Техника - молодёжи 1973-11, страница 23

Ключ ко всем замкам

При взлете космического корабля выгорает горючее, уменьшается вес ракеты, меняются действующие иа нее ветровые нагрузки, падает с высотой плотность атмосферы и аэродинамическое сопротивление. Это обстоятельство доставляет немало хлопот. Ведь вместе с параметрами управляемого 'объекта меняется вырожденный режим всей системы. Чтобы качество управления ракетой не ухудшалось, эти изменения нужно учитывать и подгонять систему управления под новые условия. Только соответственно организовав управление, можно без промаха попасть иа сместившийся вырожденный режим, а по нему сползти в начало координат. В результате того, что иа систему управления требуется свое управляющее устройство, аппаратура катастрофически разрастается и усложняется.

Дело могло бы серьезно затормозиться, если бы вырожденные режимы для систем управления с переменной структурой не научились создавать искусственно, по своему усмотрению.

Выберем иа фазовой плоскости линию С, описывающую тот вырожденный режим, который нам хотелось бы иметь (рис. 5) Истинный вырожденный режим второй структуры ие совпадает с этой линией. Переключение структур будем производить иа вертикаль-ион оси V и иа прямой С. В области, принадлежащей первой структуре, изображающая систему точка движется по эллипсам, в области второй структуры — по гиперболам. На прямой С эллипсы и гиперболы стыкуются, причем они направлены навстречу друг другу. Это значит, что, попав иа прямую, точка не может уже сойти с иее ии по эллипсу, ии по гиперболе. Единственная возможность — продолжать двигаться по С. Но эта прямая — ничейная земля, она не принадлежит ии той, ии другой структуре. Не в силах выбрать одну из них, система, пока точка скатывается по С к началу координат, с большой частотой переключается с первой структуры иа вторую и со второй на первую. Это напоминает обыгранную в одной из чаплинских кинокартин ситуацию. Герой фильма, испугавшись мексиканских боевых нравов и в то же время не желая возвращаться в Соединенные Штаты, торопливо шагает точно по границе, разделяющей оба государства. Такой режим работы системы управления специалисты называют скользящим Он-то и предоставляет заманчивую возможность создавать системы управления, нечувствительные к изменениям управляемого объекта. Это тот самый ключ, который подходит к любым замкам. Ведь характеристики искусственного вырожденного режима ие зависят ни от особенностей объекта, ии от внешних воздействий иа иего. Можно заранее быть уверенным, что он годится иа все случаи жизни.

Системы с переменной структурой отличает простота технической реализации и надежность. Они уже зарекомендовали себя в металлургическом и химическом производствах, в пищевой и строительной промышленности, в электроэнергетике. Например, иа комбинате «Североиикель» системы автоматического управления с переменной структурой позволили снизить потери металла при обжиге никелевых концентратов и повысить производительность. Экономический эффект от их внедрения составил 227 тыс. рублей в год.

Замечательное достижение советской науки в теории и практике автоматического регулирования признано зарубежными специалистами, которые тоже начали осваивать новые методы управления. За успешную разработку систем управления с переменной структурой сотрудники Института проблем управления АН СССР члеи-корреспондент АН СССР Станислав Васильевич Емельянов и его ближайший ученик доктор технических наук Вадим Иванович Уткин удостоены звания лауреатов Ленинской премии за 1972 год

X

ф

X X е к е 4

О х

atf I- g

d g. о

ш Ji

зм

Нынешний век часто называют веком автоматизации. Действительно, автоматические устройства проникают во все новые и новые сферы деятельности человека. Современные приборы способны управлять такими сложными объектами, как искусственные спутники Земли и- ядерные реакторы. Шизнь ставит новые задачи, и специалисты изыскивают для их решения более эффективные методы, создают более совершенные системы управления.

Именно о таких системах, открывающих новую страницу в теории автоматического управления, о системах с переменной структурой, рассказывается в статье «Операция «Протей». Однако, несмотря на свою принципиальную новизну, системы эти принадлежат к более общему классу систем, в основу которых положен важнейший и универсальнейший принцип управления — управление с обратной связью. Понятие обратной связи далеко выходит за рамки автоматических систем, ее проявление можно встретить в природе и обществе, оно широко используется в науке и технике.

Так что же такое обратная связь?

Допустим, мы наблюдаем за поведением какого-либо объекта. Это может быть и техническое сооружение, и человеческий моэг, и природное явление. В любом случае у объекта можно выделить входной сигнал, то есть набор влияющих на него воздействий, и выходной — его реакции на эти самые воздействия. Так вот, если изменения выходного сигнала, в свою очередь, влияют на входной, то говорят, что имеет место обратная связь. Если она противодействует причинам, вызвавшим изменения выхода, ее называют отрицательной, если же она усугубляет, усиливает действие причин — положительной.

Графически систему управления с обратной связью можно представить в виде блок-схемы (см. центральный рисунок на вкладке). По цепи обратной связи измеренная выходная величина поступает на элемент сравнения, который определяет возможное отклонение от заданной входной, и подает сигнал рассогласования или ошибки 'на регулятор. А тот вырабатывает такое управляющее воздействие, которое в зависимости от того, будет ли обратная связь отрицательной или положительной, уменьшит или увеличит рассогласование.

Хорошо воспроизводит принцип управления с обратной связью

21