Радиоуправление
моделями
кораблей

DjVu

      Существуют заводы, управление которыми осуществляется с одного центрального пульта при помощи телемеханики. Примером сложного телемеханического устройства могут служить и современные автоматические телефонные станции. Управление работой электростанции, а в особенности атомной, полностью автоматизировано на основе телемеханики. Таких примеров можно привести много.
      Уже давно внимание ученых и инженеров стала привлекать возможность телеуправления механизмами по радио, так как это связано с неограниченными перспективами самого широкого внедрения телеуправления как в промышленность и народное хозяйство, так и в практику различных научных исследований и экспериментов. Особенное развитие этот способ телеуправления получил после войны в связи с бурным развитием таких областей радиотехники, как радиолокация и импульсная техника, появлением электронных вычислительных машин и с развитием, кибернетики. Сконструированы и построены, например, специальные радиоуправляемые стратосферные ракеты для исследования верхних слоев атмосферы, космических лучей, солнечной радиации и т. д. При помощи управляемых по радио самолетов проводятся исследования явлений, возникающих при больших скоростях пикирования, при штопоре и т. п., что ранее произвести было очень трудно. Сейчас имеются полностью автоматизированные и управляемые по радио с земли самолеты-сйаряды, которые самостоятельно поднимаются с аэродрома, отыскивают в воздухе самолет противника и атакуют его. В труднодоступных и непригодных для жизни людей местах установлены автоматически действующие и управляемые по радио метеостанции, помогающие метеорологам следить за состоянием атмосферы в этих местах.
      Уже этот краткий перечень показывает, какие громадные возможности таятся в широком внедрении в жизнь радио телемеханики. Достаточно сказать, что даже межпланетные путешествия на первых порах мыслятся как радиоуправляемые. Поэтому вполне понятен интерес, проявляемый радиолюбителями, моделистами и просто людьми, интересующимися техникой, к этой увлекательной ее области. На ежегодных соревнованиях, проводимых Досааф, можно видеть радиоуправляемые модели самолетов, кораблей, автомобилей. Растет потребность и в литературе, освещающей принципы телеуправления по радио.
      В связи с этим издательство решило предложить вниманию наших читателей настоящий перевод книги А. X. Бру-инсма, желая познакомить их с зарубежной литературой по этому вопросу. В книге рассматриваются две системы радиотелеуправления, которые были разработаны для демонстрационных целей и смонтированы на моделях кораблей. Первая система (двухканальная) с амплитудной модуляцией предназначена для небольших простых моделей. Вторая система имеет восемь независимых каналов управления и использует принцип амплитудно-импульсной модуляции. Аппаратура этой системы громоздка (приемник содержит 40 ламп), и поэтому она может быть применена для управления лишь крупными моделями.
      В книге достаточно подробно рассматривается принцип действия обеих систем, и поэтому издательство надеется, что хотя книга и рассчитана на подготовленных радиолюбителей, она будет полезна и моделистам, занимающимся постройкой моделей, и поможет им в их творческой работе. Недостатком книги является довольно поверхностное описание устройства механизмов модели, что, однако, не снижает общей ценности ее для нашего читателя. При издании книги она была несколько переработана.
      Отзывы и замечания, а также все пожелания по изданию подобной литературы следует направлять в адрес издательства:
      Москва, Ж-114, Шлюзовая набережная, 10, Госэнерго-издат, редакция Массовой радиобиблиотеки.
      Полный обзор всех существующих систем телеуправления может составить ряд объемистых книг. Поэтому автор в настоящей брошюре ограничился лишь рассмотрением двух систем, которые были проверены на практике и получили хорошую оценку.
      Первая система с двумя независимыми каналами управления работает по принципу амплитудной модуляции. Эта система при ограниченных возможностях может служить примером простого радиотелеуправления, хотя применяемая в ней аппаратура и не относится к наиболее облегченным и миниатюрным конструкциям, широко описываемым в периодической литературе для радиолюбителей.
      Вторая система, работающая на основе современной импульсной техники, дает большие возможности, позволяя на одной несущей частоте одновременно передавать восемь различных сигналов телеуправления. Количество передаваемых сигналов может быть утроено или даже учетверено путем комбинирования с системой амплитудной модуляции. Для этой аппаратуры требуется очень много ламп. Применение современных комбинированных и миниатюрных ламп позво-воляет не только сократить размеры приемника, но и получить при этом экономию расходуемой на его питание мощности.
      Для демонстрации упомянутых выше систем были изготовлены две радиотелеуправляемые модели кораблей, описанию которых и посвящена настоящая брошюра.
      Автор
     
      ВВЕДЕНИЕ
      Принцип телемеханического управления по радио имеет почти такую же давность, как и радиовещание. Четверть века назад уже имелись суда, управляемые по радио, однако в силу различных причин, одной из которых была неэкономичность имевшихся тогда радиоламп, развитие радиотелеуправления шло медленно. Вторая мировая война дала мощный толчок развитию этой отрасли техники. С появлением управляемых по радио самолетов-снарядов, танков и торпедных катеров требования к аппаратуре телеуправления сильно повысились. За последние годы телемеханическое управление стало использоваться также и не для военных целей. Так, например, при конструировании самолетов новых типов вначале испытывают их радиотелеуправляемые образцы или модели.
      Другой возможностью применения радиотелеуправления являются научные исследования ионосферы при помощи управляемых по радио ракет. Наконец, широкие перспективы открывает использование телемеханики для технических моделей и игрушек.
      Исходя из упомянутых возможностей применения, аппаратура радиотелемеханического управления может быть грубо разделена на следующие три класса:
      1. Простейшая аппаратура с одним каналом. Характеризуется минимальным количеством радиоламп и деталей. Последние в большинстве случаев специально конструируются в виде миниатюрных узлов или блоков, в которых минимальные размеры и вес сочетаются с максимальной чувствительностью.
      Приемник телеуправляемого объекта обычно бывает сверхрегенеративным с одним каналом. Это означает, что в определенный момент может быть принят только один вид управляющего сигнала. Для большего числа управляющих сигналов используют механические импульсные устройства, подобные применяемым на автоматических телефонных станциях. Эго вызывает задержку во времени исполнения команды и усложняет работу оператора.
      2. Аппаратура с несколькими каналами. Если к телеуправляемому объекту предъявляются требования повышенной маневренности, то возникает необходимость в выполнении команды без задержки во времени или в выполнении одновременно нескольких команд. Для этого система телеуправления должна иметь ряд отдельных, независимых друг от друга каналов приемо-передачи. Для управления второстепенными механизмами может быть использовано механическое импульсное устройство, что позволит через некоторые каналы передавать не одну, а несколько команд, хотя и не одноврехменно.
      Для этого класса аппаратуры наиболее подходящей является система с амплитудной модуляцией.
      3. Аппаратура с большим числом каналов. Чтобы можно было управлять самыми сложными объектами, телемеханические устройства должны позволять оператору одновременно управлять большим числом механизмов, т. е. аппаратура такого устройства должна иметь большое число независимых каналов управления. Амплитудная модуляция не позволяет использовать в устройстве более трех — пяти независимых каналов, так как при увеличении числа каналов трудно избежать их взаимных помех. Кроме того, понижается чувствительность системы. Поэтому аппаратура такого класса должна работать на основе импульсной техники.
      Были разработаны две конструкции установок для радиотелеуправления: с амплитудной модуляцией с двумя независимыми каналами управления, соответствующая второму классу, и с импульсной модуляцией с восемью независимыми каналами управления, соответствующая третьему классу. В последней системе число каналов при комбинации с системой амплитудной модуляции могло быть по крайней мере удвоено. Однако эта возможность не была использована, так как имевшихся восьми каналов оказалось более чем достаточно.
      Для испытания обе установки были смонтированы на моделях, в качестве которых по практическим соображениям были выбраны модели кораблей. Тем не менее схемы обеих установок достаточно универсальны и с небольшими изменениями могут быть приспособлены для использования на других моделях. Передатчики установок питаются от сети переменного тока, приемники же собраны на батарейных лампах.
     
      ДВУХКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА РАДИОТЕЛЕУПРАВЛЕНИЯ С АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
      Принцип действия
      Для амплитудной модуляции высокочастотной несущей передатчика в описываемой системе радиотелеуправления используется низкочастотный сигнал синусоидальной формы, отдельные частоты которого служат в качестве независимых каналов для передачи сигналов управления. Эти частоты модулирующего сигнала должны достаточно далеко отстоять друг от друга, чтобы в приемнике их можно было легко разделить и избежать смешения с возникающими гармониками. Должна также приниматься в расчет возможность возникновения взаимной модуляции, вызываемой сложением или вычитанием частот.
      При наличии в системе более четырех — пяти каналов избавиться от их взаимных помех уже нелегко. К тому же с увеличением числа каналов в системе происходит ослабление ее чувствительности. Как видно из фиг. 1, глубина модуляции каждого сигнала, являющаяся мерилом чувствительности, равна 50%. Поэтому, когда в многоканальной системе телеуправления при числе каналов п все частоты этих каналов модулируют высокочастотную несущую одновременно, то модуляция каждого канала составит только 100Дг%.
      Частота модуляции первого канала описываемой установки равна 50 гц, а частота второго канала 2 ООО гц. Выбор частоты в 50 гц для первого канала подсказан тем, что передатчик установки питается от сети переменного тока той же частоты.
      Ограничение системы только двумя каналами было принято по тем соображениям, что для сохранения хороших навигационных качеств модели судна совершенно достаточно двух каналов. Однако это возможно только при особой
      схеме одного из каналов, который в дальнейшем, в отличие от остальных каналов управления, будет называться каналом полунепрерывного действия.
      Фиг. 1. Несущая, модулированная двумя низкочастотными сигналами, одинаковыми по напряжению, но различными по частоте.
      Хотя глубина модуляции несущей составляет 100%, глубина модуляции каждого из сигналов составляет только 50%.
      Канал полунепрерывного действия
      Предположим, что нам надо передать посредством системы радиотелеуправления следующие команды:
      1. Включить освещение.
      2. Включить электродвигатель гребного винта модели судна.
      3. Переключить направление вращения электродвигателя гребного винта без его остановки.
      4. Установить руль модели судна в нужное положение.
      Для передачи первой и второй команды вполне достаточно самой простой аппаратуры: в передатчике какая-либо низкая частота модулирует высокочастотную несущую, а принятый на модели сигнал после детектирования заставляет срабатывать реле, которым включаются лампы освещения или электродвигатель.
      В случае третьей команды происходит примерно то же самое, за исключением того, что реле при срабатывании должно переключить направление вращения электродвигателя.
      Более сложным является четвертый случай, так как вместо двух положений механизма управления, имевших место в предыдущих командах, возможны три положения:
      а) изменение положения механизма в одном направлении;
      б) изменение положения механизма в другом направлении;
      в) остановка механизма в нужном положении.
      Так как рулевым механизмом обычно управляет серводвигатель, то в общем случае для его управления требуется два канала. Через один из них будет происходить управление вращением в одном направлении, а через другой — в обратном направлении. В момент, когда оба канала выключаются, руль модели останавливается в нужном положении. Однако можно эти команды передать и через один канал, если использовать схемы управления, которые мы сейчас рассмотрим.
      Фиг. 2. Схема использования двухполюсного реле для канала полунепрерывного действия.
      На фиг. 2 приведена схема устройства, в котором используется двухполюсное реле. Лампа выполняет функции анодного детектора. При малой глубине модуляции сигнала якорь реле замыкает левый контакт и серводвигатель вращается, например, против часовой стрелки. При большем уровне сигнала левый контакт размыкается и якорь реле устанавливается в среднее положение; цепь питания серводвигателя при этом разрывается и вращение его прекращается. При еще большем уровне сигнала происходит замыкание правого контакта реле и серводвигатель начинает вращаться по часовой стрелке. Таким образом, путем регулирования глубины модуляции в передатчике руль модели может быть установлен в любое положение.
      Задаваемые механизму положения могут передаваться непрерывно, однако положение, в котором находится механизм, может не соответствовать положению ручки управления на передатчике. Чтобы этого не случилось, ручка регулировки глубины модуляции передатчика при остановке механизма управления рулем модели должна находиться в среднем положении, ю
      Канал, через который подобным способом осуществляется управление механизмом, называется каналом полунепрерывного действия. Применение такой схемы управления предъявляет к системе АРУ приемника очень жесткие требования, так как любое изменение уровня сигнала, которое может произойти, вызовет произвольное изменение положения управляемого механизма.
      Дальнейшим развитием рассмотренной нами схемы является схема, приведенная на фиг. 3. Иа сетку лампы подается детектированный сигнал, уровень которого определяет величину проходящего через лампу анодного тока, а следовательно, и потенциал на ее аноде. Если этот потен-
      циал отличается от потенциала на движке потенциометра, то сработает микрореле. Реле (выполненное так же, как и двухполюсное реле) управляет серводвигателем, заставляя его вращаться в том же направлении, в каком должен перемещаться связанный с ротором серводвигателя движок потенциометра для положения равновесия мостовой схемы. Для каждой определенной интенсивности сигнала имеется определенное положение управляемого механизма (в данном случае руля модели), соответствующее положению ручки управления на передатчике.
      При такой схеме управления тоже требуется канал полунепрерывного действия. При этом требования к АРУ приемника еще более возрастают. Кроме того, из практики известно, что микрореле очень капризная деталь.
      Схема на фиг. 4 свободна от указанных выше недостатков. Лампа служит анодным детектором высокочастотного модулированного сигнала. Когда сигнала нет, серводвигатель вращается в одном направлении, а при появлении модулированного сигнала срабатывает обычное реле, переключающее направление вращения серводвигателя. При этом колебания уровня сигнала не опасны, если только он
      Фиг. 3. Схема использования двухполюсного микрореле для канала полунепрерывного действия.
      не падает ниже некоторого порогового значения срабатывания реле.
      Команда дЛя изменения направления вращения серводвигателя осуществляется простым включением в передатчике модуляции высокочастотной несущей. Если эти вклю-
      Фиг. 4. Схема использования обычного реле для канала полунепрерывного действия.
      чения и выключения производить через равные промежутки времени, как показано на фиг. 5,а, и с частотой 3 — 5 гц, то серводвигатель получит одинаковые по длительности импульсы напряжения вначале для одного, а затем для другого направления вращения и окажется неподвижным, так как средний момент вращения будет равным нулю. Если время, в течение которого серводвигатель находится включенным для вращения в одном направлении, укоротить, а время, в течение которого on включен для вращения в другом направлении, удлинить (фиг. 5,6), то момент вращения в этом направлении окажется большим и серводвигатель начнет вращаться в соответствии с разностью моментов вращения. Таким путем может быть получено любое направление вращения и любая возможная величина вращающего момента серводвигателя.
      Для рассмотренной схемы управления (фиг. 4) характерны два крупных недостатка:
      1. Через обмотки электродвигателя непрерывно течет ток, даже когда электродвигатель не вращается.
      2. Искрение между контактами вследствие частых переключений обмоток электродвигателя.
      Так как от искрения полностью избавиться очень трудно (шунтированием контактов последовательно включенными конденсаторами и сопротивлениями), то в миниатюрных реле и электродвигателях целесообразно применять контакты большого размера.
      От искрения можно избавиться и таким способом: в крайних положениях переключающего устройства (максимальные вращающие моменты) возможны столь короткие по длительности импульсы (фиг. 5,6 и в), что реле окажется слишком инертным и не будет срабатывать. Такие переключения без искрения могут иметь место у электродвигателей гребных винтов при переходе их на режим полного хода вперед или назад.
      Для получения таких переключающих импульсов в передатчике обычно используется схема мультивибратора (фиг. 6), которая работает следующим образом.
      KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ