Модели имитирующие и управляющие. Карлики и гиганты

А. Д. Смирнов

Применение электронных моделей не ограничивается задачами автоматического регулирования. Они используются при исследовании динамической устойчивости самолетов, вертолетов, ракет, при расчетах подвески автомобильных колес и самолетных шасси, при исследовании электрических машин и линий передач, вибрации сооружений и вычислении траекторий снарядов, а также при изучении многих других проблем.

Выпускаемые модели различаются по сложности задач, которые на них можно решать, по точности, по конструктивному оформлению.

В этих случаях блоки модели используются для имитирования работы определенной части системы регулирования.

В последних конструкциях моделей достигнута большая компактность размещения и малогабаритность блоков.

Новые малогабаритные модели по своим возможностям не уступают ИПТ-5, а в некоторых отношениях и превосходят ее. Размером они таковы, что легко размещаются на столе.

Площадь, занимаемая моделью МН-М, например, меньше 0,5 м².

Наряду с малогабаритными моделями выпускаются и мощнейшие моделирующие установки больших возможностей.

Все устройства таких моделей, как правило, группируются в отдельные секции. Секции при помощи кабелей соединяются между собой и с пультом управления. Наряду с решающими блоками имеются блоки для автоматической настройки, контроля правильности работы модели, блоки питания, регистрирующая и измерительная аппаратура.

Рис. 16. Моделирующая установка ИПТ-5

Одна из них, например модель ИПТ-5, выполнена в виде набора отдельных, легко переносимых блоков, некоторые из которых изображены на рис. 16. Такие блоки легко установить в любом месте: на аэродроме для проверки работы бортовой аппаратуры самолета, в лаборатории, в цехе для включения в систему регулирования прокатного стана и т. д.

Такие модели предназначаются для исследования сложных проблем в условиях научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро. На рис. 17 показана одна из таких стационарных моделей больших возможностей — модель МН-8.

Для удобства пользования моделями к ним выпускается вспомогательная контрольная и измерительная аппаратура. Например, для наблюдения за решением задачи, помимо обычных стрелочных вольтметров, применяются электронно-лучевые индикаторы с послесвечением. Такой индикатор представляет собой электронно-лучевую трубку типа телевизионной.

Электронный луч в трубке проходит между двумя парами пластин. На одну пару подается измеряемое напряжение. Этим напряжением луч отклоняется вверх или вниз, в зависимости от знака, и пропорционально величине напряжения, подаваемого на вход. На вторую пару пластин подается напряжение, постепенно отклоняющее луч в горизонтальном направлении от одного края трубки до другого.

Рис. 17. Моделирующая установка МН-8

В обычной телевизионной трубке экран светится только в момент попадания на него луча. В индикаторной трубке место на экране, в которое попал луч, продолжает светиться еще несколько секунд. В результате совместного действия обоих отклоняющих напряжений луч вычерчивает на экране готовый график.

Для повышения надежности работы моделей конструкторы стремятся уменьшить в них число радиоламп, электромагнитных реле, контактных соединений. Взамен этого вводятся полупроводниковые диоды и триоды, различные магнитные элементы, малогабаритные проволочные сопротивления и т, п. Введение подобных элементов не только увеличивает надежность работы, но и значительно сокращает размеры моделей. Замена большинства вакуумных радиоламп полупроводниковыми элементами в машине МН-М уменьшила ее объем по сравнению с малогабаритной машиной того же класса МН-7 примерно в три раза.

В тех случаях, когда модель предназначается для решения узкоспециализированных задач, можно упростить ее конструкцию, оставив строго необходимое число блоков и сделав соединения между этими блоками постоянными. Такая машина, предназначенная, например, для определения скорости поезда на каждом участке пути в зависимости от силы тяги паровоза, уклона пути и режима торможения, получается значительно проще универсальной модели и более удобна в пользовании при решении именно этой конкретной задачи.

Моделирующая аппаратура применяется не только для исследовательских и расчетных целей, но и для целей управления производством.

В примере автоматического регулирования температуры печи мы задавались целью поддерживать в печи постоянно заданную температуру. Но по технологии производства может потребоваться, чтобы температура в печи менялась по определенному закону. Температура печи должна сравниваться уже не с постоянной температурой, а с той температурой, которая должна бы быть по расчету в данный момент времени. Выработку сигналов расчетной температуры легко осуществить при помощи электронного датчика, созданного на базе отдельных моделирующих блоков.

Но роль моделей в управлении производственными процессами не ограничивается заданием режима работы. Она может быть гораздо сложней.

Пусть на протекание какого-нибудь производственного процесса, будь то выплавка чугуна в домне, получение стали в мартеновской печи или получение серной кислоты на химическом заводе, влияют сразу многие причины, причем действие некоторых из них выявляется только через определенное время. Как управлять таким процессом, чтобы получить в конечном итоге наилучший результат?

Если процесс поддается моделированию, то эту задачу можно успешно решить. Моделирующая установка должна работать в ускоренном режиме времени. Тогда, например, за 1 сек. мы сможем получить на модели ответ о том, что получится на объекте через час. Если ответ нас удовлетворяет, то процесс надо вести при тех же условиях, которые задавались на модели. Если результат предвидится неудовлетворительный, надо изменить условия протекания процесса, изменить их не просто хорошим или удовлетворительным образом, чтобы только улучшить ход процесса, а изменить наилучшим из всех возможных способом. Просчитать все возможные способы улучшения и выбрать наилучший должна опять-таки моделирующая установка, а выбрав, дать сигналы, управляющие исполнительными механизмами (задвижками, дозаторами и т. п.). В этом случае моделирующая установка участвует в процессе уже как сложное управляющее устройство.

В США создано моделирующее устройство, наилучшим образом распределяющее нагрузки между электростанциями в зависимости от потребления энергии на различных участках объединенной энергосистемы.

У нас в Союзе также успешно проводятся работы по автоматизации управления производственными процессами с применением моделирующих устройств. Такие работы ведутся во многих ведущих отраслях промышленности, таких, как химическая, нефтеперерабатывающая, металлообрабатывающая, текстильная, пищевая.

Решениями XXI съезда КПСС наряду с дальнейшим развитием автоматизации производственных процессов с применением современных моделирующих и цифровых машин и выполнением общей программы работ по автоматизации во всех отраслях промышленности намечено создать более 50 опытно-показательных предприятий, на которых будут осуществлены новейшие схемы комплексной автоматизации.

Глава из книги “Современные математические машины”, М., 1959 г., стр. 36.
Перепечатывается с разрешения автора.