Чтобы почувствовать, какого высокого совершенства достигла техника телеуправления, достаточно вспомнить, как, повинуясь воле работающих на Земле операторов, путешествовали по Луне наши луноходы.
С телеуправлением тесно связана и телеметрия — передача с борта корабля на Землю самой разной информации о работе бортовых систем, режиме полета, а если корабль пилотируемый, то и о состоянии космонавтов. Телеметрия и телеуправление нужны, конечно, не только в космических исследованиях, сбор информации и управление на расстоянии производятся во многих областях техники и научных исследованиях (телеуправление нефтедобывающими установками по проводам, радиотелеуправление зенитными ракетами, радиотелеметрия состояния спортсмена во время тренировок, радиотелеметрия метеорологических данных с шаров-зондов), не говоря уже о телеуправляемых моделях и игрушках.
Системы телеуправления и телеметрии почти всегда многоканальны: информацию приходится собирать от многих источников и команд управления, как правило, тоже приходится передавать много. Все такие многоканальные системы можно разделить на две большие группы — с частотным и временным разделением каналов. В системе с частотным разделением информация по всем каналам может передаваться одновременно — каждому каналу отводится своя поднесущая частота, а в месте приема фильтры отделяют один канал от другого (Р-156;3,5). Если передача ведется по проводам, то на этом дело и ограничивается, а если по радио, то все поднесущие частоты вместе со своими боковыми модулируют высокочастотный ток в радиопередатчике, и таким образом в эфир передача идет с двойной, «двухэтажной» модуляцией.
Р-156
При временном разделении каналов информация в каждом из них передается поочередно, а на передающей и на приемной сторонах есть быстродействующие синхронные коммутаторы, которые подключают нужный комплект аппаратуры поочередно к линии связи (Р-156;4). В радиоуправляемых моделях часто используют упрощенную разновидность временного разделения— кодирование числом импульсов (Р-157;1). На самой модели устанавливают шаговый искатель или некоторое его подобие, а с передатчика направляют строго определенное число импульсов. Если известно, в каком положении стоит шаговый искатель, то, передав нужное число импульсов, можно его заставить сделать нужное число шагов и включить желаемую команду. А после того, как команда будет выполнена, определенным числом импульсов вернуть шаговый искатель в исходное положение. Чтобы шаговый искатель «по дороге» не запускал другие исполнительные механизмы, можно сделать так, что он будет отключаться от них на время движения подвижного контакта. Используя триггеры и элементы И, ИЛИ, НЕ, можно собирать и электронные переключатели команд для систем телеуправления (Р-157;2,3,4; К-19, К-20).
Кстати, электронные коммутаторы и элементы И, ИЛИ, НЕ широко применяются в компьютерах, в этих сложных импульсных автоматах.
Р-157
76, 77. Мощность усиленного сигнала выделяется в нагрузке и создает эту мощность переменная составляющая коллекторного тока (Т-161). Выходная мощность зависит и от правильного подбора сопротивления нагрузки Rн.
78. Генератор отдает наибольшую мощность, если сопротивление нагрузки Rн согласовано с его внутренним сопротивлением Rвн, а конкретно, если Rн = Rвн.
79.Нагрузка должна быть согласована с выходом транзистора, а источник сигнала («генератор») — с его входом (Т-186, Т-188).
80. Два провода от источника сигнала (вход) и два провода от нагрузки (выхода) нужно подключить к трем выводам транзистора, и поэтому один из них (база, эмиттер или коллектор) обязательно будет общим для входа и для выхода (Т-190).
81.Схемы с общим коллектором (ОК), общим эмиттером (ОЭ) и общей базой (ОБ) имеют свои особенности; чаще других встречается схема ОЭ (Т-190).
Глава 18Компьютер — вычисляющий автомат
Т-270. Моделирование широко используется для решения самых разных задач в живой природе, в технике и науке. Когда школьник строит модель автомобиля или парусной яхты, он приобщается к одному из величайших достижений человеческого разума, которое, как ничто другое, сделало человека великаном. Речь идет о моделировании. Живая природа взяла патент на моделирование очень давно, задолго до появления человека. Не будем касаться самых первых успехов на этом пути. Фантазируя и упрощая, попробуем представить, как появилась одна из моделирующих систем у некоторого вида рыб. Предки этих рыб гонялись за пищей, за быстрыми инфузориями самым простым способом: в каком месте увидит рыба инфузорию, туда и кидается. Охота завершалась успешно, если инфузория оставалась на месте или уходила просто вперед — скорости у рыбы хватало. Но когда инфузория уходила в сторону — рыба промахивалась, она должна была останавливаться и вновь искать глазами добычу, а та тем временем успевала уйти. И вот на каком-то этапе рыбы научились моделировать движение инфузории, «включая» разные нейроны (нервные клетки) своего мозга. Научились быстро «прокручивать» на модели весь процесс погони и выбирать направление своего броска так, чтобы в нужный момент прийти в «точку встречи».
На Р-158;1 система такого моделирования показана крайне упрощенно, примитивно, хотя, впрочем, изобразить ее точно и нельзя было бы: конкретные механизмы моделирования в нервных сетях пока неизвестны.
Р-158
Огромна роль моделирования в организации поведения (здесь «поведение» в самом широком смысле, а не в том, в котором оно фигурирует в школьном дневнике) живых организмов и особенно человека. Играем ли мы в волейбол, отрезаем ли кусок хлеба, вытачиваем ли на токарном станке сложную деталь или просто прогуливаемся по саду, мозг непрерывно строит подробные модели, куда входит и внешняя обстановка, и состояние организма. На этих моделях с огромной скоростью отрабатываются варианты действия, в соответствии с конкретной задачей выбирается один из них, а затем уже выдаются соответствующие команды и начинают действовать многие тысячи больших и малых мускулов. В этой гигантской работе, которую мы, в общем-то, даже и не замечаем, участвуют миллиарды нейронов, а каждый из них сам по себе представляет собой сложнейшую машину.
Значение моделирования во всей человеческой деятельности огромно. Понять что-либо — значит построить в своем сознании модель этого самого «что-либо». Что-нибудь изобрести — значит поработать с определенной мысленной моделью и извлечь из этой работы новую полезную информацию. А если мы совершили неверное действие, значит, плохо проработали задачу на модели или, что бывает значительно чаще, ошибочно построили саму модель.
Есть реальный мир, мир реальных вещей и явлений, мир звезд, атомов, табуреток, желтых осенних листьев, соседей по дому. А есть отображающий эту реальность мир моделей, с которыми работает наша мысль. Так вот, мир моделей должен соответствовать реальному миру, именно соответствие модели и реальности стоит за этим коротким и хрупким словом «правда». Бывает, человек говорит громким, уверенным голосом, что все, мол, обстоит так-то и так-то, но проходит некоторое время, и оказывается, что во всем он был не прав, что вся его красивая модель не отображала реальную действительность.
Модель всегда беднее реального объекта, она отображает лишь некоторые его черты. Причем в разных случаях — разные, все зависит от задачи, для решения которой создается модель. Так, например, чтобы оценить летные качества самолета, в аэродинамической трубе обдувают его модель, которая повторяет лишь внешние черты оригинала. Занимаясь размещением пассажирских кресел, строят модель салона, не обращая внимания на внешние формы машины. А когда диспетчер аэропорта организует последовательную посадку нескольких приближающихся самолетов, он представляет их себе просто движущимися точками, занимающими определенное место в пространстве.
Модели могут быть сделаны из самых разных материалов, описание реальности в них осуществляется на самых разных языках. Модели самолетов бывают из дерева, металла или пластмассы, а бывают из бумаги и туши: чертеж — это ведь тоже модель. И рисунок тоже. И фотография. В нейронных сетях рыбы (Р-158;1) модель строилась с помощью сложных электрохимических процессов в нервных клетках, а в системе управления ракетой (Р-153;5) — с помощью электрических токов. Еще один пример электрического моделирования— на Р-158;2, здесь «задача встречи» решается для зенитной ракеты и самолета-мишени. Движение самолета в этой модели отображается тремя меняющимися напряжениями — это координаты мишени по трем перпендикулярным осям х, у, z. Напряжение, отображающее координату z, остается постоянным, это значит, что самолет летит на постоянной высоте. Тремя меняющимися напряжениями отображена возможная траектория зенитной ракеты, причем система управления пробует несколько разных троек (на рисунке для простоты показаны две из них, вариант А и вариант Б), выбирая такое направление, которое приведет ракету в «точку встречи» одновременно по всем координатам. Электрическое моделирование используют во многих системах управления, работать с электрическими сигналами очень удобно. Их легко менять, проверяя на модели самые разные ситуации. Не так-то просто изменить размеры какой-нибудь детали на механической модели или даже на чертеже, а изменить тот или иной ток в электрической модели довольно просто.
Нынешнего своего могущества человек добился, подчинив себе энергию несравнимо большую, чем могут дать мускулы, и создав машины, которые стали продолжением человеческой руки. Но началось все это с другого, с того, что, взаимодействуя с природой, сражаясь за существование, человек научился мыслить, научился создавать очень совершенные мысленные модели и работать с ними так, как не умеет никакой другой представитель животного мира. А потом пошел дальше — научился создавать искусственные модели и на них отрабатывать свои практические задачи. Такими модел