеспечивая отличное сцепление с дорогой.

Надёжность

Игрушки не обладают большой надёжностью, это слово к ним, пожалуй, вообще не применимо. Игрушку можно просто неудачно уронить и она сломается. А вот радиоуправляемые модели рассчитаны но то, чтобы выдерживать серьёзные столкновения на больших скоростях. Кроме того, к моделям всегда можно купить запасные части и заменить поломанные элементы.

Но при этом, в отличие от игрушек, модели требуют обслуживания, как настоящий автомобиль, а также наличия множества дополнительных приспособлений и инструментов.

Следует отметить еще одно отличие радиоуправляемых игрушек от моделей. Это их внешний вид. У игрушек внешний вид — самое главное, на то они и игрушки, они должны радовать глаз, блестеть, мигать лампочками, в общем — выглядеть круто. У игрушек кузов автомобиля является главным элементом. А у большинства моделей всё наоборот, кузов у них — просто тонкая гибкая пластиковая оболочка, на которую наклеены картинки окон и фар. Его главная роль — защита модели при минимальной массе и максимальной прочности.

При выборе и покупке радиоуправляемой модели стоит помнить, что, в отличие от игрушек, модели не всегда продаются комплектами, готовыми к запуску. Моделизм предполагает, что покупатель может захотеть поставить на машину другой двигатель, электронику или колёса и купит это самостоятельно отдельно. Если хотите приобрести готовый комплект, то смотрите модели с надписью RTR (Ready To Run).

Выводы

Как вы поняли, радиоуправляемые игрушки игрушки и модели — это совсем разные вещи, хоть и похожи по своим свойствам. И созданы они для разной аудитории. Игрушки — для детей, модели — для взрослых дядек. Не нужно покупать маленькому ребёнку модель, он просто раскурочит её (вот здесь игрушки будут понадёжнее моделей) и не оценит перечисленных отличий. А большинстве случаев управление моделью может быть и опасным — это очень большая мощность, летящая на скорости 50 км/ч модель весом 3-5 кг может натворить много бед. А вот взрослым совсем не возбраняется попробовать свои силы сначала на игрушечной машинке — на ней можно понять базовые принципы управления и даже погоняться с другом по самодельной трассе.

Что касается цен, то игрушки обычно стоят гораздо дешевле моделей. Надо отметить, что последнее время появилось достаточно много недорогих моделей китайского производства. Качество у них обычно не самое высокое, но достаточное для того, чтобы начать свой путь в автомоделизме за не слишком большие деньги. Купить игрушки можно в магазине игрушек, а модели, например, здесь:

мир электроники — Пропорциональное управление-что это такое?

Из мира электроники

материалы в категории

Небольшое вступление.
Давайте представим себе такое устройство: руль управления для игровой приставки и сам руль подключен к переменному резистору. Получается что положение руля будет определяться по положению бегунка резистора (ну то есть по сопротивлению) и будет пропорционально: крайнее левой положение руля будет соответствовать крайнему левому положению бегунка и, соответственно, наоборот.

Передать такой сигнал на расстояние при помощи проводов не составляет сложности, но совершенно другое дело если речь идет о радиоуправлении.
Тут используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Ширина модулирующих командных импульсов в передатчике изменяется при изменении положения рычага управления. Демодулятор модели вырабатывает сигнал, перемещающий рабочий орган исполнительного механизма в соответствии с шириной модулирующих импульсов принятого ШИМ сигнала. Такое управление получило название Дискретно-пропорциональное.

В ряде случаев выгодно (с точки зрения простоты и стоимости аппаратуры радиоуправления) использовать для управления конкретной моделью дискретно-пропорциональное управление. Так, например, для включения, выключения и реверсирования (изменения направления вращения ротора) электродвигателей модели вполне достаточно только дискретных команд, а для управления рулевым механизмом необходима пропорциональная команда. Движение такой модели гораздо более естественно, она более маневрена, управлять ею намного легче и приятнее. Шифратор дискретно-пропорциональной системы управления построен таким образом, что он способен формировать одновременно как дискретные, так и пропорциональную команды. О таком шифраторе и пойдет дальнейший рассказ.

МОДУЛЬ ДИСКРЕТНО-ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ. СХЕМА

Его схема представлена на рис. 1. Предположим, что при включении напряжения питания движок переменного резистора R3 и подвижный контакт переключателя SA1 находятся в среднем положении. На инвертирующем выходе (вывод 2) триггера DD3 появляется высокий уровень (рис. 2,в), который разрешит прохождение на базу транзистора VT1 только импульса, поданного на объединенные два верхних по схеме входа элемента DD4.2.

Через некоторое время импульсы тактового генератора (он собран на элементах DD1.1 и DD1.2) начнут поступать на вход восьмиразрядного сдвигового регистра DD2.1, DD2.2 и на верхний вход элемента DD4.2. На выводах регистра будет поочередно появляться уровень 1. Высокий уровень с выхода 3 регистра DD2.1 (рис. 2,б) запустит одновибратор, собранный на элементах DD1.3,DD1.4, на выходе инвертора DD4.3 появится положительный импульс, который достигнет базы транзистора VT1 (рис. 2.д). Длительность этого импульса зависит от положения движка переменного резистора R3. Эта часть выходного сигнала и будет пропорциональной командой.

Как только на выходе 4 регистра DD2.2 возникнет высокий уровень, оба регистра возвратятся в исходное состояние и на прямом выходе триггера DD3 уровень изменится с 0 на 1 (рис. 2,г). Это означает, что элемент DD4.1 готов пропустить тактовые импульсы на выход. На выход пройдут пять импульсов — с 11-го по 15-й команды «Стоп» (рис. 2, д). С 16-го тактового импульса весь рассмотренный процесс по формированию пропорционального импульса и сигналов команды «Стоп» вновь повторится.

Если в процессе работы шифратора оператор станет изменять положение движка переменного резистора R3, то длительность пропорционального импульса будет изменяться. При перемещении движка резистора R3 вправо по схеме длительность будет увеличиваться. При крайнем правом положении движка длительность сигнала одновибратора равна 10 мс, при среднем — 6 мс, а при крайнем левом — 2 мс. Резистор R2 ограничивает минимальную длительность импульса. При изменении длительности импульса одновибратора перемещается спад импульса, а не его фронт.

В положении 1 переключателя SA1 в каждой группе будет по четыре тактовых импульса, что соответствует команде «Вперед», в положении 3 в группе будет три импульса — команда «Назад».

В качестве переключателя SA1 в шифраторе использован МПН-1; годится и любой другой малогабаритный на три положения и одно направление. Переменный резистор RЗ-СПО-0,5 группы А.

Для налаживания модуля осциллограф подключают к КТ1, включают напряжение питания модуля и подборкой резистора R2 (движок переменного резистора R3 должен быть в левом по схеме положении) добиваются длительности пропорционального импульса 2 мс. Переводят движок резистора R3 в правое положение и проверяют максимальную длительность импульса. После этого убеждаются в соответствии числа импульсов в группе во всех трех положениях переключателя SA1.

МОДУЛЬ ДИСКРЕТНО-ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ДЕШИФРАТОРА

Конечно же, постоянное «улавливание» нужного курса яхты, неизбежное при дискретном управлении рулем, как это описано в предыдущем разделе, весьма утомительно для оператора. Поэтому вполне естественно стремление управлять рулем пропорционально, а для управления ходом вперед и назад достаточно дискретных команд. Такой шифратор — М4 — был уже нами рассмотрен, а сейчас расскажем о дешифраторе к нему. На рис. 3 показана его принципиальная схема. Рассмотрим процесс дешифрации команд на примере команды «Стоп» и пропорционального импульса управления рулем.

В исходном состоянии (при отсутствии входных импульсов) на всех выходах регистров DD3.1, DD3.2, DD5.1, DD6.1, DD6.2 будет уровень 0, что соответствует команде «Стоп». Поскольку положение руля модели соответствует положению движка резистора R5 (движок резистора механически связан с рулевой машинкой), допустим, что они находятся в среднем положении — «Руль прямо».

Вот на выходе инвертора DD1.1 появился первый пропорциональный импульс (рис. 4,а). Он запустит одновибратор, собранный на элементах DD1.2, DD1.3, и поступит на счетный вход С регистров DD3.1, DD3.2, а также на верхний по схеме вход элемента DD2.2. Так как в этот момент на втором входе этого элемента будет уровень 1, то импульс через элемент не пройдет. В момент окончания импульса уровень 1 появится на выходе 1 регистра DD3.1.

Через время 5Т (рис. 4,б) на выходе одновибратора (выход элемента DD1.3) появится уровень 1, и регистр DD3.1 установится в исходное состояние.

Затем на выходе инвертора DD1.1 появятся сигналы команды «Стоп», первый из которых снова запустит одновибратор DD1.2, DD1.3. Импульсы команды вызовут поочередное появление уровня 1 на выходах регистров DD3.1, DD3.2. Уровень 1 с выхода 3 регистра DD3.1 (рис. 4, в) вызовет появление высокого уровня на выходе 1 регистров DD5.1, DD6.1, тем самым даст разрешение на прохождение канального импульса через элемент DD2.2. Через время 5Т по фронту сигнала первого одновибратора (рис. 4,б) регистры DD3.1, DD3.2 установятся в исходное состояние.

Появившийся на выходе элемента DD2.2 положительный пропорциональный импульс запустит на этот раз и второй одновибратор, собранный на элементах DD4.2 и DD4.3. Длительность его импульса зависит от емкости конденсатора С3 и сопротивления резисторов R3, R5. Если предположить, что импульс этого одновибратора точно равен по длительности входному пропорциональному импульсу, то на крайних выводах резистора R4 будут действовать противофазные, но одинаковые по амплитуде и длительности импульсы (рис. 4, д, е). Поэтому на выходе-на выводе 55 модуля — появится постоянное напряжение, равное половине напряжения питания, т. е. сигнал рассогласования отсутствует.

Если же длительности будут разными, на выводе 55 появится сигнал рассогласования той или иной полярности, в зависимости от того, длиннее или короче будет входной пропорциональный импульс. Двигатель рулевой машинки будет вращаться в ту сторону и до тех пор, пока движок резистора R5 не займет положение, при котором сигнал рассогласования станет равным нулю.

В момент окончания пропорционального импульса узел, собранный на элементах DD2.3 и DD2.4, выработает короткий импульс (рис. 4, ж), который переведет регистр DD5.1 в исходное состояние (уровень 0 на выходе 1). Это означает, что элемент DD2.2 закрыт. Через время 5Т регистры DD3.1, DD3.2 возвратятся в исходное состояние.

Затем на вход модуля придет вторая группа команды «Стоп» и весь рассмотренный процесс повторится.

Предлагается самостоятельно рассмотреть процесс дешифрации команд «Вперед» и «Назад» как без помех, так и с ними. При этом следует учесть, что управляющее напряжение первой команды появляется после четвертой группы на выводе 53 модуля, а второй — 54.

В заключение отметим, что сигналы команд «Стоп», «Вперед» и «Назад» одновременно служат синхроимпульсами пропорциональных импульсов.

Резисторы R3, R4 в модуле-СПЗ-1. В качестве резистора R4 в рулевой машинке используется резистор от аппаратуры «Супронар».

«Модульная аппаратура радиоуправления». Изд.ФОСААФ. 1988г.

ДУ моделями

ОГЛАВЛЕНИЕ             Из предисловия автора 5       Предисловие к русскому изданию 6       Перечень прилитых условных обозначений и сокращений 7             Глава 1. Очерк развития техники дистанционного управления моделями       1.1. Технический прогресс 9       1.2. Промышленный выпуск аппаратуры радиоуправления моделями 13       1.3. Техника радиоуправления моделями на службе иаукн и народного хозяйства 16       1.4. Техника радиоуправления моделями в армии 18       1.5. Спортивные состязания с радиоуправляемыми моделями 18             Глава 2. Системы дистанционного управления моделями       2.1. Классификация систем управления 19       2.2. Управление с помощью магнитной петли 21       2.3. Управление с помощью звуковых воли 21       2.4. Гальваническое управление 22       2.5. Управление с помощью световых воли 22       2.6. Управление с помощью радиоволн 22             Глава 3. Передающие устройства       3.1. Введение 26       3.2. Правовые нормы 26       3.3. Генераторы ВЧ 29       3.4. Амплитудная модуляция 35       3.5. Генераторы НЧ 38       3.6. Манипуляция 43             Глава 4. Антенны       4.1. Общие сведения 54       4.2. Передающие антенны 57       4.3. Приемные антенны 63       4.4. Взаимодействие аитепп 66             Глава 5. Приемные устройства       5.1. Сверхрегенеративные приемшпш 67       5.2. Супергетероднниые приемники 81             Глава 6. Электромеханические устройства       6.1. Общие сведения       6.2. Реле 94       6.3. Распределители 108             Глава 7. Дешифраторы       7.1. Дешифраторы неодновременного (простого) управления 114       7.2. Дешифраторы миогооперациоиного одновременного управления 124       7.3. Импульсная техника 136       7.4. Аналоговые схемы 148       7.5. Цифровые схемы 130       7.6. Элементы электронных цифровых схем 152       7.7. Контрольные и предохранительные устройства 166             Глава 8. Системы пропорционального управления       8.1. Общие сведения 167       8.2. Простые системы 169       8.3. Аналоговые системы пропорционального управления 177       8.4. Цифровые системы пропорционального управления 180       8.5. Смешанные системы пропорционального управления 186       8.6. Радиоприёмные устройства для систем пропорционального управления 187       8.7. Помехи и борьба с ними 188       8.8. Сравнение систем пропорционального управления 195             Глава 9. Исполнительные механизмы       9Л . Исполнительные механизмы с электрическим приводом 201       9.2. Исполнительные механизмы с пневматическим приводом 219       9.3. Специальные исполнительные механизмы 223             Глава 10. Исполнительные механизмы в системе пропорционального управления       10.1. Общие сведения 225       10.2. Дискретные исполнительные механизмы 225       10.3. Пропорциональные исполнительные механизмы 229       10.4. Конструкция исполнительных механизмов 243       10.5. Обзор исполнительных механизмов заводского изготовления 258       10.6. Регулирование исполнительных механизмов 268       10.7. Специальные исполнительные механизмы 273             Глава 11. Источники питания       11.1. Питание радноустропстш 277       11.2. Питание электронных схем и исполнительных механизмов 279             Глава 12. Конструирование н технология изготовления аппаратуры для дистанционного управления моделями       l2.il. Общие сведения 280       12.2. Составиыё элементы и узлы 281       12.3. Изготовление аппаратуры для дистанционного управления моделями 286       12.4. Наружный корпус 289       12.5. Размещение аппаратуры в модели 293             Глава 13. Электрические измерения, контроль и регулирование       13.1. Контрольно-измерительная аппаратура 294       13.2. Налаживание передатчиков 296       13.3. Налаживание приемников 301       13.4. Настройка резонансных фильтров 306       13.5. Совместная настройка и регулировашие приемных и передающих устройств 311       13.6. Помехи радио- и телевизионному приему, вызываемые работой радиомодельных передатчиков 313       13.7. Измерительная техника па заводах, изготавливающих аппаратуру для дистанционного управления моделями 314             Глава 14. Обзор аппаратуры заводского изготовления       14.1. Общие замечания 316       14.2. Одвдокаиальные и многоканальные устройства 316       14.3. Простые устройства для пропорционального управления 335       14.4. Устройства для пропорционального управления с исполнительными механизмами пропорционального типа 341       14.5. Комплекты деталей и блоков для любительской сборки аппаратуры 362       14.6. Устройства для дистанционного управления игрушками заводского изготовления 415             Глава 15. Обзор любительских конструкций систем пропорционального управления       Список литературы 429                   Дистанционное управление моделями. Пособие моделиста и радиолюбителя. Пер, с польск. Под ред. А. П. Павлова и Н. Н. Путятина. М., «Связь», 1977. 432 с. с ил.       Рассматривается комплекс вопросов техники дистанционного управления опо&тйпиымй моделями п другими малыми объектами, связанных е задачами политехнического воспитания молодежи. В книге описано современное состояние техники радиоуправления Моделями -в- мире, пркайдф перспективы се развития, на примере многочисленных схем и рисунков анализируются системы, устройства.       Предназначена для радиолюбителей, моделистов и преподавателей системы политехаическойт обучения а области техники дистанционного управления моделями.             Три издания тиражом 28 000 экземпляров и очень благосклонные рецензии, появившиеся в различных специальных журналах Польши и других стран, приятно поразили автора. Такой благожелательный прием книги читателями позволил заняться подготовкой настоящего издания, улучшенного и дополненного при-. мерами новейших технических решений. Дело в том, что дистанционное управление — это область техники с большим будущим, находящаяся в стадии постоянного совершенствования.       Замысел написать эту книгу созревал долго. Ей предшествовало издание, в период 1958 — 1963 гг. нескольких работ, вызвавших в Польше интерес к дистанционному управлению моделями. Этот факт, в свою очередь, дал возможность накопить очень много ценных оригинальных сведений.       Более чем тридцатилетпий опыт работы автора в области дистанционного управления облегчил отбор технических материалов 1 и помог заняться рассмотрением и оценкой основных направлений в технике дистанционного управления моделями.       Книга является своего рода итогом достижений в области дистанционного управления, которое развивается около пятидесяти Лет. Поразительно, что многие решения, предложенные в 1900 — 1918 гг. были реализованы лишь в течение последних пятнадцати лет. Это прежде всего относится к электромеханическим коиструкциям. В этом, пожалуй, нет ничего удивительного: их первыми изобретателями были люди, имена которых можно теперь найти в каждой энциклопедии или в школьных учебниках. Книга содержит много примеров, которые, по существу, являются современными вариантами старых хороших идей.       Техника дистанционного управления моделями в настоящий момент — это прежде всего системы пропорционального управления. Этим вопросам уделено самое пристальное внимание, Рассмотрены и важные вопросы использования аппаратуры радиоуправления моделями в народном хозяйстве и вопросы промышленного производства такой аппаратуры.       В книге описаны отдельные узлы аппаратуры дистанционного управления от простейших до современных сложных схем. Боль-Гшинство описаний иллюстрировано рисунками с примерами различных практически возможных решений. Поэтому подрисукочиые г подписи являются неотъемлемой частью книги и содержат ряд Дополнительных сведений. Иначе говоря, проблемные и общие вопросы обсуждаются в тексте книги, а технические детали — в подписях. Исходя из этого, и следует пользоваться книгой.       В век научно-технического прогресса быстро развиваются различные направления науки и техники, человечество осваивает космическое пространство, совершенствует окружающую среду. Естественно, что молодежь, школьники все чаше обращаются к прикладным исследованиям. Стремительно расширяется диапазон творческих интересов пашей молодежи.       Одним из наиболее привлекательных направлений технического Творчества является моделирование, а именно создание моделей с дистанционным управлением.       Книга «Дистанционное управление моделями», написанная известным польским автором Я. Войцеховским, послужит хорошим пособием как для начинающих юных техников, так и для опытных мастеров-спортсмеиов и руководителей кружков.       Собранный в книге, систематизированный и представленный автором материал по созданию и эксплуатации систем дистанционного управления моделями охватывает значительных период развития этого вида технического творчества. В книге описаны системы и устройства дистанционного управления от самых простых однокаиальных до сложных многоканальных пропорциональных систем, выполненных на современном научно-техническом уровне с применением передовой интегральной технологии.       В гл. 1 и 2 книги автор знакомит читателей с основами дистанционного управления моделями, принципами построения таких систем.       В гл. 3 — 15 дается анализ различных схемотехнических решений с рекомендациями по изготовлению и наладке, а также приводятся описания и принципиальные схемы наиболее распространенных в модельной практике систем радиоуправления, выпускаемых серийно различными зарубежными фирмами и промышленностью Советского Союза.       Следует обратить внимание иа то, что во всех схемах и устройствах, представленных в книге, приводятся марки различных зарубежных полупроводниковых приборов и названия деталей, которые иногда не имеют отечественных аналогов, к тому же н аналоги необходимо проверить в каждом конкретном случае, поэтому редакторы посчитали благоразумным сохранить зарубежные марки, чтобы избежать неверных рекомендаций. Следовательно, прежде чем приступить к моделированию, рекомендуется внимательно изучить принцип работы схемы, ее режимы и по опубликованным в различных изданиях переводным таблицам подобрать соответствующие полупроводниковые приборы и детали.       Приведенный в оригинале список литературы содержит названия иностранных изданий, не известных широкому кругу советских читателей, поэтому предлагаются источники, доступные для ознакомления с излагаемым вопросом.       Отзывы и замечания по книге следует направлять в издательство «Связь»: 101000, Москва, Чистопрудный бульвар, 2.       А. Я. Павлов

Аппаратура радиоуправления. Часть 1. Передатчики

Авторы — Владимир Васильков (Vovic), Виталий Пузрин

Введение

Дистанционное управление подвижными моделями основано на взаимодействии человека и модели. Пилот видит положение модели в пространстве и ее скорость. При помощи аппаратуры дистанционного управления он отдает команды на исполнительные устройства модели, которые поворачивают рули или управляют двигателями, тем самым пилот изменяет положение и направление движения модели в соответствии со своим желанием. Передача команд от пилота к модели происходит в большинстве своем по радиоканалу. Исключение можно встретить лишь для комнатных моделей, где наряду с радио используется инфракрасное излучение, а также очень редко для управления подводными аппаратами используется ультразвук.

Аппаратура радиоуправления состоит из передатчика, который находится у пилота, и размещенных на модели приемника и исполнительных механизмов. Данная статья поможет получить представление о том, как работает передатчик и какой передатчик нужен вам.

Конструктивные разновидности передатчиков

По конструкции органов управления, на которые, собственно, воздействуют пальцы пилота, передатчики делятся на джойстиковые и пистолетного типа. В первых установлено, как правило, два двухкоординатных джойстика. Такие передатчики используются для управления летающими моделями. В джойстиковых передатчиках ручка имеет встроенные пружины, которые возвращают ее после отпускания в нейтральное положение. Как правило, одно из направлений какого-то джойстика используется для управления тяговым мотором, — в нем нет возвратной пружины. При этом ручка поджата трещеткой (для самолетов) или гладкой тормозящей пластиной (для вертолетов). С помощью таких передатчиков можно успешно управлять также плавающими и ездящими моделями, однако для них придуманы специальные передатчики пистолетного типа. Здесь рулевое колесо управляет направлением движения модели, а курок — ее двигателем и тормозами.

В последние годы появились передатчики с одним двухкоординатным джойстиком. Они относятся к категории дешевых аппаратов и могут использоваться для управления как упрощенной летающей, так и наземной техники. Продуктивно их можно использовать только на самом начальном уровне. Аналогичное назначение и у передатчиков с двумя однокоординатными джойстиками:

Чтобы закончить с конструктивными разновидностями добавим еще разделение джойстиковых передатчиков на моноблочные и модульные. Если первые полностью укомплектованы всеми компонентами и сразу готовы к применению, то модульные представляют из себя основу, в которую пилот по своему усмотрению добавляет нужные ему дополнительные органы управления:

Существует две манеры удержания передатчика. Пультовые передатчики вешаются на шею пилота с помощью специального ремня или столика-подставки. Руки пилота опираются на корпус передатчика, а каждый джойстик управляется двумя пальцами — указательным и большим. Это так называемая европейская школа. Ручной передатчик пилот держит в руках, а каждый джойстик управляется одним большим пальцем. Эту манеру относят к американской школе.

Ручной передатчик можно тоже держать в руках и управлять им по-европейски. Можно также использовать его и в пультовом варианте, если к нему купить специальный столик-подставку. Столик не хуже фирменного можно сделать самому. Такие столики требуются и для некоторых пультовых передатчиков. Какая манера более распространена у нас, зависит от возраста пилота. Молодежь, по нашим наблюдениям, более склонна к американским обычаям, а старшее поколение — к консерватизму Европы.

Количество каналов и раскладка ручек управления

Для управления движущимися моделями требуется воздействие одновременно на несколько функций. Поэтому передатчики радиоуправления делают многоканальными. Рассмотрим количество и предназначение каналов.

Для авто и судомоделей нужно два канала: управление направлением движения и оборотами двигателя. Навороченные пистолетные передатчики имеют еще и третий канал, который может использоваться для управления смесеобразованием ДВС (радиоигла).

Для управления простейшими летающими моделями тоже могут использоваться два канала: рули высоты и элероны у планеров и самолетов, или руль высоты и направления. Для дельтапланов используют управление по крену и мощностью мотора. Также эта схема применяется и на некоторых простейших планерах — руль поворота и включение двигателя. Такие двухканальные передатчики можно использовать для парковых моделей и электролетов начального уровня. Однако для полноценного управления самолетом нужно не менее четырех, а вертолетом — пяти каналов. Для самолетов на два двухкоординатных джойстика выводятся функции управления рулем высоты, направления, элеронами и газом двигателя. Конкретная раскладка функций по джойстикам бывает двух типов: Mode 1 — руль высоты слева по вертикали и руль направления по горизонтали, газ справа по вертикали и крен по горизонтали; Mode 2 — газ слева по вертикали и руль направления по горизонтали, руль высоты справа по вертикали и крен по горизонтали. Есть еще Mode 3 и 4, но они мало распространены.

Mode 1 еще называют двуруким вариантом, а Mode 2 — одноруким. Эти названия следуют из того, что в последнем варианте можно довольно долго управлять самолетом одной рукой, держа в другой банку пива. Споры моделистов о преимуществах той или иной схем не стихают много лет. Авторам эти споры напоминают дискуссию о преимуществах блондинок над брюнетками. В любом случае, большинство передатчиков легко перестраиваются с одной раскладки на другую.

Для эффективного управления вертолетом нужно уже пять каналов (не считая канала управления чувствительностью гироскопа). Здесь имеет место совмещение двух функций на одно направление джойстика (как это происходит, мы рассмотрим позднее). Раскладки ручек во многом аналогичны самолетным. Среди особенностей можно отметить ручку газа, которую некоторые пилоты инвертируют (минимальный газ — вверху, максимальный — внизу), так как считают это более удобным.

Выше рассматривалось минимально необходимое число каналов для управления движением моделей. Но функций управления моделями может быть очень много. Особенно на моделях копиях. На самолетах это может быть управление уборкой шасси, закрылками и другой механизацией крыла, бортовыми огнями, тормозами колес шасси. Еще больше функций у моделей-копий кораблей, имитирующих различные механизмы реальных судов. На планерах используют управление флаперонами и воздушными тормозами (интерцепторами), убираемыми шасси и другие функции. На вертолетах используют еще управление чувствительностью гироскопа, убираемым шасси и другими дополнительными функциями. Для управления всеми этими функциями выпускаются передатчики с числом каналов 6, 7, 8 и до 12. Кроме того, в модульных передатчиках имеется возможность наращивания числа каналов.

Здесь надо отметить, что каналы управления бывают двух типов — пропорциональные и дискретные. Проще всего пояснить это на автомобиле: газ — это пропорциональный канал, а свет фар — дискретный. Сейчас дискретные каналы используются только для управления вспомогательными функциями: включение фар, выпуск шасси. Все основные функции управления идут по пропорциональным каналам. При этом величина отклонения руля на модели пропорциональна величине отклонения джойстика на передатчике. Так вот, в модульных передатчиках есть возможность расширения числа как пропорциональных, так и дискретных каналов. Как это делается технически, мы рассмотрим позднее.

С многоканальностью связана одна принципиальная эргономическая проблема. У человека всего две руки, которые могут управлять одновременно только четырьмя функциями. На настоящих самолетах еще используют ноги пилотов (педали). Моделисты еще к этому не пришли. Поэтому управление остальными каналами осуществляется от отдельных тумблеров у дискретных каналов или ручек — у пропорциональных, либо эти вспомогательные функции получают путем вычисления из основных. Кроме того, сигналы управления моделью также могут не прямо управляться от джойстиков, а проходить предварительную обработку.

Обработка управляющих сигналов и микширование

По прочтении предыдущих глав надеемся, вы смогли разобраться в двух главных моментах:

• передатчик можно держать по-разному, но главное — чтобы его не выронить
• в передатчиках бывает много каналов, а управляться надо всегда только при помощи двух рук, что порой бывает не очень просто

Теперь, когда есть предварительное понимание, рассмотрим еще несколько практических моментов, которые реализуют передатчики:

• триммирование
• регулирование чувствительности ручек
• реверс каналов
• ограничение расходов рулевых машинок
• микширование
• другие функции

Триммирование — очень важная вещь. Если управляя моделью вы отпустите ручки передатчика, то пружины вернут их в нейтральное положение. Вполне логично ожидать, что модель при этом станет перемещаться прямо. Однако на практике это не всегда так. Причин тому много. Например, если вы запускаете только что построенный самолет, то вы можете неправильно учесть вращательный момент от двигателя, да и вообще модель редко бывает идеально симметричной и правильной формы. В результате — даже если рули стоят с виду ровно, модель все равно полетит не прямо, а как-то иначе. Чтобы исправить ситуацию, положение рулей надо будет подкорректировать. Но вполне понятно, что делать это прямо на модели во время запусков очень непрактично. Гораздо проще было бы чуть сдвинуть ручки передатчика в нужных направлениях. Именно для этого и придумали триммеры! Это такие маленькие дополнительные рычажки по бокам джойстиков, которые задают их смещение. Теперь, если надо подкорректировать нейтральное положение рулей на модели, достаточно всего лишь воспользоваться нужным триммером. Причем, что особенно ценно, триммирование можно проводить прямо на ходу, во время запусков, наблюдая за реакцией модели. Если вы обнаружите, что изначально модель в триммировании не нуждается — считайте что вам крупно повезло.

Регулирование чувствительности ручки — вполне понятная функция. Когда вы настраиваете управление под конкретную модель, вам надо установить такую чувствительность, чтобы управление было для вас наиболее комфортным. В противном случае, модель будет реагировать на ручки передатчика слишком резко или, напротив, слишком вяло. Более «продвинутые» модели позволяют устанавливать экспоненциальную функцию чувствительности ручек передатчика, чтобы точнее «рулить» при слабых отклонениях.

Если мы теперь мысленно перенесемся на модель, то мы обнаружим, что в зависимости от того, как установлены рулевые машинки и как подсоединены тяги, нам может потребоваться изменить их направление работы. Для этого все передатчики позволяют независимо реверсировать каналы управления.

Сама механика модели может иметь ограничения, поэтому иногда требуется ограничивать ход рулевых машинок. Для этого многие передатчики имеют отдельную функцию ограничения хода, хотя при ее отсутствии можно попытаться обойтись регулировкой чувствительности ручек.

Теперь пора коснуться более сложных моментов и рассказать вам, что такое микширование.

Иногда может потребоваться, чтобы рулевая машинка на модели управлялась одновременно от нескольких ручек передатчика. Хорошим примером может служить летающее крыло, где оба элерона управляют высотой и креном модели, т.е. движение каждого зависит от перемещения на передатчике ручки высоты и ручки крена. Такие элероны называют элевонами:

Когда мы управляем высотой, оба элевона отклоняются одновременно вверх или вниз, а когда управляем креном — элевоны работают в противофазе.

Сигналы элевонов считаются как полусумма и полуразность сигналов высоты и крена:

Элевон1 = (высота + крен) / 2
Элевон2 = (высота — крен) / 2

Т.е. сигналы от двух каналов управления смешиваются и передаются после этого на два канала исполнения. Такие вычисления, где задействуются данные с нескольких ручек управления, называются микшированием.

Микширование может быть реализовано как в передатчике, так и на модели. А сама реализация может быть как электронной, так и механической.

Специально для новичков (за исключением вертолетчиков) хочется отметить, что модели, с которых вы будете начинать, скорее всего не потребуют для своей работы микшеров. Более того, возможно, что наличие микшеров не потребуется вам очень долго (а может они вам и вообще никогда не понадобятся). Так что если вы решите приобрести себе простенькую 4-канальную джойстиковую аппаратуру, или 2-канальную пистолетную, то расстраиваться из-за отсутствующих микшеров не стоит.

В хороших передатчиках верхнего ценового диапазона вы найдете массу других функций. Степень их нужности для той или иной модели — вопрос дискуссионный. Чтобы составить себе представление о них, можно почитать описание таких передатчиков на сайтах производителей.

Аналоговые и компьютерные передатчики

Чтобы понять разницу между аналоговыми и компьютерными передатчиками, обратимся к более жизненному примеру. Лет пятнадцать назад начали распространяться программируемые телефоны. От обычного они отличались тем, что помимо разговора и определения номера звонящего абонента, позволяли запрограммировать на одну кнопку набор целого номера, или составить «черный список» абонентов, на звонки которых телефон не реагировал. Появилась куча дополнительных сервисов, которые простому абоненту часто были не нужны. Так вот, аналоговый передатчик — это как простой телефон. В нем обычно не более 6 каналов. Как правило, реализованы простейшие из описанных выше сервисов: имеется реверс каналов (иногда не всех), триммирование и регулировка чувствительности (обычно, на первые 4 канала), установка крайних значений канала газа (холостого хода и максимальных оборотов). Регулировки осуществляются переключателями и потенциометрами, иногда при помощи маленькой отверточки. Такие аппараты просты в освоении, но их гибкость в эксплуатации ограничена.

Компьютерная аппаратура характеризуется тем, что все настройки в них можно запрограммировать при помощи кнопок и дисплея так же, как на программируемых телефонах. Сервисов здесь может быть море. Из основных стоит отметить следующие:

1. Наличие памяти на несколько моделей. Очень удобная вещь. Можно запомнить все настройки микшеров, реверсов и расходов, чтобы не перестраивать передатчик, когда вы решите его использовать с другой моделью.
2. Запоминание значений триммеров. Весьма удобная функция. Вы можете не беспокоится, что при транспортировке триммеры случайно собьются, и вам придется вспоминать их положение. Перед запуском модели достаточно будет всего лишь проверить, что триммеры установлены «по центру».
3. Большое количество встроенных микшеров и переключателей режимов работы позволит реализовать самые разнообразные функции на сложных моделях.
4. Наличие дисплея заметно облегчает настройку аппаратуры.

По количеству функций и цене компьютерная аппаратура варьируется в довольно широких пределах. Конкретные возможности лучше всегда смотреть на сайте производителя или в инструкции.

Самые дешевые аппараты могут идти с минимумом функций, и ориентированы в первую очередь на удобство эксплуатации. Это в первую очередь память моделей, цифровые триммеры и пара микшеров.

Боле сложные передатчики, как правило, отличаются количеством функций, расширенным дисплеем и дополнительными режимами кодирования данных (для защиты от помех и повышения скорости передачи информации).

Топовые модели компьютерных передатчиков имеют графические дисплеи большой площади, в некоторых случаях даже с сенсорным управлением:

Такие модели имеет смысл покупать ради удобства пользования или ради каких-то особенно хитрых функций (которые могут понадобится, только если вы захотите серьезно заниматься спортом). Навороченность приводит к тому, что топовые модели уже конкурируют между собой не по числу функций, а по удобству программирования.

Многие компьютерные передатчики имеют сменные модули памяти настроек моделей, которые позволяют расширить встроенную память, а также легко переносить настройки модели с одного передатчика на другой. Ряд моделей предусматривают смену программы управления, путем замены специальной платы внутри передатчика. При этом можно изменить не только язык подсказок меню (русского языка, кстати, авторы не встречали), но и установить в передатчик более свежее программное обеспечение с новыми возможностями.

Надо отметить, что гибкость в использовании компьютерной аппаратуры имеет и отрицательные черты. Один из авторов подарил недавно теще программируемый телефон, так она с его программированием повозилась с недельку и вернула с просьбой купить ей простой, как она говорит «нормальный телефон».

Принципы формирования радиосигнала

Сейчас мы отойдем от проблем моделизма и рассмотрим вопросы радиотехники, а именно, как информация от передатчика попадает на приемник. Тем, кто не очень понимает, что такое радиосигнал, эту главу можно пропустить, обратив внимание лишь на приведенные в конце важные рекомендации.

Итак, основы модельной радиотехники. Для того, чтобы излучаемый передатчиком радиосигнал мог переносить полезную информацию, он подвергается модуляции. То есть управляющий сигнал изменяет параметры несущей радиочастоты. На практике нашли применение управление амплитудой и частотой несущей, обозначаемые буквами АМ (Amplitude Modulation) и FM (Frequency Modulation). В радиоуправлении используется только дискретная двухуровневая модуляция. В варианте АМ несущая имеет либо максимальный, либо нулевой уровень. В варианте FM излучается сигнал постоянной амплитуды, либо с частотой F, либо с чуть смещенной частотой F +df. Сигнал FM передатчика напоминает сумму двух сигналов двух АМ передатчиков, работающих в противофазе на частотах F и F +df соответственно. Из этого можно понять даже не углубляясь в тонкости обработки радиосигнала в приемнике, что в одинаковых помеховых условиях FМ сигнал имеет принципиально большую помехозащищенность, чем АМ сигнал. АМ аппаратура, как правило, дешевле, однако разница не очень велика. В настоящее время использование АМ аппаратуры оправдано только для тех случаев, когда расстояние до модели относительно невелико. Как правило, это справедливо для автомоделей, судомоделей и комнатных авиамоделей. Вообще, летать с использованием AM-аппаратуры можно лишь с большой опаской и вдали от промышленных центров. Аварии обходятся слишком дорого.

Модуляция, как мы установили, позволяет наложить на излучаемую несущую полезную информацию. Однако в радиоуправлении используется только многоканальная передача информации. Для этого все каналы уплотняются в один посредством кодирования. Сейчас для этого используется только широтно-импульсная модуляция, обозначаемая буквами РРМ (Pulse Phase Modulation) и импульсно-кодовая модуляция, обозначаемая буквами РСМ (Pulse Code Modulation). Из-за того, что для обозначения кодирования в многоканальном радиоуправлении и для наложения информации на несущую используется слово «модуляция», часто путают эти понятия. Теперь то вам должно стать понятно, что это «две большие разницы», как любят говорить в Одессе.

Рассмотрим типовой РРМ сигнал пятиканальной аппаратуры:

РРМ сигнал имеет фиксированную длину периода Т=20мс. Это означает, что информация о положениях ручек управления на передатчике попадает на модель 50 раз в секунду, что определяет быстродействие аппаратуры управления. Как правило, этого хватает, поскольку скорость реакции пилота на поведение модели намного меньше. Все каналы пронумерованы и передаются по порядку номеров. Значение сигнала в канале определяется величиною временного промежутка между первым и вторым импульсом — для первого канала, между вторым и третьим — для второго канала и т.д.

Диапазон изменения величины временного промежутка при движении джойстика из одного крайнего положения в другое определен от 1 до 2мс. Значение 1,5 мс соответствует среднему (нейтральному) положению джойстика (ручки управления). Продолжительность межканального импульса составляет около 0,3 мс. Данная структура РРМ сигнала является стандартной для всех производителей RC-аппаратуры. Значения среднего положения ручки у разных производителей может немного отличаться: 1,52 мс — у Futaba, 1,5мс — у Hitec и JR, 1,6 — у Multiplex. Диапазон изменения у некоторых видов компьютерных передатчиков может быть шире, и достигать от 0,8 мс до 2,2 мс. Однако такие вариации допускают смешанное использование компонентов аппаратуры от разных производителей, работающих в режиме РРМ кодирования.

Как альтернатива РРМ-кодированию лет 15 назад было разработано РСМ-кодирование. К сожалению, различные производители RC-аппаратуры не смогли договориться о едином формате РСМ-сигнала, и каждый производитель придумал свой. Подробнее о конкретных форматах РСМ-сигналов аппаратуры разных фирм рассказано в статье «PPM или PCM?». Там же приведены преимущества и недостатки РСМ кодирования. Здесь мы только упомянем лишь следствие различных форматов: в режиме РСМ можно использовать совместно только приемники и передатчики одного производителя.

Несколько слов про обозначения режимов модуляции. Комбинации из двух видов модуляции несущей и двух способов кодирования рождают три варианта режимов аппаратуры. Три потому, что амплитудная модуляция совместно с импульсно-кодовой не используется, — нет смысла. Первая обладает слишком плохой помехозащищенностью, что является главным смыслом применения импульсно-кодовой модуляции. Эти три комбинации часто обозначают так: АМ, FM и PCM. Понятно, что в АМ — амплитудная модуляция и РРМ-кодирование, в FM — частотная модуляция и РРМ-кодирование, ну а в РСМ — частотная модуляция и РСМ-кодирование.

Итак, вы теперь знаете, что:

• использование АМ аппаратуры оправдано только для автомоделей, судомоделей и комнатных авиамоделей.
• летать с использованием AM-аппаратуры можно лишь с большой опаской и вдали от промышленных центров.
• можно использовать компоненты аппаратуры от разных производителей, работающих в режиме РРМ кодирования.
• в режиме РСМ можно использовать совместно только приемники и передатчики одного производителя.

Модульное расширение

Модульные передатчики выпускают преимущественно в пультовом исполнении. В этом случае на панели пульта много места, где можно разместить дополнительные ручки, тумблеры и другие органы управления. Из других случаев упомянем о модуле для управления двухмоторным катером, либо танком. Он устанавливается вместо двухкоординатного джойстика и очень похож на рычаги фрикционов гусеничного трактора. С его помощью можно разворачивать такие модели на пятачке:

Теперь объясним, как происходит уплотнение каналов при модульном расширении их числа. Разными производителями выпускаются модули, позволяющие по одному основному каналу передавать до 8 пропорциональных, либо дискретных дополнительных каналов. При этом в передатчик устанавливается модуль кодера с восемью ручками или тумблерами, занимающий один из основных каналов, а к приемнику в гнездо этого канала включается декодер, имеющий восемь пропорциональных либо дискретных выходов. Принцип уплотнения сводится к последовательной передаче через данный основной канал по одному дополнительному в каждом 20-ти миллисекундном цикле. То есть, информация обо всех восьми дополнительных каналах с передатчика на приемник попадет только через восемь циклов сигнала — за 0,16 секунды. По каждому разуплотненному каналу декодер выдает выходной сигнал как и по обычному — один раз в 0,02 секунды, повторяя одно и тоже значение восемь раз. Отсюда видно, что уплотненные каналы обладают намного меньшим быстродействием и их нецелесообразно задействовать для управления быстрыми и важными функциями управления модели. Таким способом можно создавать и 30-канальные комплекты аппаратуры. Для чего это надо? В качестве примера приведем перечень функций модуля освещения и сигнализации модели-копии магистрального тягача:

• Габаритные огни
• Дальний свет
• Ближний свет
• Фара-искатель
• Стоп-сигнал
• Включение заднего хода (две последние функции срабатывают автоматически от положения управления газом)
• Левый поворот
• Правый поворот
• Освещение кабины
• Клаксон
• Проблесковый маячок

Модульные передатчики чаще используют копиисты, для которых важнее зрелищность поведения модели, реалистичность того, как она выглядит, а не ее динамика поведения. Для модульных передатчиков выпускается большое количество разнообразных модулей целевого назначения. Упомянем здесь лишь блок триммирования элеронов пилотажных моделей. В отличие от моноблочных передатчиков, где параметры управления в режимах «флаперонов», воздушного тормоза — (по нашему «крокодил», а на западе «баттерфляй») и дифференциального отклонения программируются в меню, здесь каждый параметр выведен на свою ручку. Это позволяет вести настройку непосредственно в воздухе, т.е. не отводя взгляда от летящей модели. Хотя это тоже дело вкуса.

Устройство передатчика

Передатчик аппаратуры радиоуправления состоит из корпуса, органов управления (джойстики, ручки, тумблеры и т.п.) платы кодера, ВЧ-модуля, антенны и батареи аккумуляторов. Кроме того, в компьютерном передатчике есть дисплей и кнопки программирования. Пояснения по корпусу и органам управления давались выше.

На плате кодера собрана вся низкочастотная схема передатчика. Кодер последовательно опрашивает положение органов управления (джойстиков, ручек, тумблеров и т.п.) и в соответствии с ним формирует канальные импульсы РРМ (или РСМ) сигнала. Здесь же вычисляются все микширования и другие сервисы (экспонента, ограничение хода и т.п.). С кодера сигнал попадает на ВЧ-модуль и тренерский разъем (если он есть).

ВЧ-модуль содержит высокочастотную часть передатчика. Здесь собран задающий кварцевый генератор, определяющий частоту канала, частотный либо амплитудный модулятор, усилитель-выходной каскад передатчика, цепи согласования с антенной и фильтрации внеполосных излучений. В простых передатчиках ВЧ-модуль собран на отдельной печатной плате и размещен внутри корпуса передатчика. В более продвинутых моделях ВЧ-модуль размещен в отдельном корпусе и вставляется в нишу на передатчике:

ВЧ-модуль отвечает за диапазон передатчика. Путем замены сменного ВЧ-модуля легко перейти с одного диапазона на другой. В его корпусе имеется ниша с разъемом под сменный кварц для выбора канала в пределах рабочего диапазона. ВЧ-модули рассчитаны на работу только с одним видом модуляции: амплитудной либо частотной. Для самых продвинутых пользователей, регулярно участвующих в соревнованиях, придуманы ВЧ-модули с синтезатором:

В этом случае сменный кварц отсутствует, а несущая радиосигнала формируется специальным синтезатором частоты. Частота (канал), на которой будет работать передатчик, задается при помощи переключателей на ВЧ-блоке. Некоторые топовые модели предатчиков умеют устанавливать частоту синтезатора прямо из меню программирования. Такие возможности позволяют без проблем разносить пилотов на разные каналы в любых комбинациях заездов и туров соревнований.

Практически на всех передатчиках радиоуправления используется телескопическая антенна. В развернутом виде она достаточно эффективна, а в свернутом — компактна. В отдельных случаях допускается заменять штатную антенну на укороченную спиральную, производимую многими фирмами, либо самодельную.

Она намного удобнее в пользовании и более живуча в условиях суеты соревнований. Однако, в силу законов радиофизики, ее эффективность всегда ниже, чем у штатной телескопической, и ее не рекомендуется использовать для летающих моделей в сложной помеховой обстановке крупных городов.

Во время использования телескопическая антенна обязательно должна быть вытянута на полную длину, иначе дальность и надежность связи резко падают. Со сложенной антенной перед полетами (заездами) проверяют надежность радиоканала, — на расстоянии до 25-30 метров аппаратура должна работать. Складывание антенны обычно не повреждает работающий передатчик. В практике имелись единичные случаи выхода ВЧ-модуля из строя при складывании антенны. По-видимому, они были обусловлены некачественными комплектующими и с такой же вероятностью могли случиться вне зависимости от складывания антенны. И еще, телескопическая антенна передатчика плохо излучает сигнал в направлении своей оси. Поэтому старайтесь не направлять антенну на модель. Особенно, если она далеко, а помеховая обстановка плохая.

В большинстве даже простых передатчиков предусмотрена функция «тренер-ученик», позволяющая проводить обучение начинающего пилота более опытным. Для этого два передатчика соединяются кабелем между собой через специальный «тренерский» разъем. Включается передатчик тренера в режим излучения радиосигнала. Передатчик ученика радиосигнал не излучает, а РРМ-сигнал с его кодера передается по кабелю на передатчик тренера. На последнем имеется переключатель «тренер — ученик». В положении «тренер» на модель передается сигнал о положении ручек тренерского передатчика. В положении «ученик» — с передатчика ученика. Поскольку переключатель находится в руках тренера, тот в любой момент перехватывает управление моделью на себя и тем самым подстраховывает новичка, не давая ему «сделать дрова». Так ведется обучение пилотированию летающих моделей. На тренерский разъем выведен выход кодера, вход переключателя «тренер-ученик», земля, и контакты управления питанием кодера и ВЧ-модуля. В некоторых моделях при подключении кабеля включается питание кодера при выключенном питании передатчика. В других при закорачивании управляющего контакта на землю выключается ВЧ-модуль при включенном питании передатчика. Помимо основной функции тренерский разъем используется для подключения передатчика к компьютеру при эксплуатации с симулятором.

Питание передатчиков стандартизовано, и осуществляется от батареи никель-кадмиевых (или NiMH) аккумуляторов с номинальным напряжением 9,6 вольт, т.е. от восьми банок. Отсек под аккумулятор в разных передатчиках имеет разный размер, а значит, готовая батарея от одного передатчика может не подойти к другому по габаритам.

В простейших передатчиках могут использоваться обычные одноразовые батарейки. Для регулярного использования это разорительно.

Топовые модели передатчиков могут иметь дополнительные узлы, полезные моделисту. Multiplex например, в свою 4000 модель встраивает панорамный сканирующий приемник, позволяющий перед полетами посмотреть наличие излучений в диапазоне частот. Некоторые передатчики имеют встроенный (с выносным датчиком) тахометр. Есть варианты тренерского кабеля, выполненного на основе оптоволокна, что гальванически развязывает передатчики и не создает помех. Есть даже средства беспроводного связывания тренера с учеником. На многих компьютерных передатчиках имеются сменные модули памяти, где хранится информация о настройках моделей. Они позволяют расширить набор запрограммированных моделей и переносить их с передатчика на передатчик.

Итак, теперь вы знаете, что:

• путем замены кварцев, можно менять канал аппаратуры в пределах рабочего диапазона
• путем замены сменного ВЧ-модуля легко перейти с одного диапазона на другой.
• ВЧ-модули рассчитаны на работу только с одним видом модуляции: амплитудной либо частотной.
• во время использования телескопическая антенна обязательно должна быть вытянута на полную длину, иначе дальность и надежность связи резко падают.
• складывание антенны не повреждает работающий передатчик.

Заключение

Прочитав краткое введение в тему передатчиков аппаратуры радиоуправления вы примерно представили, какой передатчик нужен именно вам. Однако, разнообразие предложений рынка проблему выбора не облегчает, особенно в начале занятий радиомоделизмом. Позволим себе высказать несколько советов по этому поводу.

Передатчик радиоуправления является самой живучей частью всего, что связано с моделизмом. Он находится в руках у пилота, а не носится со страшной скоростью, норовя покалечить окружающих и саму модель со всей ее начинкой. Если не перепутывать полярность аккумулятора передатчика, не наступать на него ногами и не ронять на пол, то он верой и правдой может служить годами и десятилетиями. Если вы занимаетесь моделизмом не в одиночку, а вместе с близким другом, можно вообще приобретать один передатчик на двоих. Поскольку передатчик является компонентой длительного пользования, то лучше приобретать сразу хороший аппарат. Он будет стоить недешево, но покроет ваши возросшие со временем потребности, и вам не придется продавать его через год за пол-цены, потому что в нем не хватает каких-либо микшеров или других функций. Но не стоит впадать в крайность, и сразу брать аппарат верхнего ценового диапазона. В передатчиках для спортсменов-чемпионов заложены такие возможности, на понимание и использование которых потребуются годы. Подумайте, надо ли вам платить за престижность лишние деньги.

По опыту авторов, качество изготовления передатчиков зависит от их ценовой группы. По-видимому, на заводах-изготовителях более дорогие модели жестче контролируются как во время сборки, так и на этапе закупки комплектующих. Не спровоцированный отказ передатчика вообще штука крайне редкая, а в дорогих моделях — почти не встречающаяся.

Для дорогих передатчиков выпускаются специальные алюминиевые чемоданчики, используемые для хранения и транспортировки на летное поле. Для аппаратов подешевле можно приобрести специальный пластиковый бокс, либо сделать его самому. Такой специальной тарой не стоит пренебрегать тем, кто регулярно (еженедельно) выезжает на полеты или заезды. Он не раз спасет от ударов и разрушений ваш любимый передатчик, который прослужив вам немало лет, может быть, перейдет по наследству вашему сыну.

Обсудить на форуме

Радиоуправление, телеуправление

«Сигнал» однокомандное радиоуправляемое устройство	Передатчик на лампах (2П5Б, 1П2Бх2) Приемник 5-ти транзисторный сверхрегенератор	«Радио»	1966	3	Измайлов В.
Однокомандная приемная аппаратура	(Продолжение статьи №8 1968г. стр.14, дополнение в №4 1976г стр.62) Сверхрегенеративный приемник	«Радио»	1968	9	Отряшенков Ю.
Приемник радиоуправляемой модели	Однокомандный сверхрегенератор на 6-ти транзисторах	«Радио»	1968	12	Путятин Н.
Радиоуправление моделями. Передающая аппаратура	Простые однокомандые передатчики	«Радио»	1968	8	Отряшенков Ю.
Двухкомандный передатчик	АМ, 200 мВт, 27 МГц, на 6-ти транзисторах	«Радио»	1969	4	Путятин Н.
Шестикомандная аппаратура	(Продолжение в №2 1969г. стр.52). Описана аппаратура радиоуправления на частоту 27,12 МГц	«Радио»	1969	2	Дьяконов А.
Индукционное телеуправление с частотной манипуляцией	(Дополнение в №6 1972г стр.61). 5-ти транзисторный передатчик и 4-х транзисторный приемник	«Радио»	1970	7	Вдовикин А.
Упрощенная система пропорционального управления	Экспонат 24 радиовыставки Рвых = 360 мВт, 27,12 МГц	«Радио»	1970	8	Путятин Н.
Восьмикомандная аппаратура	(Продолжение в №5 1971г стр.35). Рвых = 200 мВт, 27,12 МГц	«Радио»	1971	4	Касьянов В.
Пропорциональное телеуправление	(продолжение в №9, 10 1974г.)	«Радио»	1974	8	Плотников В.
Аппаратура радиоуправления моделями	(Продолжение в №2 1975г. стр.49). Рвых = 100мВт 27,12 МГц, АМ, сверхрегенеративный приемник	«Радио»	1975	1	Путятин Н.
Радиоуправляемый «Луноход»	(Продолжение в №12 1976г стр. 52). Двухкомандная. Рвых = 3 мВт (Радиус действия = 10 м)	«Радио»	1976	11	Путятин Н.
Приемник радиоуправляемой ракеты	Сверхрегенератор на 28 МГц	«Радио»	1978	9	Гришин В.
Аппаратура радиоуправления моделями	(Продолжение в №9 1981г. стр.49). 5 командная с АМ	«Радио»	1981	7	Гришин В.
Простая аппаратура радиоуправления	10 мВт, 5-ти командная, 28 МГц, приемник — сверхрегенератор на П401.	«В помощь радиолюбителю»	1981	75	Проскурин А.
Радиоуправляемая модель танка	Приемник — сверхрегенератор на П401. Коммутация на реле	«Радио»	1981	3	Проскурин А.
Аппаратура радиоуправления моделями «Сигнал-1»	(Дополнения в №12 1983г стр.52, модернизация в №6 1984г стр.50, №3,6 1987г стр.52,63). Простейшая однокомандная система радиоуправления.	«Радио»	1982	8	Борисов В.
Аппаратура радиоуправления моделями	(Дополнения в №9 1984г стр.61). Передатчик на двух КТ315 на выходе, приемник сверхрегенератор.	«Радио»	1984	2	Ан Е.
Четырехканальная аппаратура для радиоуправления моделями	27,12 МГц, 600 мВт (КТ907А), АМ, приемник супергетеродин на транзисторах и К237ХК2	«В помощь радиолюбителю»	1985	89	Васильченко М.
Шифратор и дешифратор команд телеуправления	(Дополнение в №7 1985г стр.62). На МС серии К155	«Радио»	1985	7	Иноземцев В.
Повинуясь инфракрасному лучу	Однокомандная система	«Радио»	1987	6	Смирнов А.
Помехозащищенная система телеуправления	Числоимпульсный метод. 5-ти командная, на МС серии К176.	«Радио»	1987	1	Проскурин А.
Пропорциональная система телеуправления	Используются МС серии К134 и транзисторы	«Радио»	1987	7	Фельдман С.
Устройство телеуправления	Число-импульсное разделение каналов, 14 команд, 100 м по проводам. На ТТЛ микросхемах.	«В помощь радиолюбителю»	1987	99	Копанев В.
Десять команд по двум проводам	На МС серии К176	«Радио»	1989	12	Кусков А.
Дискретная аппаратура телеуправления	Шифратор и дешифратор на МС серии К176.	«Радио»	1989	4	Проскурин А.
Двуканальное пропорциональное телеуправление	Используется широтно-импульсный метод кодирования. На МС серии К134	«Радио»	1990	4	Главатских С.
Многокомандная система телеуправления	7 дискретных команд одновременно.На МС серии К561	«Радио»	1990	10	Бирюков С.
Времяимпульсное кодирование в телеуправлении	(Усовершенствование в №11 2000г. стр.46). Описан шифратор и дешифратор на МС серии 564	«Радио»	1991	5	Ольховский Ю.
Передатчик и приемник СДУ на ИК-лучах	(Продолжение в РК №6,7 1994г. стр.13). 9 команд, КМОП микросхемы.	«Радиоконструктор»	1994	5	Нет автора
Система радиоуправления	Однокомандная, 27,12 МГц, 600 мВт, К174ПС1, К174ХА10, транзисторы.	«Радиоконструктор»	1995	6	Андреев С
Управление моделями по радио	(Продолжение в №10,11 1995г, №1,4 1996г) .Цикл статей с описанием многокомандной и пропорциональной аппаратуры радиоуправления	«Радио»	1995	9	Мохов А.
Передатчик для управления летающими моделями	Двухканальная, пропорциональная, управление на растоянии до 800 м (КТ907А).	«Радио»	1997	7	Мохов А.
Многокомандная система телеуправления	(Продолжение в №3 1999г.). Применен широтно-импульсный метод кодирования. Расчитана на одновременную передачу 16 независимых пропорциональных или дискретных команд. На КМОП микросхемах.	«Радио»	1999	2	Федосеев В.
Аппаратура пропорционального радиоуправления	(Продолжение в №12 2001г., дополнение в №1 2003г., №2 2004г. усовершенствование в №6 2002г.). 27,12 МГц, ЧМ, дальность до 70 м. (КТ315Б). В приемнике используется MC3361	«Радио»	2001	11	Днищенко В.
Модель с пропорциональным индукционным управлением	Передатчик на КТ815Б и КТ837У (12 кГц) в руках. Приемник на КТ315Бх2, КТ361, КТ805А два канала.	«Радио»	2001	1	Солоненко В.
Микроконтроллер управляет «вездеходом»	На КР1878ВЕ1, К561ИР2, LM386, ISD1420P, TLC1549CP, LM358.	«Радио»	2002	12	Остроухов Н.
«Луноход» с микроконтроллерным управлением	На AT90S2313.	«Радио»	2003	6	Чечет П.
Простой приемный тракт для радиоуправления	АМ, 27,12 МГц, супергетеродин на ГТ311Ж, К157ХА2.	«Радиоконструктор»	2003	4	Ругин Д.
Драйвер для управления низковольтным двигателем	Описаны схемы для управления двигателями игрушек.	«Радиоконструктор»	2004	9	Абрамов С.
Приемник для радиоуправляемой игрушки	Использование (кодера PT8A997BP в передатчике) декодера PT8A978B, HEF4047BP, BF964, BA6418Nх2.	«Радио»	2005	3	Мартемьянов А.
Приемный тракт для радиоуправления	На MC3361CP	«Радиоконструктор»	2005	9	Андреев С
Регулятор скорости для радиоуправляемых автомобилей		«Радио»	2005	8	Турчинский Д.
Регулятор хода радиоуправляемой модели		«Радио»	2005	11	Цаплин И.
Блок автоматики для игрушечного автомобиля	Простое устройство для управлением световыми сигналами и звуком.	«Радио»	2006	4	Коротков И.
ИК-управление моделью	Используются КР1506ХЛ1, КР1506ХЛ2	«Радиоконструктор»	2006	2	Роднов Б.
Робот с управлением по RC-5	На AT90S2313	«Радио»	2006	9	Свита С.
Шифратор и дешифратор пропорционального телеуправления	На PIC16F84	«Радио»	2006	8	Духовников С.
Электронные качели	Описание бесконтактного маятника	«Радио»	1973	8	Иванов В.
Тир на столе	Электромагнитная пушка	«Радио»	1975	10	Федотов Б.
Фототир	12 транзисторов	«Радио»	1975	7	Смирнов Д.
Фотоэлектронный «Тир» на ИК-лучах		«Радио»	1978	8	Иванов Б.
Электронный рояль	На 7 транзисторах	«Радио»	1979	12	Гегенава А.
Кибернетический планетоход	Автомат на концевых выключателях. Используются МС серии К561.	«Радио»	1987	2	Алешин П.
Электронная «Кость»	(Дополнение в №7 1998г стр.59). Описаны два варианта: на ИВ-6, К176ИЕ3, К176ЛЕ5 и на светодиодах, К176ЛЕ5, К176ЛА7, К176ТМ2	«Радио»	1998	1	Банников В.
Фототир на базе лазерной указки		«Радио»	2001	3	Нечаев И. (UA3WIA)
«Глаза совы»	(Дополнение в №11 2002г.). Вспышка с плавным угасанием светодиодов. На КР512ПС10.	«Радио»	2002	2	Михеева Ж.
Детский электромобиль с широтно-импульсным управлением двигателем	Переделка педального автомобиля.	«Радио»	2002	12	Казаков Н.
«Мигающие глазки» на двухцветных светодиодах	2 мультивибратора на 4 транзисторах.	«Радио»	2004	10	Бутов А.
«Танцующий человечек»	Приставка на светодиодах к магнитофону.	«Радио»	2004	10	Мамичев Д.
«Электронный кубик»	К155ЛА3х2, К155ИЕ5	«Радио»	2004	6	Мамичев Д.
Звуковой автоответчик	(Дополнение в №3 2005г.). На ISD2590	«Радио»	2004	6	Нечаев И. (UA3WIA)
Кибернетический планетоход	На AT90S1200, TA7291Sх2	«Радио»	2004	6	Потапчук М.
Две «акустические» игрушки	«Маска — индикатор» — воспроизведение мимики лица, «Акустический тир» — попадание шарика заставляет погаснуть мишень.	«Радио»	2005	9	Мамичев Д.
Игрушка с лазерным управлением	К561ЛА7	«Радиоконструктор»	2005	5	Наумов А.
Музыкальная шкатулка с сенсорным управлением	На УМС7	«Радио»	2005	1	Турчинский Д.
Музыкальный кот	На УМС7	«Радио»	2005	5	Гришин А.
Электронная сирена с мигалкой	CD4060BCN, К561КП1	«Радио»	2005	7	Озолин М.
Вездеход обходит препятствия	Управление двигателями вездехода с помощью концевых выключателей	«Радиоконструктор»	2006	1	Каравкин В.
Игральный кубик	К176ЛЕ5, К176ИЕ8, дешифратор на диодах.	«Радиоконструктор»	2006	12	Нет автора
Электронная «монетка»		«Радио»	2006	10	Машкин Э.
Электронный «утенок»	ИК-излучатель и 2 фотоприемника управляют колесами.	«Радиоконструктор»	2006	6	Лыжин Р.
Светотелефон		«Радио»	1974	5	Воробьев С.
Светотелефон на ИК лучах	Источник-приемник — АЛ107, на 8 транзисторах. Дальность связи днем несколько сот метров и до 1,5 км ночью.	«Радио»	1984	12	Поляков В. (RA3AAE)
Дуплексное переговорное устройство	КТ315х3, ГТ404, ГТ402	«Радио»	1985	5	Шульгин Г. (UA3ACM)
Передача звука по ИК каналу	(Дополнение в №2 стр.63).	«Радио»	1986	8	Нечаев И. (UA3WIA)
Переговорное устройство	На 4 транзисторах, симплекс	«Радио»	1987	5	Приймак Д.
Оптический телефон	АЛ310 > ФД-3А.	«В помощь радиолюбителю»	1990	107	Шиянов Н.
Дуплексное переговорное устройство	Каждый пульт К140УД1Б и 5 транзисторов	«Радио»	1991	1	Ривлин М.
Малогабаритное переговорное устройство	(Дополнение в №2 2002г., №7 2005г. стр.52). К157УД1, КТ315 (в пульте). Растояние до 100 м.	«Радио»	2000	1	Иванов Ю.
Светотелефон на базе лазерной указки	(Дополнение в №1 2001г.). Абонентский пульт на К174УН14х2	«Радио»	2000	1	Нечаев И. (UA3WIA)
Переговорное устройство	(Дополнение в №5 2002г.). Используются 2 телефонные трубки. Вызывное устройство и питание на К155ЛА3, КТ315Б, КЭМ-1.	«Радио»	2001	10	Прожилов Г.
Беспроводное переговорное устройство	Радиомикрофон + приемник на К174ХА34. Связь до 100…300 м.	«Радиоконструктор»	2002	1	Каравкин В.
Лазерный светотелефон		«Радио»	2003	1	Солоненко В.
Переговорное устройство	(Продолжение в №11 2004г.). На 7 абонентов. На TDA2003 (К174УН14) и транзисторах.	«Радио»	2004	10	Доброванов С.
Школьная метеостанция	(Продолжение в №3 — 5 1978г). Определяет температуру от -40 до +50, осадки до 70 мм, скорость ветра до 17 м/с, направление ветра, относительную влажность от 20 до 100%, освещенность, атмосферное давление от 710 до 790 мм рт. ст.	«Радио»	1978	2	Дробница Н.
Электронный светофор	К176ИЕ8х2, К176ИЕ5 и транзисторы	«Радио»	1992	2	Засухин С.
Шесть конструкций со светодиодами АЛ307Б		«Радио»	1997	8	Долгов О.
Электронный светофор	К561ЛН2, К561ИЕ16, К176ЛА9, КТ361Вх3	«Радио»	2001	12	Сальников А.
Светофор	К155ЛА3, К155ИЕ5, К155ИД3	«Радио»	2006	12	Жидкова А.
Генератор «Мяу»	На 4-х транзисторах	«Радио»	1969	2	Борноволоков Э.
Электронная сирена	МП37, МП39, 1ГД-9	«Радио»	1969	6	Кузьмин В.
Генераторы — имитаторы звуков	Генератор «Мяу», «Сирена», «Ку-ку», «Соловей» выполненные на транзисторах.	«В помощь радиолюбителю»	1977	60	Федоров Ю.
Генератор «Курица»	На транзисторах.	«В помощь радиолюбителю»	1980	69	Глузман И.
Электронный «Соловей»	(Дополнения в №6,7 1982г стр.62). Автомат, иммитирующий трель соловья на 16 транзисторах — (4 триггера) + УМ	«Радио»	1980	10	Ануфриев В.
Имитатор звука костра	К140УД8Бх2	«Радио»	1986	10	Ширшов М.
Иммитатор звука подскакивающего шарика	Улучшение схемы, описанной в №7 1984г стр.39	«Радио»	1986	5	Савицкий Е.
«Многоголосный» имитатор звуков	На К176ЛА7 и КТ3107К.	«Радио»	1987	7	Холодов М.
Имитатор мяуканья кошки	198НТ1Б, К174УН4Б	«Радио»	1987	2	Кистерный Н.
Электронная сирена	К176ЛА7 + УМ	«Радио»	1987	10	Корецкий В.
Имитатор кряканья утки	МП39х2	«Радио»	1988	6	Бригиневич Е.
Электронная игрушка с акустическим реле	Генератор «Мяу» включаемый звуком. МП42Бх5, МП26Б	«Радио»	1989	6	Бригиневич Е.
Мелодичный автомат	(Дополнения в №3,12 1991г стр.76). На МС серии К155	«Радио»	1990	2	Лялякин С.
Сенсорная двухтональная сирена	К155ЛА3, КТ315Б, КТ361Бх2, МП42А	«В помощь радиолюбителю»	1990	106	Попов А.
Электронный «Соловей»	На К217НТ2х3.	«В помощь радиолюбителю»	1991	112	Ануфриев А.
Имитатор шума прибоя	К122ТЛ1Г, К159НТ1Д, П308	«Радиолюбитель»	1992	4	Шустов М.
Имитатор шума морского прибоя и криков чаек	На МС серии К561 и транзисторах	«Радио»	1993	1	Козявин А.
Имитатор звуков боя	МП42х3	«Радио»	1995	5	Прокопцев Ю.
Имитатор звуков паровоза	На транзисторах МП38Ах2, МП42х2, МП41х2	«Радио»	1995	7	Прокопцев Ю.
Сирена с мигалкой	Доработка игрушечного автомобиля.	«Радиолюбитель»	1995	4	Кравчук В.
Чип-чирик	Имитатор птичьего чириканья на КМОП микросхемах	«Радиолюбитель»	1998	2	Нет автора
Электронная сирена	7 комбинаций звуков, на КМОП микросхемах	«Радиолюбитель»	1998	2	Сыч С.
Имитатор звуков стрельбы	(Дополнение в №7 2000г). КМОП — ЛП2, ЛА7, ИР9.	«Радио»	1999	6	Панкратьев Д.
«Кремнивые» канарейки	На 4 ОУ	«Радиомир»	2002	5	Kekesi L.
Сирена на К174УН14		«Радиоконструктор»	2002	8	Нет автора
«Нестандартные» звуковые эффекты	На К176ЛА7	«Радиомир»	2003	8	Кашкаров А.
Электронный звонок для велосипеда	На К561ТЛ1.	«Радио»	2003	6	Нечаев И. (UA3WIA)
Музыкальные сигнализаторы	УМС8-08, MC34119.	«Радио»	2004	12	Марков В.
Сигнализатор на микросхеме К157ХА2	Сирена на К157ХА2 и К174ХА10	«Радио»	2004	8	Марков В.
Имитатор птичьих трелей	(Дополнения в №7 2006г. стр.52). 2 мультивибратора на транзисторах	«Радио»	2005	10	Ханнанов Б.
Музыкальные игрушки на микросхеме КР1211ЕУ1		«Радио»	2006	11	Нечаев И. (UA3WIA)
Трехтональная сирена	На КР1008ВЖ4	«Радиоконструктор»	2006	2	Лыжин Р.
Шарманка	Используется напряжение, получаемое при вращении вала двигателя.	«Радио»	2006	11	Мамичев Д.
Приемник для радиоуправления	Супергетеродин 27,2 МГц на MC3361	«Радиоконструктор»	2007	1	Нет автора
Исполнительный узел радиоуправления с DTMF	Описана схема драйвера для двух двигателей (рулевого и маршевого) подключаемого к КР1008ВЖ18.	«Радиоконструктор»	2007	1	Каравкин В.

Схема. Аппаратура пропорционального управления (1)

Комплект аппаратуры состоит из объединенного с пультом управления передатчика, бортового приемника и узлов управления двигателями рулевой машинки и тяговым. Прототипом послужила аппаратура «Радиопроп» [1], возможности которой расширены, а элементная база заменена полностью. Аппаратура работает на частоте 27,12 МГц, обеспечивая управление моделью на удалении 20…70 м в зависимости от ее типа (плавающая, сухопутная), характера местности и окружающей обстановки.

Реализован наиболее распространенный принцип пропорционального управления — широтно-импульсное кодирование управляющих воздействий с разделением каналов по времени. В предлагаемом варианте предусмотрено только два канала управления (направлением и скоростью), однако их число несложно довести до восьми.
Для улучшения помехозащищенности вместо амплитудной модуляции сигнала передатчика применена частотная с девиацией 2,5 кГц. В бортовых устройствах использованы специализированные микросхемы, что значительно упростило их конструкцию и облегчило настройку.

Передатчик построен по схеме, приведенной на рис. 1. При напряжении питания 6 В и потребляемом токе 15 мА его выходная мощность — 10 мВт.
Во многих вариантах двухканальной аппаратуры радиоуправления генератором командных импульсов служит мультивибратор с раздельной регулировкой длительностей импульсов и пауз между ними, причем информацию об управляющих воздействиях несет каждый из этих интервалов. В результате изменяется и период повторения импульсов, поэтому избавиться от взаимного влияния каналов оказывается довольно сложно.

В рассматриваемом устройстве период повторения командных импульсов фиксирован. Его задает тактовый генератор, собранный на элементах DD1.1, DD1.2. Длительность периода (10мс) устанавливают подстроечным резистором R2. Спадом каждого тактового импульса запускается формирователь первого канального интервала на транзисторе VT1. Длительность интервала регулируют в пределах 1…2 мс переменным резистором R5, на оси которого установлена рукоятка управления скоростью движения модели.

В исходном состоянии транзистор VT1 открыт током, протекающим через резисторы R8 и R9. Напряжение на подвижном контакте переменного резистора R5 близко к напряжению питания, а конденсатор С7 заряжен почти до этого напряжения (за вычетом падения на участке база—эмиттер транзистора VT1). Как только уровень на выходе элемента DD1.2 станет низким, транзистор закроется, так как из-за не успевшего измениться заряда конденсатора С7 потенциал его базы примет отрицательное относительно эмиттера значение. Абсолютная величина запирающего напряжения зависит от положения подвижного контакта переменного резистора R5.

В результате на коллекторе транзистора формируется положительный импульс, длительность которого равна времени перезарядки конденсатора С7 до напряжения открывания транзистора VT1 и практически линейно зависит от положения рукоятки управления. Как только на выходе элемента DD1.2 появится высокий логический уровень, конденсатор С7 быстро зарядится и формирователь вернется в исходное состояние. С началом следующего такта цикл повторится. Элементы DD1.3, DD1.4 служат инверторами импульсов.

Формирователь второго канального интервала — на транзисторе VT3 структуры p-n-p. Он запускается фронтом импульса на выходе элемента DD1.3 и отличается от рассмотренного выше лишь полярностью импульсов и перепадов напряжения. Длительность второго командного интервала зависит от положения переменного резистора R15, на вал которого насажена рукоятка управления рулем модели. Если необходимо увеличить число каналов, следующую пару аналогичных формирователей подключают к выходу элемента DD2.3.

Дифференцирующие цепи C4R4, C12R16, C19R21 формируют короткие положительные импульсы, соответствующие границам интервалов. Импульсы логически суммирует схема ИЛИ из диодов VD1, VD4, VD5 и резистора R22, затем они поступают на вход элемента DD2.1. Каждый из импульсов, проинвертированных этим элементом, быстро разряжает конденсатор С8, вызывая скачок напряжения на выходе элемента DD2.2. По окончании импульса начинается зарядка конденсатора С8 через резистор R7. Как только напряжение на конденсаторе достигнет порогового для элемента DD2.2 значения, логический уровень сигнала на выходе последнего вновь станет низким.

Таким образом в течение каждого периода колебаний тактового генератора формируются стартовый и два командных импульса фиксированной длительности. Информация заключена в продолжительности пауз между ними. Пауза между последним из командных и стартовым импульсами служит синхронизирующей. Ее продолжительность непостоянна, но всегда больше, чем любой из информационных пауз, что и используется для синхронизации бортовой аппаратуры.
Сформированная импульсная последовательность поступает на варикапную матрицу VD2 и модулирует частоту колебаний задающего генератора, собранного на транзисторе VT2. Конденсатор С2 необходим для «заваливания» фронтов импульсов с целью сужения их спектра.
Частота задающего генератора стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Подстраивая катушку L1, компенсируют отклонение среднего значения генерируемой частоты от номинала, вызванное включенной последовательно с резонатором емкостью варикапов. Выходной каскад передатчика собран на транзисторе VT4 и работает в режиме класса С, что обеспечивает высокий КПД. Выходную мощность можно регулировать подборкой резистора R23. Катушка индуктивности L4 согласует выход передатчика с антенной WA1.

Микросхема DA1 стабилизирует напряжение питания узлов формирования импульсов, что предотвращает изменение их характеристик при разрядке батареи.
Приемник, схема которого приведена на рис. 2, построен на микросхеме МС3361, далеко не современной (именно по этой причине она дешева), но полностью обеспечивающей необходимые технические характеристики. Ее номинальная чувствительность — 2 мкВ. Апериодический УРЧ на полевом транзисторе VT1 КП303Е доводит чувствительность приемника в целом до 0,5 мкВ. Если высокая чувствительность не нужна, транзистор VT1 и резистор R2 можно не устанавливать. Левый (по схеме) вывод конденсатора СЗ в этом случае соединяют непосредственно с колебательным контуром L1C2, настроенным на частоту сигнала 27,12 МГц, и конденсатором С1.

Микросхема DA1 — супергетеродинный приемник с частотным детектором. Частота гетеродина 26,655 МГц стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Подстраивая гетеродин с помощью катушки 12, добиваются точного совпадения промежуточной частоты с центральной частотой полосы пропускания пьезоэлектрического фильтра ZQ2 (465 кГц). Ширина полосы пропускания — 8 кГц.
Резонатор ZQ3 на частоту 465 кГц служит элементом частотного детектора. При отсутствии нужного резонатора вместо него можно установить катушку индуктивностью 117 мкГн от фильтра ПЧ радиовещательного приемника. Емкость конденсатора С4 в этом случае следует увеличить до 1000 пф, а резистор R3 — не устанавливать. Образованный катушкой и конденсатором С4 колебательный контур настраивают на частоту 465 кГц.

Вывод 9 микросхемы DA1 — выход частотного детектора. Фильтр нижних частот R4C6 подавляет высокочастотные шумы. Через разделительный конденсатор С7 сигнал поступает на вход имеющегося в микросхеме ОУ (вывод 10). Коэффициент усиления этого каскада зависит от номинала резистора R5. Регулируя подстроечный резистор R6, смещают рабочую точку ОУ таким образом, чтобы в паузах между импульсами сигнала на выходе микросхемы DA1 (вывод 11) отсутствовали шумы.
Принятые импульсы положительной полярности поступают на элемент DD1.2 и далее — на вход С2 счетчика DD2. Пока уровень на его входе С1 низкий, счет разрешен и с каждым импульсом состояние счетчика изменяется. В результате на выходах DD2 формируются канальные импульсы длительностью, равной интервалам между принятыми. Первый канальный импульс с вывода 2 счетчика поступает на вход регулятора хода (узла управления тяговым двигателем), второй с вывода 4 — на вход сервоусилителя рулевой машинки.

Если период принимаемой импульсной последовательности содержит более двух командных импульсов, соответствующие им канальные будут сформированы на других выходах счетчика DD2, к которым в этом случае могут быть подключены входы соответствующих исполнительных устройств. При желании можно с помощью одного передатчика организовать независимое управление, несколькими моделями. Для этого входы регулятора хода и сервоусилителя на каждой из моделей соединяют с различными выходами счетчика.

Чтобы правильно декодировать импульсную последовательность, счетчик DD2 должен быть установлен в исходное состояние в начале каждого периода ее повторения. Для этого служит узел выделения синхропаузы. Отрицательные импульсы с выхода элемента DD1.1 через открытый диод VD1 быстро разряжают конденсатор С13. В паузах конденсатор медленно заряжается через резистор R8. Постоянная времени зарядки выбрана таким образом, что в течение информационных пауз даже максимальной длительности напряжение на конденсаторе не успевает достичь порога переключения элемента DD1.3 и логический уровень на выходе последнего остается низким. Во время более продолжительной синхропаузы напряжение на конденсаторе достигает порогового значения и состояние элемента DD1.3 изменяется. Через дифференцирующую цепь С15R10 сигнал установки в начальное состояние поступает на вход R счетчика DD2.

Первый же из импульсов на выходе элемента DD1.3 через диод VD2 заряжает конденсатор С14, в результате на выходе элемента DD1.4 и соединенном с ним входе С1 счетчика DD2 устанавливается низкий уровень, разрешающий счет. Постоянная времени разрядки конденсатора С14 достаточно велика, за период повторения синхроимпульсов он не успевает заметно разрядиться. Если полезный сигнал на выходе микросхемы DA1 прекратился (например, по причине выключения передатчика), через некоторое, необходимое для разрядки конденсатора С14, время уровень на входе С1 счетчика DD2 станет высоким, запрещая счет. Этим предотвращается появление на выходах счетчика под действием шумов и помех импульсов случайной длительности, которые могли бы привести к хаотическому перемещению управляемого объекта.

Напряжение питания 3 В приемник получает от стабилизатора, находящегося на плате сервоусилителя рулевой машинки.
Сервоусилитель рулевой машинки по принципу действия аналогичен прототипу [1] и построен по схеме, изображенной на рис. 3 Канальные импульсы, поступающие с приемника, запускают одновибратор на транзисторе VT1 и элементе DD1.1. Длительность импульсов, генерируемых одновибратором, зависит от положения движка переменного резистора R17, механически связанного с рулевым устройством, приводимым в движение двигателем М1.
С помощью элементов DD1.2—DD1.4 сравнивают импульсы. Наличие «разностного» импульса отрицательной полярности на выходе элемента DD1.2 свидетельствует, что канальный импульс длиннее импульса одновибратора, а на выходе элемента DD1.3 — короче его. При равенстве импульсы отсутствуют на выходах обоих элементов.

Скважность разностных сигналов слишком велика для непосредственного управления двигателем, поэтому импульсы удлиняют с помощью диодов VD3, VD4, соединенных с ними RC-цепей и работающих в режиме компараторов ОУ микросхемы DA2. Пороги срабатывания компараторов регулируют подстроечным резистором R15.
Рассмотрим работу устройства, например, при наличии разностного импульса на выходе элемента DD1.2. В исходном состоянии конденсатор С7 заряжен приблизительно до 2 В — напряжения, определяемого отношением сопротивлений резисторов R8 и R12. Оно приложено к инвертирующему входу ОУ DA2.1. Напряжение на прямом входе (образцовое) немного меньше. Состояние входов DA2.2 аналогично. В результате уровни напряжений на выходах обеих ОУ — низкие и двигатель М1 обесточен. Во время действия разностного импульса конденсатор С7 разряжается через резистор R10 и диод VD3, напряжение на нем уменьшается на величину, пропорциональную длительности импульса. В самом начале процесса разрядки напряжение на инвертирующем входе DA2.1 становится меньшим образцового, а уровень на выходе ОУ — высоким. После окончания импульса конденсатор С7 сравнительно медленно заряжается до прежнего напряжения. По достижении порога уровень на выходе ОУ опять станет низким.

Параметры цепей разрядки и зарядки конденсатора выбраны таким образом, что при изменении длительности разностного импульса от нулевой до максимальной (приблизительно 1 мс) длительность импульса на выходе ОУ изменяется от 0 до 10 мс. Постоянная составляющая приложенного к двигателю напряжения, от которой зависит скорость вращения, изменяется при этом от нуля до напряжения источника питания.
Мощный сдвоенный операционный усилитель КР1040УД2, примененный в качестве DA2, обеспечивает ток в нагрузке до 1 А, что вполне достаточно для питания двигателя рулевой машинки. Конденсаторы С11 и С12 снижают уровень помех от коллекторного узла двигателя и предотвращают перегрузку микросхемы DA2 ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке двигателя вследствие питания его импульсным напряжением.
Напряжение питания сервоусилителя (за исключением микросхемы DA2) стабилизировано интегральным стабилизатором напряжения DA1. Его же выходное напряжение используется и для питания приемника.

Регулятор хода, схема которого показана на рис. 4, во многом аналогичен рассмотренному выше сервоусилителю, принципиально отличаясь лишь отсутствием электромеханической обратной связи. Одновибратор здесь собран на таймере КР1006ВИ1 (DA2). В предыдущем случае таймер не был применен из-за нелинейной зависимости длительности вырабатываемых импульсов от сопротивления времязадающей цепи. В регуляторе хода эту длительность устанавливают подстроечным резистором R2, в процессе работы она остается постоянной.

Применять микросхему КР1040УД2 для непосредственного управления значительно более мощным, чем рулевой, тяговым двигателем модели нецелесообразно. При большом токе нагрузки на выходных транзисторах этой микросхемы падает значительная часть питающего напряжения. Да и пусковой ток двигателя может превысить 1 А. Поэтому в удлинителе импульсов использован маломощный сдвоенный ОУ К157УДЗ (DA3), а нагрузка подключена к его выходам через DA4 — специализированную микросхему управления двигателем постоянного тока ВА6209 [2].

Продолжение —   www.radioelectronika.ru/?mod=cxemi&sub_mod=full_cxema&id=730

ЛИТЕРАТУРА
1. С. Чухаленко «Радиопроп» — Моделист-конструктор, 1987, № 1—3.
2. Микросхемы для управления электродвигателями. — М.: ДОДЕКА, 1999 г.

В. ДНИЩЕНКО, г. Самара
«Радио» №11 2001г.

Post Views: 741

Пропорциональный регулятор

— обзор

14.4.1 Качество управления

Если параметры ПИД-регулятора (пропорциональные, интегральные и производные члены) выбраны неправильно, вход управляемого процесса может быть нестабильным; то есть его выход расходится с колебаниями или без них и ограничивается только насыщением или механическим повреждением. Настройка контура управления — это корректировка его параметров управления (усиление / зона пропорциональности, интегральное усиление / сброс, производное усиление / скорость) до лучших значений для желаемой реакции управления.

Хороший контроль процесса начинается в поле, а не в диспетчерской. Датчики и измерения должны находиться в подходящих местах, а клапаны должны иметь правильный размер с соответствующей регулировкой. Конечные элементы управления, такие как регулирующие клапаны, выполняют изменения, необходимые для управления предпочтительными параметрами процесса, такими как расход, температура, давление, уровень и соотношение. Если приборы в полевых условиях не работают должным образом, нельзя ожидать, что общий контроль процесса будет работать оптимально.Настройка должна быть изменена по мере изменения или ухудшения процесса и оборудования.

Управляемость процесса зависит от выигрыша, который можно использовать. Более высокое усиление обеспечивает лучшее подавление помех и более быструю реакцию на изменения уставки. Преобладающая задержка основана на самой большой задержке в системе. Подчиненное отставание основано на мертвом времени и всех других задержках. Максимальный коэффициент усиления, который можно использовать, зависит от отношения преобладающего запаздывания к подчиненному. Из этого соотношения можно сделать два вывода: (1) уменьшение мертвого времени увеличивает максимальное усиление и управляемость, и (2) увеличение отношения самого длинного запаздывания ко второму по величине увеличивает управляемость.В общем, для управления самым жестким контуром усиление динамического регулятора должно быть как можно большим, не вызывая нестабильности контура.

Настройка контроллера требует установки трех констант в алгоритме ПИД-регулятора для обеспечения управляющего воздействия, разработанного для конкретных требований процесса. Производительность контроллера оценивается с точки зрения его реакции на ошибку, степени превышения контроллером заданного значения и степени колебаний системы.Обратите внимание, что использование алгоритма PID для управления не гарантирует оптимального управления системой.

Наилучшая реакция на изменение процесса или изменение уставки зависит от приложения. Некоторые процессы не должны допускать выхода переменной процесса за пределы уставки, если, например, это было бы небезопасно. Другие процессы должны минимизировать энергию, затрачиваемую на достижение новой уставки. Как правило, требуется стабильность реакции (обратная нестабильности), и процесс не должен колебаться при любой комбинации условий процесса и заданных значений.Некоторые процессы обладают некоторой степенью нелинейности, поэтому параметры, которые хорошо работают в условиях полной нагрузки, не работают, когда процесс запускается без нагрузки.

Пропорциональный контроллер — обзор

1

Система управления предназначена для регулирования температуры от –10 ° до + 30 ° C. Что такое (а) диапазон, (б) диапазон?

2

Система контроля температуры имеет заданное значение 20 ° C, а измеренное значение — 18 ° C. Что такое (а) абсолютное отклонение, (б) процентное отклонение?

3

Каков коэффициент усиления регулятора температуры с 80% PB, если его входной диапазон составляет от 40 ° C до 90 °, а его выход составляет от 4 мА до 20 мА?

4

Контроллер выдает выходной сигнал в диапазоне от 4 до 20 мА для управления скоростью двигателя в диапазоне от 140 до 600 об / мин.Если скорость двигателя пропорциональна выходному сигналу контроллера, какой будет скорость двигателя, когда выходной сигнал контроллера будет (а) 8 мА, (б) 40%?

5

На рисунке 7.48 показана система управления, предназначенная для поддержания постоянного уровня воды в емкости. В нем используется пропорциональный контроллер с K _p , равным 10. Клапан обеспечивает расход 10 м ³ / ч на процент выхода контроллера, его скорость потока пропорциональна входу контроллера.Если выход контроллера изначально установлен на 50%, какой будет выход из контейнера? Если расход увеличится до 600 м ³ / ч, какой будет выход нового контроллера для поддержания постоянного уровня воды?

Рисунок 7.48. Проблема 5

6

Система управления использует пропорциональный контроллер для управления системой с передаточной функцией K и единичной обратной связью. Какой будет ошибка смещения, если пропорциональный регулятор имеет коэффициент усиления K _p 10 и K = 0.3 и пошаговый ввод 4 ед. Применяется?

7

Система управления использует пропорциональный контроллер для управления системой с передаточной функцией K и единичной обратной связью. Каким должно быть усиление K _p контроллера, чтобы получить ошибку смещения 0,01 единицы, если K = 0,1 и в систему поступает шаг в 4 единицы?

8

Эскизные графики, показывающие, как выходной сигнал контроллера будет изменяться со временем для сигнала ошибки, показанного на рисунке 7.49, когда регулятор изначально установлен на 50% и работает как (а) прямо пропорционально K _p = 5, (b) пропорционально плюс производная при K _p = 5 и K _d = 1,0 с, (c) пропорционально плюс интеграл с K _p = 5 и K ₁ = 0,5 с ⁻¹ .

Рисунок 7.49. Задача 8

9

Используя метод конечного цикла Циглера – Николса для определения оптимальных настроек ПИД-регулятора, колебания начинаются с 30% диапазона пропорциональности и имеют период 11 мин.Какие будут оптимальные настройки для ПИД-регулятора?

10

Используя метод конечного цикла Циглера – Николса для определения оптимальных настроек ПИД-регулятора, колебания начинались с усилением 2,2 с периодом 12 мин. Какие будут оптимальные настройки для ПИД-регулятора?

11

На рисунке 7.50 показан отклик без обратной связи системы на единичный шаг на выходе контроллера. Используя данные Циглера – Николса, определите оптимальные настройки ПИД-регулятора.

Рисунок 7.50. Проблема 11

12

Система управления с обратной связью имеет ПИД-регулятор с передаточной функцией K _p + ( K _i / s ) + K _d s и каскадно соединяется с процессом, имеющим передаточную функцию 10 / ( с + 5) ( с + 10). Если система имеет единичную обратную связь, какова передаточная функция замкнутой системы?

13

Система управления с обратной связью имеет единичную обратную связь и объект с передаточной функцией 100 / [ с ( с + 0.1 с ) (1 + 0,2 с )]. Построив диаграммы Боде, определите запас по фазе при использовании следующих контроллеров: (а) пропорциональный контроллер с передаточной функцией 1, (б) PD-регулятор с передаточной функцией 1 + 0,5 с .

14

На рисунке 7.51 показана система контроля уровня жидкости и ее представление в виде блок-схемы. Определите, как выходной сигнал будет меняться со временем, если контроллер (а) пропорционален только с пропорциональным усилением 2, (б) интеграл только с интегральным усилением 2.

Рисунок 7.51. Проблема 14

Алгоритм управления P-Only — Control Guru

Самый простой алгоритм в семействе ПИД-регуляторов — это пропорциональный регулятор или регулятор P-Only. Как и все автоматические контроллеры, он повторяет процедуру измерения-вычисления-действия в каждое время выборки цикла, T, следуя логической схеме, показанной на блок-схеме ниже (щелкните, чтобы увеличить):

Начиная с крайнего правого угла блок-схемы контура управления выше:

▪	Датчик измеряет и передает текущее значение переменной процесса, PV, обратно в контроллер («вход контроллера»)
▪	Ошибка контроллера в текущий момент времени t вычисляется как уставка минус измеренная переменная процесса, или e (t) = SP — PV
▪	Контроллер использует этот e (t) в алгоритме управления для вычисления нового выходного сигнала контроллера, CO
▪	Сигнал CO отправляется на конечный элемент управления (например,грамм. клапан, насос, нагреватель, вентилятор), вызывая его изменение («выход контроллера»)
▪	Изменение в конечном элементе управления (FCE) вызывает изменение регулируемой переменной
▪	Изменение регулируемой переменной (например, расхода жидкости или газа) вызывает изменение PV

Цель контроллера — сделать e (t) = 0, несмотря на незапланированные и неизмеряемые помехи. Поскольку e (t) = SP — PV, это то же самое, что сказать, что контроллер стремится сделать PV = SP.

Алгоритм P-Only
Контроллер P-Only вычисляет действие CO для каждого времени выборки цикла T как:

CO = CO _{смещение} + Kc ∙ e (t)

Где:
CO _{смещение} = смещение контроллера или нулевое значение
Kc = усиление контроллера, параметр настройки
e (t) = ошибка контроллера = SP — PV
SP = уставка
PV = измеренная переменная процесса

Проектный уровень эксплуатации
Реальные процессы демонстрируют нелинейное поведение, что означает, что их кажущееся усиление процесса, постоянная времени и / или мертвое время изменяются по мере изменения рабочего уровня и изменения основных возмущений.Поскольку конструкция и настройка контроллера основаны на этих значениях Kp, T, p и Өp, контроллеры должны быть спроектированы и настроены для предварительно определенного уровня работы.

При проектировании системы круиз-контроля для автомобиля, например, имеет ли смысл для нас проводить испытания на удар для получения динамических данных, когда автомобиль движется с удвоенной максимальной скоростью при спуске с холма в ветреный день? Конечно, нет.

Данные ударных испытаний следует собирать как можно ближе к проектной PV, когда помехи тихие и близки к их типичным значениям.Таким образом, проектный уровень работы системы круиз-контроля — это когда автомобиль движется со скоростью шоссе по ровной поверхности в безветренный день.

Определение: проектный уровень эксплуатации (DLO) — это то место, где мы ожидаем, что SP и PV будут во время нормальной работы, в то время как важные помехи будут тихими и с их ожидаемыми или типичными значениями.

Что такое смещение контроллера
Предположим, что алгоритм управления P-Only, показанный выше, используется для круиз-контроля в автомобиле, а CO — это сигнал дроссельной заслонки, регулирующий подачу топлива в двигатель.

Предположим также, что SP составляет 70 и измеренное PV также равно 70 (единицы могут быть миль / ч или км / ч в зависимости от того, где вы живете в мире). Поскольку PV = SP, то e (t) = 0 и алгоритм сводится к:

CO = CO _{смещение} + Kc ∙ (0) = CO _{смещение}

Если смещение CO равно нулю, тогда, когда уставка равна измерению, приведенное выше уравнение говорит, что сигнал дроссельной заслонки, CO, также равен нулю. Это не имеет никакого смысла. Очевидно, что если автомобиль движется со скоростью 70 км / ч, то в двигатель поступает некоторый базовый расход топлива.

Это базовое значение CO называется смещением или нулевым значением. В этом примере CO _{смещение} — это поток топлива, который в ручном режиме заставляет автомобиль двигаться с расчетной скоростью 70 км / ч при движении по ровной поверхности в безветренный день.

Определение: CO _{смещение} — это значение CO, которое в ручном режиме заставляет PV стабилизироваться на DLO, в то время как основные помехи тихие и с их нормальными или ожидаемыми значениями.

Смещению контроллера P-Only (иногда называемому нулевым значением) присваивается значение как часть конструкции контроллера, и оно остается фиксированным после того, как контроллер переведен в автоматический режим.

Коэффициент усиления контроллера, Kc
Контроллер P-Only имеет то преимущество, что имеет только один регулируемый или настраиваемый параметр, Kc, который определяет, насколько активно или агрессивно CO будет перемещаться в ответ на изменение ошибки контроллера, e (t).

Для заданного значения e (t) в алгоритме P-Only выше, если Kc мало, то сумма, добавленная к смещению CO _{, мала, и реакция контроллера будет медленной или вялой. Если Kc велик, то величина, добавленная к смещению} CO _{, велика, и реакция контроллера будет быстрой или агрессивной.}

Таким образом, Kc можно регулировать или настраивать для каждого процесса, чтобы сделать контроллер более или менее активным в его действиях, когда измерение не равно заданному значению.

Дизайн контроллера P-Only
Все контроллеры из семейства алгоритмов PID (P-Only, PI, PID) должны быть спроектированы и настроены с использованием нашего проверенного рецепта:

1.	Установите проектный уровень работы (нормальные или ожидаемые значения для уставки и основных возмущений).
2.	Поднимите процесс и соберите выходные данные контроллера (CO) для динамических данных процесса (PV) на этом уровне проектирования.
3.	Аппроксимируйте поведение данных процесса с помощью динамической модели первого порядка плюс мертвое время (FOPDT).
4.	Используйте параметры модели из шага 3 в правилах и корреляциях, чтобы завершить проектирование и настройку контроллера.

Корреляции настройки внутреннего управления моделью (IMC), которые так хорошо работают для контроллеров PI и PID, не могут быть получены для простой формы контроллера P-Only. Следующим лучшим выбором является использование широко опубликованного интеграла корреляции настройки взвешенной абсолютной погрешности (ITAE):

Средняя только P:

Эта корреляция полезна тем, что надежно дает умеренное значение Kc. Фактически, некоторые практики обнаруживают, что значение Kc ITAE обеспечивает столь предсказуемо скромную производительность отклика, что они автоматически начинают с агрессивной настройки P-Only, определяемой здесь как два с половиной значения ITAE:

Агрессивный только P: Kc = 2.5 (Средняя Kc)

Обратное действие, прямое действие и управляющее действие
Постоянная времени T p и мертвое время Өp не могут влиять на знак Kc, потому что они отмечают ход времени и всегда должны быть положительными. Таким образом, указанная выше корреляция настройки подразумевает, что Kc всегда должен иметь тот же знак, что и коэффициент усиления процесса Kp.

Когда CO увеличивается в процессе с положительным Kp, PV в ответ будет увеличиваться. Процесс прямого действия. Учитывая это отношение CO к PV, в автоматическом режиме (замкнутый контур), если PV начинает дрейфовать слишком высоко, превышая заданное значение, контроллер должен уменьшить CO, чтобы исправить ошибку.

Эта реакция «противоположная проблеме» называется отрицательной обратной связью и составляет основу стабильного управления.

Процесс с положительным Kp — это процесс прямого действия. При отрицательной обратной связи контроллер должен работать в обратном направлении для стабильного управления. И наоборот, когда Kp отрицательное (процесс обратного действия), контроллер должен действовать напрямую для стабильного управления.

Так как Kp и Kc всегда имеют один и тот же знак для конкретного процесса и стабильное управление требует отрицательной обратной связи, тогда:

• процесс прямого действия (Kp и Kc положительный) — ›используйте контроллер обратного действия
• процесс обратного действия (Kp и Kc отрицательный) -› используйте контроллер прямого действия

В большинстве коммерческих контроллеров всегда вводится положительное значение Kc.Знак (или действие) контроллера затем назначается путем указания, что контроллер имеет либо обратное, либо прямое действие, чтобы указать положительный или отрицательный Kc соответственно.

Если введено неправильное управляющее действие, контроллер быстро переведет последний управляющий элемент (например, клапан, насос, компрессор) в режим полного включения / открытия или полного выключения / закрытия и останется там до тех пор, пока не будет введено правильное управляющее действие.

Пропорциональный диапазон
Некоторые производители используют разные формы для одного и того же параметра настройки.Популярной альтернативой Kc, представленной на рынке, является диапазон пропорциональности PB.

Во многих отраслевых приложениях CO и PV выражаются в процентах. Учитывая, что выходной сигнал контроллера находится в диапазоне от минимального (CO _min ) до максимального (CO _max ) значения, тогда:

PB = (CO _макс. — CO _мин. ) / Kc

Когда CO и PV имеют единицы измерения в процентах и ​​оба диапазона находятся в диапазоне от 0% до 100%, результаты широко опубликованного преобразования между усилением контроллера и полосой пропорциональности:

ПБ = 100/

чешских крон

Многие тематические исследования на этом сайте относят инженерные единицы к измеряемой PV, потому что программное обеспечение предприятия упростило задачу преобразования единиц.Если это верно для вашего растения, будьте осторожны при использовании этой формулы преобразования.

Проблемы реализации
Реализация контроллера P-Only достаточно проста, но этот простой алгоритм демонстрирует явление, называемое «смещением». В большинстве промышленных приложений смещение считается неприемлемым недостатком. Мы исследуем управление только P, смещение и другие вопросы для процессов теплообменника и резервуаров с гравитационным дренированием.

Система с обратной связью с пропорционально-внутренним модельным управлением (P-IMC)…

Контекст 1

… представили в 2017 и 2018 годах два унифицированных алгоритма управления [20,21] типа P0-IMC и типа P1-IMC соответственно, блок-схемы которых показаны на рисунках 1 и 2, где GP (s) — передаточная функция процесса, GM (s) — передаточная функция модели скомпенсированного процесса, KM — стационарный коэффициент усиления модели, K f — коэффициент обратной связи по процессу, K — коэффициент настройки. , Y — прямая обратная связь процесса, характеризующаяся коэффициентом усиления K f, используется только для интегральных и некоторых нестабильных процессов, чтобы преобразовать исходный процесс P в устойчивый пропорциональный процесс P0 (с ограниченным коэффициентом усиления KP 0 и ненулевое), называемый компенсированным процессом.Техника компенсации процесса была впервые использована в [22,23] для неустойчивых процессов и в [24] для устойчивых интегральных процессов. …

Контекст 2

… стабильные пропорциональные процессы, коэффициент обратной связи K f фиксируется равным нулю, так что скомпенсированный процесс и исходный процесс являются одним и тем же, а управляющие переменные C и U идентичны. Компенсированные модели процессов на рисунках 1 и 2 имеют, соответственно, передаточные функции …

Контекст 3

… Алгоритм Pα-IMC сводится к первому алгоритму на рисунке 1 для α = 0 и T 2 = 2T 1 и ко второму алгоритму на рисунке 2 для α = 1 и T 2 = T 1. При установке K = 1 внутренний контроллер (8) становится чисто пропорциональным, и все три алгоритма управления (для α = 0, α = 1 и 0 <α <1) идентичны. ...

Контекст 4

… алгоритм управления Pα-IMC с α = 0,2 обеспечивает подходящую комбинацию между алгоритмом с α = 0 (рисунок 1) и алгоритмом с α = 1 (рисунок 2).Тесты в этом разделе проводились с алгоритмом Pα-IMC для …

Context 5

… процесс пропорционального типа, выбирается K f = 0, в этом случае управляющие переменные c и и совпадают. Из ответов y (t) и u (t) на эталон единичного шага на рисунках 10 и 11 следует, что управляющее воздействие подходит для K = 2,4, медленное для K = 1, слишком медленное для K = 0,5 и сильное для K = 5. Система управления с обратной связью остается устойчивой при 0

Context 6

… управляющая реакция u (t) для K = 1 близка к ступенчатой ​​функции (рисунок 11), можно сказать, что параметры модели определены точно, и Тип модели (43) удовлетворительно описывает динамику процесса. Видно, что если K имеет подходящее значение, эффективность управления сохраняется даже при неправильной настройке параметров модели. …

Контекст 7

… тот факт, что ответы A (где неправильный параметр больше) лучше, чем ответы C (где неправильный параметр меньше), подтверждает рекомендацию в Разделе 4, что он лучше выбрать KM> KP, чем KM τ P, чем τ M <τ P, и T sM> T sP, чем T sM

Context 8

. .. Кроме того, наилучшее усиление настройки K больше 1 для всех ответов A и меньше 1 для всех ответов C.Замечание 7. На рисунке 18 показаны отклики y (t) замкнутого контура на задание единичного шага для алгоритма ПИ-регулирования с замечанием 8. Согласно рисунку 10, время установления отклика y (t) замкнутого контура на шаг эталон для подходящего K = 2,4 составляет T s95 ≈ 40. Использование эталонного предварительного фильтра с постоянной времени (см. раздел 5) …

Контекст 9

… ответы y (t) и u ( t) на рисунках 10 и 11 превращаются в ответы на рисунках 19 и 20 соответственно. Отклики y (t) на рисунке 19 сопоставимы с откликами на рисунке 10, тогда как отклики u (t) на рисунке 20 имеют более медленное начало и максимальное значение (для K> 1) меньше, чем на рисунке 11….

Контекст 10

… ответы y (t) и u (t) на рисунках 10 и 11 превращаются в ответы на рисунках 19 и 20 соответственно. Отклики y (t) на рисунке 19 сравнимы с откликами на рисунке 10, тогда как отклики u (t) на рисунке 20 имеют более медленное начало и максимальное значение (для K> 1) меньше, чем на рисунке 11.. ..

Контекст 11

… ответы y (t) и u (t) на рисунках 10 и 11 превращаются в ответы на рисунках 19 и 20 соответственно.Отклики y (t) на рисунке 19 сравнимы с откликами на рисунке 10, тогда как отклики u (t) на рисунке 20 имеют более медленное начало и максимальное значение (для K> 1) меньше, чем на рисунке 11.. ..

Контекст 12

… ответы y (t) и u (t) на рисунках 10 и 11 превращаются в ответы на рисунках 19 и 20 соответственно. Отклики y (t) на рисунке 19 сопоставимы с откликами на рисунке 10, тогда как отклики u (t) на рисунке 20 имеют более медленное начало и максимальное значение (для K> 1) меньше, чем на рисунке 11….

Контекст 13

… ответы y (t) и u (t) на рисунках 10 и 11 превращаются в ответы на рисунках 19 и 20 соответственно. Отклики y (t) на рисунке 19 сравнимы с откликами на рисунке 10, тогда как отклики u (t) на рисунке 20 имеют более медленное начало и максимальное значение (для K> 1) меньше, чем на рисунке 11.. ..

Контекст 14

… отклик единичного пошагового процесса на рисунке 21, получается (см. Раздел 3)…

Гомеостаз как пропорционально-интегральная система управления

Простая модель управления

Управление с обратной связью — это стратегия минимизации отклонения переменной процесса, в нашем случае уровня глюкозы, от заданного значения. Простая стратегия, называемая пропорционально-интегральным (ПИ) управлением, основана на реакции, пропорциональной этому отклонению, и на интеграле за ее историю. Применение ПИ-регулирования восходит как минимум к 1922 году, когда Н. Минорский предложил использовать его для автоматического управления кораблями.С тех пор он использовался для управления такими разнообразными процессами, как пастеризация молока при постоянной температуре и балансировка летающих дронов ^8,9 . Мы предполагаем, что ПИ-регулятор может эффективно описывать систему гомеостатического контроля, возникающую в результате различных физиологических путей, независимо от деталей любого из этих путей. Наши предположения следующие:

• Существует мгновенная реакция, пропорциональная отклонению уровня глюкозы от заданного значения, например, через выброс инсулина или глюкагона в кровоток.

• В системе есть память из-за конечного времени, которое требуется организму, чтобы вывести или метаболизировать задействованные гормоны. Разумно предположить, что скорость, с которой это происходит, пропорциональна концентрации гормона, так что память экспоненциально исчезает со временем.

ПИ-регулятор связан с элементарной моделью кинетики глюкозы в крови.Он включает только эффекты базовой скорости метаболизма, приема пищи и контрольной обратной связи. Член обратной связи принимает форму кинетики массового действия . То есть, это соответствует скорости гипотетической химической реакции между двумя веществами с концентрациями u , контрольной скоростью и ( e + e _sp ), общей концентрацией глюкозы в хорошо перемешанном реакционный сосуд в предположении, что реакция происходит с постоянной вероятностью каждый раз, когда сталкиваются разные молекулы.Эта форма контрольного члена совпадает с предложенной Бергманом и др. ¹⁰ , которые протестировали несколько моделей взаимодействия инсулина с глюкозой. В этом исследовании измеренное количество инсулина вводили непосредственно в кровоток, а затем через регулярные промежутки времени измеряли концентрации инсулина и глюкозы. Было показано, что член взаимодействия, пропорциональный концентрации инсулина и глюкозы, лучше всего моделирует исследование. {\ prime}, $$

(1)

$$ \ frac {{\ text {d}} e} {{\ text {d}} t} = — {A} _ {3} + F (t) -u \ (e + {e} _ { {\ rm {sp}}}), $$

(2)

$$ w (\ tau, \ lambda) = \ left \ {{\ begin {array} {* {20} {l}} 0 & {{\ rm {if}} \, \, \ tau \, < \, 0} \\ {\ lambda \, {\ rm {exp}} (- \ lambda \ tau)} и {{\ rm {if}} \, \, \ tau \,> \, 0} \ end {массив}} \ право.$

(3)

Здесь F ( t ) моделирует выброс глюкозы в кровоток, а w моделирует чувствительность контрольной переменной к прошлым концентрациям глюкозы. Мы измеряем e и e _sp в единицах ммоль / л, в то время как u имеет единицы измерения 1 / Δ, где Δ = 15 минут — интервал измерений, выполняемых системой мониторинга, описанной в разделе «Аппаратура». . Мы присвоили постоянное значение \ ({A} _ {3} = 0.005 \ {\ rm {ммоль}} / (\ Delta \ times {\ rm {litre}) \), что соответствует базовой скорости метаболизма около 1300–1950 ккал / 24 часа и объему крови около 4,5– 6.4 L. Параметры модели приведены в таблице 1.

Таблица 1 Параметры модели гомеостаза глюкозы с их определением, типичным диапазоном для испытуемых, средним значением и стандартным отклонением для субъектов после процедуры подбора, описанной в результатах.

Наша модель имеет некоторые общие свойства с моделью Steil et al. ¹¹ , которые рассмотрели пропорционально-интегрально-производный (PID) контроль в качестве модели секреции инсулина β-клетками. Как и в нашем случае, контроллер связан с простой моделью динамики глюкозы, основанной на кинетике массового воздействия. Однако связь не является прямой, а осуществляется через дифференциальное уравнение первого порядка для концентрации инсулина в крови, которое, в свою очередь, управляет другим уравнением первого порядка для скорости клиренса глюкозы. В отличие от нашей модели, их контрольная переменная имеет четкую интерпретацию как скорость секреции инсулина.В качестве недостатка их модель имеет на две переменные больше и на две шкалы времени больше, чем у нас. В относительно небольшом исследовании ( n = 7) они оценили параметры модели на основе данных, полученных во время эксперимента с гипергликемическим зажимом. Валидация подхода на основе PID в более реалистичных обстоятельствах выходила за рамки их работы, и это была тема нашего текущего исследования.

Воспроизведение данных измерений с помощью модели

Для каждого испытуемого выбираются значения параметров уравнений модели PI (1–3), чтобы минимизировать разницу между выходными данными модели и данными измерения глюкозы.Мы не подобрали исходные измеренные данные, так как они могут изменяться из-за шума. Вместо этого мы выбрали несколько пиков глюкозы и использовали их среднее значение в качестве репрезентативного пика для субъекта. Усреднение по слишком малому количеству сегментов данных дает репрезентативный пик со слишком большим шумом, в то время как усреднение по слишком большому количеству сегментов данных запутывает структуру данных. Мы обнаружили, что от трех до пяти пиков образца было достаточно. При выборе сегментов данных визуальным осмотром мы не обнаружили явной зависимости от времени суток, в которое было инициировано изменение уровня глюкозы.Хотя известно, что чувствительность к инсулину имеет циркадный ритм, это, по-видимому, не повлияло на наше функциональное описание гомеостаза глюкозы в рассматриваемых здесь временных масштабах. На рисунке 1 показаны необработанные данные для одного испытуемого. Три пика глюкозы, обозначенные затенением, были выбраны для формирования характерного пика \ (\ bar {e} \), показанного справа на рис. 1; заданный уровень глюкозы, e _sp , соответствует минимуму над характерным пиком и обозначен пунктирной линией.

Рис. 1: Построение репрезентативного пика для одного испытуемого.

a Необработанные данные за три дня. Заштрихованные временные сегменты были усреднены, чтобы найти характерный пик. Пунктирная линия соответствует заданному уровню глюкозы e _sp . b Три выбранных пика (серый) и характерный пик (черный). Заданное значение берется как минимум по характерному пику. Две точки данных в заданной точке добавляются к характерному пику в конце.{2}}, $$

(5)

, где n _пик — количество точек в репрезентативном пике, расстояние между которыми Δ = 15 (мин). Подгонка методом наименьших квадратов вычисляется с помощью алгоритма наискорейшего спуска, детали которого объясняются в дополнительных методах.

Основные результаты

Мы вычислили наилучшее соответствие для каждого из 41 субъекта, достигнув остаточного несоответствия E <0,06 для всех; для 90% испытуемых несоответствие было меньше 0.02. Диаграмма разброса результатов показана на рис. 2. По осям безразмерные параметры σ _e A ₁ / u _m и σ _e A ₂ / u _m , где σ _e — стандартное отклонение всех измерений глюкозы для данного испытуемого, а u _m — максимальное значение, достигаемое контрольной переменной при оптимальной подгонке. .Средние значения A ₁ и A ₂ составили 0,19 и 0,34 соответственно, а их стандартные отклонения составили 0,18 и 0,24 соответственно. Данные для большинства участников были в пределах одного стандартного отклонения от среднего для A ₁ (68%) и A ₂ (76%). Было два заметных выброса, особенно для A ₂ , в верхнем левом углу рис. 2 с параметрами, превышающими 2,5 стандартных отклонения от среднего; выбросов для A ₁ не обнаружено.Включены три вставки, чтобы проиллюстрировать качественное различие между подобранными кривыми. На вкладке a показаны данные, близкие к среднему значению для обоих параметров. Ширина выходного пика модели e ( t ) составляла около 50 минут, а контрольная переменная имеет плавный пик с задержкой примерно на 15 (минут) и спадает обратно до нуля примерно через 1 час после пика глюкозы. Если мы возьмем контрольную переменную и в качестве заместителя для концентрации инсулина, эти числа хорошо согласуются с данными для здоровых субъектов, проходящих тест на толерантность к глюкозе, представленным Caumo et al. ¹² .

Рис. 2: Диаграмма рассеяния оптимальных параметров модели для всех испытуемых.

Показаны A ₁ и A ₂ , без измерения стандартным отклонением временного ряда уровня глюкозы каждого субъекта, σ _e и соответствующий максимум контрольной переменной , у _м . Три иллюстративных результата процедуры подгонки показаны на вкладках. На них черные линии соответствуют характерным пикам, а красные линии — выходным данным e ( t ) контрольной модели (1–3).Нормализованная входная функция F ( t ) / λ и нормализованная управляющая переменная σ _e u ( t ) / λ показаны зеленым и синий соответственно.

Вкладыш b показывает более быстрый отклик примерно на тот же ввод. В то время как амплитуда входной функции близка к амплитуде на вкладке a, пиковый уровень глюкозы почти в два раза ниже. Ширина этого пика составляет всего около 30 минут, а контрольная переменная принимает значение покоя в пределах 30 минут от значения пика глюкозы.

С другой стороны, вкладка c показывает относительно медленную реакцию. Измеренные данные показывают плато на уровне более чем на 2 ммоль / л, превышающем заданный уровень глюкозы. В то время как модель точно фиксирует быстрый рост в течение первых 30 минут, измеренные и смоделированные данные несколько расходятся на этом плато. Контрольная переменная достигает уровня, который примерно в четыре раза выше, чем на вкладках a и b, и остается высоким после того, как измеренные и смоделированные концентрации глюкозы вернутся к заданному значению.

Эти качественные различия можно понять по структуре модели. Если A ₁ , A ₂ > 0 и A ₁ > A ₂ , контроллер (1) в основном определяется мгновенным пропорциональным откликом. Для быстро меняющегося уровня глюкозы это может привести к колебаниям контрольной обратной связи, которые не могут поддерживаться никаким физиологическим механизмом, но для пика, генерируемого регулярным приемом пищи, это приводит к быстрому сбросу.На другой стороне диаграммы, если A ₁ <0 и A ₂ > 0, интегральный и пропорциональный члены модели управления имеют противоположный эффект. Для нашей модели это единственный способ обеспечить устойчивый избыточный уровень глюкозы. На первом этапе, когда характерный пик быстро растет, пропорциональный член является доминирующим и дает положительную обратную связь. Это быстро увеличивает уровень глюкозы в модели. На втором этапе интегральный член увеличивается до тех пор, пока он не уравновесит пропорциональный член.В течение периода порядка 1/ λ уровень глюкозы остается повышенным. Наконец, интегральный член становится доминирующим и возвращает систему обратно к целевому уровню.

Была сильная отрицательная корреляция между двумя параметрами модели ( A ₁ и A ₂ ) на рисунке 2 (корреляция Пирсона, r = -0,81, p <0,001). Имея в виду это наблюдение, мы разработали единственный индикатор, R = σ _e ( A ₂ — A ₁ ) / u _m , который указывает на отзывчивость систем гликемического контроля.Значение R для всех субъектов показано на рис. 3, причем значения отображаются в виде точек на горизонтальной оси, а распределение отображается в виде гистограммы. Хотя для установления формы этого распределения требуется больше данных, оно, по-видимому, имеет четкое модальное значение около R = 0 и положительный перекос в сторону более высоких значений. Мы предполагаем, что этот индикатор можно использовать в качестве действенного диагностического инструмента, извлекаемого из квазинепрерывных измерений глюкозы в режиме реального времени.Однако в будущих исследованиях необходимо будет изучить этот вопрос более подробно.

Рис. 3: Распределение показателя R = σ _e ( A ₂ — A ₁ ) / u _m по испытуемым.

Количество субъектов в ячейке указано на вертикальной оси, а отдельные данные указаны точками на горизонтальной оси. Пунктирные линии, обозначенные a, b и c, соответствуют вставкам на рис.2.

Мы также проанализировали корреляции переменных A ₁ и A ₂ со всеми демографическими факторами и не обнаружили значимых ассоциаций с возрастом, полом или ИМТ у разных людей (все p > 0,28 ). Таким образом, мы можем сделать вывод, что на нашу модель не сильно влияют другие переменные внутри участников.

Техника управления | Основы управления по модели

Все контроллеры обратной связи предназначены для устранения расхождений между переменной процесса и заданным значением.Контроллеры следования модели делают это, заставляя переменную процесса достигать заданного значения по заданной траектории.

Пользователь указывает желаемую траекторию, создавая математическую модель, которая представляет идеализированный процесс, который обеспечил бы более желательную реакцию на изменение уставки, если бы ее можно было каким-то образом заменить реальным процессом. Затем контроллер измеряет выходные данные модели, а не фактическую переменную процесса, и пытается направить выходные данные модели к заданному значению по желаемой траектории.

Таким образом достигается указанное поведение замкнутого цикла для идеализированного процесса, но это ничего не делает для фактического процесса сам по себе.

Требуется второй контроллер, чтобы одновременно заставить фактическую переменную процесса соответствовать выходным данным модели, тем самым заставляя фактический процесс имитировать поведение идеализированного процесса. Если оба контроллера могут достичь своих целей, фактическая переменная процесса в конечном итоге будет следовать желаемой траектории к заданному значению.

Как работает следующая модель

На рисунке 1 показано, как этот алгоритм, известный как «следование модели», может быть реализован с помощью двух контроллеров пропорционально-интегрально-производной (ПИД). В верхнем цикле, известном как «цикл модели», «контроллер модели» применяет свои корректирующие усилия или «сигнал управления моделью» к математической модели, как если бы это был реальный процесс. Выходные данные модели возвращаются и вычитаются из заданного значения для генерации сигнала ошибки, который поступает в контроллер модели.

Управляющий сигнал модели также применяется к реальному процессу с добавлением «корректирующего сигнала», генерируемого «корректирующим контуром». Сигналом ошибки для этого цикла является разница между выходными данными модели и фактической переменной процесса. Эта разница вводится в «корректирующий контроллер» для генерации корректирующего сигнала, который добавляется к управляющему сигналу модели. Эта сумма служит усилием контроля, применяемым к фактическому процессу.

Контроллер модели разработан для достижения любой траектории, которую пользователь хочет, чтобы выходные данные модели следовали в ответ на изменение уставки.Это простое упражнение, так как поведение идеализированного процесса уже известно и определено пользователем. Любое количество правил настройки контура может использоваться для преобразования коэффициентов усиления и временных констант идеализированной модели процесса в параметры настройки для контроллера модели.

Настройка корректирующего контроллера может быть более сложной, особенно если коэффициенты усиления и постоянные времени реального процесса неизвестны или изменяются во времени. Корректирующий контур также подвержен действительным возмущениям нагрузки плюс искусственные возмущения, вызванные модельным управляющим сигналом.

С другой стороны, корректирующий контроллер не должен требовать точной настройки, если процесс достаточно быстр, чтобы быстро реагировать на усилия контроллера. Расхождения между выходными данными модели и переменной процесса в любом случае будут кратковременными, а это значит, что настройка корректирующего контроллера должна быть относительно неважной.

Упрощение следования модели

Проницательный читатель может задаться вопросом, зачем вообще нужен модельный контроллер. В конце концов, модельный цикл на рисунке 1 не имеет помех, которым нужно противодействовать, потому что весь цикл является чисто математической конструкцией, существующей только в контроллере.Реальные возмущения, влияющие на фактическую переменную процесса, попадают только в контур коррекции.

Модельный цикл можно также запустить в режиме разомкнутого контура с удаленным контроллером модели и удаленным трактом обратной связи, как показано на рисунке 2. Перекомпоновка оставшихся блоков в схему, показанную на рисунке 3, показывает, что этот упрощенный контроллер, следующий за моделью, на самом деле является традиционный контроллер с обратной связью, оснащенный фильтром уставки и каналом с прямой связью, который рассматривает изменения уставки как помехи.Для получения дополнительной информации об этих методах управления см. «Основы числовой фильтрации», Control Engineering , октябрь 2008 г., и «Understanding Feedforward Control», Control Engineering , апрель 2019 г.

Однако это не означает, что можно использовать любой фильтр уставки, чтобы наделить контроллер прямой связи / обратной связи возможностями следования модели. Уравнение ввода / вывода фильтра должно отражать поведение идеализированного процесса. Шумопоглощающий фильтр не сработает, кроме как по чистой случайности.

Идеализированная модель процесса также не включена в путь прямой связи, как в противном случае мог бы быть настроен фильтр прямой связи при компенсации измеримого возмущения. Чтобы заставить фигуру 2 или 3 работать как контроллер следования модели, на пути прямой связи не может быть фильтра; только на пути, ведущем к корректирующему контроллеру.

Выберите один элемент управления

Итак, какая версия управления по моделированию лучше всего? Это оригинальная версия, показанная на рисунке 1, или упрощенная версия, показанная на рисунках 2 и 3? Это во многом зависит от опыта дизайнера.

Обе версии требуют навыков моделирования процессов и настройки контуров. Примеры каждого из них см. В «Models Aid Controller Design», Control Engineering , март 2008 г. и «Основы настройки контура», Control Engineering , июль 2003 г.

Однако производительность исходного контроллера следования модели меньше зависит от конструкции идеализированной модели процесса, чем от упрощенной версии. Это потому, что контроллер модели на рисунке 1 берет на себя большую часть ответственности за формирование реакции контура модели на изменение уставки.Идеализированная модель процесса не обязательно должна быть такой сложной или точной на рисунке 1, как на рисунке 2, поскольку контроллер модели может взять на себя слабину, если модель не совсем верна. На рисунке 2 производительность модельного цикла зависит от конструкции модели процесса.

При прочих равных, разработчик элементов управления, более уверенный в настройке контура, скорее всего, сочтет первоначальную версию управления по модели более простой; проектировщику с большим опытом проектирования моделей может оказаться проще упрощенная версия.Конструкторы, имеющие опыт работы в обеих дисциплинах, могут спроектировать корректирующий контроллер для оптимального подавления помех и математическую модель для достижения оптимального отклика на заданное значение. См. «Подавление помех и контроллеры с отслеживанием уставки», Control Engineering , сентябрь 2011 г.

Приложения, связанные с моделями

Контроллеры

, соответствующие моделям, доказали свою полезность в приложениях, где требуется надежность. Они, как правило, менее чувствительны к изменениям поведения управляемого процесса, чем традиционные одноконтурные стратегии управления.

Определяемая пользователем функция траектории также полезна для задач управления, когда устранение ошибки между заданным значением и переменной процесса — это только половина дела. Если контроллер также должен направлять переменную процесса по определенному пути на пути к заданному значению, следование модели может помочь.

Например, рука робота должна пройти заданный путь от точки A до точки B, чтобы избежать столкновений. Температура печи в режиме линейной термообработки / замачивания должна повышаться с заданной скоростью.Беспилотный автомобиль должен все время оставаться на дороге по пути к месту назначения. В подобных приложениях идеализированную модель процесса иногда называют «планировщиком траектории».

Существуют также приложения, в которых управление по модели не будет особенно эффективным. Если фактический процесс не намного быстрее идеализированного процесса, корректирующий цикл не сможет удерживать переменную процесса на желаемой траектории. В худшем случае модель процесса будет быстрее, чем сам процесс.Модель, рассчитанная только на получение прибыли, хотя и проста в реализации, была бы хуже всего.

Модель должна быть спроектирована так, чтобы резкие изменения уставки казались контроллеру более плавными. Если на самом деле процесс идет медленно, модель должна быть ледяной. Это может сделать систему с замкнутым контуром довольно вялой, но если важно привести переменную процесса к заданному значению без рывков или перерегулирования, следование модели может быть лучшим выбором.

Этот учебник Control Engineering был отредактирован Марком Т.Хоске, контент-менеджер, Control Engineering, CFE Media and Technology , [email protected].

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ПИД-регулятор, следующий за моделью контроллер

Контроллер следования модели объяснение

Упрощение контроллера модели

приложений, соответствующих модели.

УЧИТЬСЯ

Есть ли у вас приложение, которое могло бы получить выгоду от использования управления по модели?

Электронный пропорциональный интегральный регулятор влажности W351P серии

с датчиком влажности модели HE-67S3-0N0BT, диапазон относительной влажности от 10 до 90%, диапазон регулирования от 2 до 20%: Оптоволоконные передатчики для электронных компонентов: Amazon.com: Industrial & Scientific

---

Ориентировочная общая стоимость: 537,42 долларов США , включая залог за доставку и импортные пошлины в Российскую Федерацию Подробности

• Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
• Выбираемый на месте только пропорциональный или пропорциональный плюс интегральный контроль
• Монтаж на поверхность или на DIN-рейку
• Десятисегментный светодиодный индикатор отображает процент выходного сигнала
• Выбираемый на месте режим увлажнения или осушения
• Регулировка минимальной мощности

]]>

---

Характеристики

Фирменное наименование	Johnson Controls
Глобальный торговый идентификационный номер	10785028554687
Компоненты в комплекте	Промышленные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;
Вес изделия	4.00 фунтов
Максимальное напряжение	240 вольт
Минимальное напряжение	120 вольт
Кол-во позиций	1
Номер детали	W351PN-1C
Код UNSPSC	32000000

---

.