|
ПРЕДИСЛОВИЕ
История техники дала немало примеров радиоуправления подвижными механизмами, создававшимися для военных целей и для нужд народного хозяйства.
В наши дни благодаря прогрессу науки и техники радиотелемеханика достигла больших успехов, и то, что в недалеком прошлом считалось фантастикой, ныне становится явью. Подтверждением этому служат успешные действия «луноходов» на поверхности Луны, осуществляющиеся по командам с Земли, из Центра управления космическими полетами.
В этой книге рассказывается о такой области радиотелемеханики, в которой радиолюбители могут попробовать свои силы, — о радиоуправлении сухопутными, водоплавающими или авиационными моделями. Управление по радио моделями — это своего рода малая радиотелемеханика. Она подчиняется всем законам большой радио-гелемеханики, но имеет свою специфику.
Основная часть книги содержит описания нескольких вариантов испытанной в реальных условиях аппаратуры радиоуправления, разной по сложности и по целевому назначению, а также сведения о том, как сделать п отрегулировать аппаратуру. Особое внимание уделено многоканальной аппаратуре пропорционального управления.
Чем же обусловлено стремление радиолюбителей-моделистов к самостоятельному изготовлению аппаратуры? Выпускаемая промышленностью аппаратура не всегда удовлетворяет возросшим требованиям моделистов. Кроме того, одной из движущих сил радиолюбителей-моделистов является их стремление внести свой вклад в разработку аппаратуры и ее совершенствование. В истории модельных видов спорта известно много случаев, когда спортсмены добивались выдающихся успехов на соревнованиях с радиоуправляемыми моделями, при этом они управляли моделями с помощью изготовленной ими самими аппаратуры.
Усложняются правила соревнований радиоуправляемых моделей, появляются новые виды соревнований — все это выдвигает новые требования к аппаратуре. Например, стоит вопрос о создании многоканальной аппаратуры дискретно-пропорционального управления, в которой можно путем смены кварцев быстро осуществить перестройку на другую частоту и тем обеспечить одновременный запуск нескольких Моделей без взаимных помех.
Авторы надеются, что книга будет полезна радиолюбителям и руководителям многочисленных кружков по моделизму, а также читателям, интересующимся радиотелемеханикой.
Отзывы и замечания о книге просим направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., д. 10, изд-во «Энергия», редакция Массовой радиобиблиотеки.
Авторы
ГЛАВА ПЕРВАЯ
МОДЕЛЬНАЯ РАДИОТЕЛЕМЕХАНИКА
Системы модельной радиотелемеханики допускают ряд упрощений, обусловленных спецификой использования и малым радиусом действия, стремлением к конструктивной простоте, и по другим соображениям, среди которых немаловажное значение имеет стоимость аппаратуры. Однако возрастающие требования к характеру управления приводят к усложнению аппаратуры.
Системы модельной радиотелемеханики — неавтоматические. Одним из звеньев модельной радиотелемеханической системы служит оператор, который зрительно осуществляет обратную связь управления и обеспечивает передачу необходимых команд управления, устраняющих рассогласования между требуемым направлением движения модели и существующим направлением к моменту передачи команды. Оператор управляет также режимами работы всевозможных исполнительных механизмов на модели. Поскольку в задачу книги входит рассмотрение только модельной радиотелемеханики, то в дальнейшем, говоря о тех или иных вариантах систем, будем считать, что оператор присутствует, хотя речь пойдет об аппаратурной части системы.
Модельные системы являются системами командного телеуправления, а аппаратура составляет командную радиолинию. На рис. 1 показана функциональная схема командной радиолинии управления моделью. Любая система дистанционного управления независимо от того, для каких целей она предназначена, имеет обязательное звено — канал связи, причем любого типа: проводной, акустический, ультразвуковой, световой, радиоканал. Чтобы управляемый объект выполнил нужную операцию, ему по каналу связи надо передать соответствующую команду. В простейшем случае каждая из команд может передаваться по отдельному каналу связи. Практически для управления неподвижным объектом можно применять многожильный кабель.
Рис. 2. Вариант построения аппаратуры число-импульсной системы.
Управление по радио подвижными объектами, в том числе и моделями, сводится к передаче ряда команд по одному и тому же каналу связи на одной несущей частоте с помощью аппаратуры командной радиолинии.
Существуют различные принципы построения командных радиолиний, предназначенных для управления моделями на расстоянии. Наиболее простая и доступная для самостоятельного изготовления та аппаратура телеуправления, в которой используется число-им-пульсный принцип распределения команд. В недалеком прошлом такую аппаратуру применяли большинство моделистов. Затем она морально устарела, и принцип число-импульсного распределения команд из основного стал вспомогательным в многоканальных системах радиоуправления. Один из применявшихся вариантов построения такой системы показан на рис. 2.
Первоначально для моделирования широко применялись шаговые искатели всевозможных конструкций. Передатчики и приемники были ламповыми. На передающем конце командной радиолинии устанавливали радиопередатчик сигналов и ключ, с помощью которого передавались команды. Передатчик при этом излучал посылки «смодулированных колебаний, т. е. работал в импульсном режиме (несущей частоты). На выходе приемника стояло чувствительное, быстродействующее реле Pi, именуемое в дальнейшем первичное реле. Через его контакты подключался шаговый искатель ШИУ отыскивавший нужную исполнительную цепь, и в нее через скользящую щетку шел ток. Для того чтобы щетка шагового искателя скользила, не находясь под напряжением, ставили реле времени Р2. Оно быстро срабатывает при передаче первого в командной серии импульсов, разрывая своими контактами цепь подачи тока к исполнительным механизмам. Спустя некоторое время контакты Р2 приходят в исходное состояние, и в исполнительную день, на которой остановилась щетка ШИ, пойдет ток. При необходимости исполнительные механизмы можно подключить к контактам ШИ, минуя контакты Р2.
Существовали более сложные варианты схем для радиолиний с число-импульсным принципом подачи команд. Малое быстродействие и непригодность для пилотажных радиоуправляемых моделей самолетов — существенные недостатки такой аппаратуры. Однако этот принцип не следует отвергать совсем. Его можно реализовать в составной части системы управления моделями с большим числом исполнительных механизмов. Такими могут быть модели военных судов. Число-импульсный принцип разделения команд лучше использовать так, чтобы каждой команде соответствовало конкретное, число импульсов в командном сигнале, посланном с передатчика. В этом случае после приема каждой команды селекторный блок на борту модели должен быстро приходить в исходное состояние.
В отличие от предыдущей, устаревшей радиолинии теперь широко применяют многоканальные радиолинии, также имеющие один высокочастотный канал связи, но обеспечивающие одновременную передачу ряда команд. В тех случаях, когда модель должна выполнять множество команд, не связанных с движением, для их передачи число-импульсным способом выделяют один канал. Нужную команду выделяет селекторный блок. По остальным каналам осуществляется управление движением модели.
На модели корабля можно установить селекторный блок, схема которого приведена на рис. 3. В нем применен шаговый искатель 111И-11. Селекторный блок с одноканальным входом работает так, что после подачи серии командных импульсов тока на его вход в нужную ламель контактного поля шагового искателя автоматически посылается импульс тока для исполнения команды. Потом блок приходит в исходное состояние. Селекторным блоком управляют по выбранному каналу радиолинии. Исполнительную цепь выбирает шаговый пека гель. На его вход от первичного реле приемника поступают импульсы тока. Ток в обмотку электромагнита шагового искателя подается через контакты реле Р. Щетка занимает нужную ламель.
При первом импульсе конденсатор Сi зарядится через диод Д2. Одновременно срабатывает реле Р2, и через его контакты и диод Д3, минуя обмотку реле Рз, зарядится конденсатор С2. В интервалах между командными импульсами реле Р2 остается в рабочем положении, но после передачи серии импульсов конденсатор Сi разрядится через обмотку реле Р2, и оно обесточится. Сразу же через обмотку реле Рз и резистор Pi станет разряжаться конденсатор С2. Реле Р3 импульсно сработает, и к остановившейся щетке шагового искателя ШИ-11 кратковременно (на 1 с) подключится напряжение бортовой сети (27 В). Так будет подан сигнал для включения автоматики исполнительных механизмов. Затем произойдет возврат всех элементов селекторного блока в исходное состояние.
Для этой цели в момент выдачи импульса исполнение» реле Р сработав, подготавливает цепь включения реле Ps. Оно включается
при размыкании контактов реле Р3. В результате через нормально замкнутые контакты реле Pi подается напряжение на обмотку электромагнита шагового искателя ШИ-11. Теперь контакты самохода КС включат реле Рi, которое прервет подачу тока в обмотку электромагнита шагового искателя ШИ-11. Якорь ШИ-11, вернувшись в исходное положение, разомкнет контакты КС, обмотка реле Pi снова обесточится, и цикл начнет повторяться до тех пор, пока щетка IV не сойдет с широкой ламели. У шагового искателя ШИ-11 необходимо удалить II и III ламельные поля и скользящие по ним щетки, а также заменить плоскую возвратную пружину на спиральную. Тогда на работу шагового искателя не будет влиять снижение напряжения аккумуляторной батареи, питающей электрическую бортовую сеть модели. Если интервалы в серии командных импульсов велики, то нужно увеличить емкость конденсатора Си Ее определяют при регулировке. Реле Р2 и Рз должны быть чувствительными (типа РП-4).
Как уже было сказано, команды передают по нескольким каналам на одной несущей частоте; система радиосвязи в этом случае именуется командной многоканальной радиолинией. Многоканальные радиолинии по способу разделения каналов на приемной стороне делятся на радиолинии с частотным, временным и кодовым разделением каналов.
Для управления моделями в большинстве случаев применяются радиолинии с частотным разделением каналов, у которых напряжение несущей частоты передатчика модулируется вспомогательными, так называемыми поднесущими частотами. Каждому каналу соответствует своя поднесущая частота, которая в свою очередь модулируется передаваемым по данному каналу сигналом управления. Ко-
манды могут быть как дискретные, так и плавноизменяющиеся. Когда аппаратура многоканальной радиолинии предназначена для передачи конкретного числа команд, ее принято называть по их числу, например шестикомандная аппаратура. В приемнике такой аппара- туры после детектора устанавливают ряд селективных фильтров. С их помощью модулированные сигналы поднесущих частот разделяют по каналам, где они подвергаются демодуляции. Селективные фильтры обычно строят на базе LC-фильтров, реже применяют RC-. фильтры. В зарубежной аппаратуре с числом каналов до десяти используют следующие поднесущие частоты: 1080, 1320, 1010, 1970, 2400, 2940, 3580, 4370, 5310, 6500 Гц. В радиолинии с этими подне-сущими частотами обычно применяется сверхрегенеративный приемник. Для восьмиканальной аппаратуры используют поднесущие 825, 1.110, 1700, 2325, 3000, 3670, 4300, 5700 Гц.
Длительное время в аппаратуре радиоуправления для селекции каналов применялись резонансные реле. Обычно их делали на шесть каналов, но были и на десять. Резонансные реле работают на частотах 200 — 600 Гц. Разница между частотами соседних каналов 20 — 30 Гц. Полоса каждого канала находится в пределах 6 — 8 Гц. С применением резонансного реле выпускалась аппаратура РУМ-1. Системы радиоуправления с использованием в приемнике резонансного реле капризны в эксплуатации и нестабильны при изменении температуры. В настоящее время их применяют редко.
Колебания поднесущих частот в аппаратуре для управления моделями модулируются или по амплитуде, или по частоте. Существуют системы управления, в которых команды различают по признаку разной длительности посылок колебаний поднесущих частот. Широкое распространение получила аппаратура, обеспечивающая последовательную передачу команд. В таких командных многоканальных радиолиниях с частотной селекцией сигнала управления число каналов обычно не превышает двенадцати. Существуют радиолинии для одновременной передачи двух и более команд. Однако если в радиолинии одновременно передают команды по четырем-пяти каналам, то избавиться от взаимных помех уже нелегко. Известно, что в многоканальной радиолинии с числом каналов п, когда все сигналы одновременно модулируют сигнал несущей частоты, глубина модуляции от каждого должна составить только 100%/п. Это в свою очередь приводит к снижению радиуса действия аппаратуры, и возникают сложности с ее регулировкой и эксплуатацией.
Существуют способы практически одновременной передачи двух команд без снижения глубины модуляции для каждого канала. Это обеспечивается передачей быстро чередующихся посылок частот двух каналов (частота чередования 50 — 100 Гц) при одновременном нажатии двух кнопок. Такие системы чаще всего находят применение в авиамодельном спорте. Для судомодельного и автомодельного спорта можно пользоваться системами с последовательной передачей команд. Каждый вид моделизма предъявляет свои специфические требования, к аппаратуре радиоуправления. Делать эту аппаратуру универсальной нерационально.
Рассмотрим вкратце, что следует считать вполне достаточным применительно к таким видам моделизма, как судомоделизм, автомоделизм, авиамоделизм.
На спортивной радиоуправляемой модели корабля исполнительными механизмами являются ходовые электродвигатели, электро? двигатели рулевых машинок и разнообразных подруливающих устройств, а также шкотовых лебедок на моделях яхт. В зависимости от того, для каких видов состязаний изготовляется конкретная модель, определяют требования к аппаратуре радиоуправления и принципу передачи команд. Большинство спортсменов применяет простые системы радиоуправления. Для скоростных моделей с ходовым электродвигателем пригодна пятикомандная аппаратура с последовательной независимой передачей команд: «Вперед», «Стоп», «Задний ход», «Лево руля», «Право руля». Для радиоуправляемых моделей парусных яхт и скоростных моделей с ходовым двигателем внутреннего сгорания может быть применена четырехкомандная аппаратура с последовательной передачей команд. Для этих же моделей в ряде случаев вполне оправдано применение более сложной многокомандной аппаратуры, обеспечивающей одновременную передачу двух команд, или аппаратуры с одним каналом пропорционального управления рулевым механизмом и несколькими каналами для разовых команд.
Для судомоделей с двигателями внутреннего сгорания находят применение системы с двумя каналами пропорционального управления. Для радиоуправления моделью, предназначенной для соревнований по прохождению сложного курса, необходима семикомандная аппаратура с последовательной подачей команд: «Вперед», «Стоп», «Задний ход», «Разворот влево», «Разворот вправо», «Лево руля», «Право руля». При командах «Разворот влево» или «Разворот вправо» ходовые винты вращаются в разные стороны в зависимости от того, куда необходимо развернуть модель, или же соответственно включаются подруливающие устройства. На таких моделях наряду с аппаратурой радиоуправления имеется блок автоматики, с помощью которого осуществляется управление работой электродвигателей и их реверсом.
На спортивной радиоуправляемой автомодели исполнительными механизмами являются один ходовой электродвигатель (реже два) и рулевая машинка (рулевой механизм). Поэтому на такой модели нецелесообразно применять усложненную систему радиоуправления. Например, пятиканальная аппаратура с последовательной передачей команд обеспечивает хорошее управление автомоделью на колесах, выполняющей команды «Вперед», «Стоп», «Назад», «Налево», «Направо». При некотором усложнении бортовой автоматики возможно применение аппаратуры, имеющей четыре и даже три канала. Правда, иногда требуется многоканальная аппаратура, обеспечивающая одновременную передачу двух команд, или аппаратура, с одним каналом пропорционального управления рулевым механизмом и несколькими каналами для разовых команд. Для управления автомоделями с двигателями внутреннего сгорания применяют системы с двумя каналами пропорционального управления.
Наиболее сложные и более жесткие технические требования предъявляются к аппаратуре радиоуправления пилотажными моделями- самолетов в авиамодельном спорте. Радиоуправляемые пилотажные модели, послушные командам моделиста, взлетают, набирают высоту и выполняют комплекс сложнейших фигур высшего пилотажа (подобно настоящему самолету), после чего совершают посадку. Находящаяся на модели бортовая аппаратура командной радиолинии действует на рули высоты и поворота, элероны, триммеры руля высоты, регулирует обороты двигателя и включает тормоза. Управление полетом требует большого мастерства от моделиста.
|
