книги из ГПНТБ / Крачино, В. В. Электрорадиоавтоматика на морском транспорте учеб. пособие

В. В. Крачино

ЭЛЕКТРО-

РАДИО­

АВТОМАТИКА

НА МОРСКОМ

ТРАНСПОРТЕ

Учебное пособие

Издание второе, переработанное и дополненное

Утверждено

Управлением учебных заведений ММФ в качестве учебного пособия

для учащихся радиотехнических факультетов высших инженерных морских училищ Министерства морского флота

М О С К В А • Т Р А Н С П О Р Т • 1973

УДК 621.396 61/.62—52 (075.8)

Электрорадиоавтоматнка на морском транспорте. Изд. 2-е, перераб. и доп. Крачино В. В., «Транспорт», 1973, стр. 1— 184.

В книге рассмотрены элементы теории линейных систем автоматического управления при детерминированных воз­ действиях в применении к устройствам судовой и береговой радиосвязи и радионавигации морского транспортного п промыслового флотов.

Книга утверждена Управлением учебных заведений Министерства морского флота СССР в качестве учебного по­ собия для учащихся радиотехнических и заочных факуль­ тетов высших инженерных морских училищ специальности

Гос. пуС: ’ 'ля научно-те.'ч. ясная библиотека С СР

CK3Lt i l l ' - .ДКРJ . г . г

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА !

3185-528 049(01)-73 БЗ-34-15-73

© Издательство «Транспорт», 1973, с изменениями п дополнениями.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. предусмотрено внедре­ ние автоматизированных систем управления (АСУ) в ряде ведущих отраслей народного хозяйства и сфер обслуживания населения Совет­ ского Союза. Для динамики развития морского транспортного флота страны в данное время характерны такие факторы, как непрерывный рост его тоннажа, грузооборота как на отечественных, так и на меж­ дународных морских путях, расширение коммерческих связей с за­ рубежными судоходными компаниями, пополнение флота современными технически совершенными судами, расширение и механизация портов и судоремонтных заводов. Совокупность сложившихся ситуаций на морском транспортном флоте СССР вызывает необходимость в значи­ тельном совершенствовании управления его работой.

Повышение оперативности в управлении флотом требует усовер­ шенствования организации диспетчерской связи между судами и бе­ реговыми радиоцентрами пароходств, через которые осуществляется руководство работой флота. Эффективное решение этой проблемы мо­ жет быть найдено в создании автоматизированной системы управле­ ния морским флотом (АСУ «Морфлот»).,

АСУ «Морфлот» будет состоять из ряда автоматических или авто­ матизированных подсистем, среди которых одно из первых мест от­ водится автоматизации всех видов электрической судовой и береговой связи как средства управления. Даже поэтапная реализация АСУ «Морфлот» невозможна без усовершенствования действующей в на­ стоящее время системы коротковолновой радиосвязи (КВ радиосвя­ зи) между судами и береговыми радиоцентрами. Поэтому в реализации проблемы АСУ «Морфлот» очень важно, наряду с совершенствованием других подсистем, коренным образом улучшить организацию КВ ра­ диосвязи с судами путем применения как автоматизированных, так и полностью автоматических систем по передаче, приему, обработке, хранению и выдаче достоверной информации в обоих направлениях: судно — берег и берег — судно.

3

Г л а в а 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

§ 1. УПРАВЛЕНИЕ И ЕГО ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ

Управлением называется организация целенаправленных воздей­ ствий по руководству процессами любой физической природы в одном или нескольких объектах (элементах). В последнем случае считается, что объекты, объединенные единством цели управления, образуют управляемую систему (УС). Для достижения на объекте (УС) цели уп­ равления он дополнительно комплектуется совокупностью некоторых технических элементов (устройств), образующих управляющую сис­ тему. Объект управления (ОУ) или управляемая система, находя­ щиеся во взаимодействии с управляющей системой, образуют в целом

систему управления.

В качестве примеров систем управления можно привести следую­ щие радиоэлектронные и радиотехнические устройства и системы.

1. Радиоприемное устройство (полуавтоматическое), управляемое оператором с судна или с берега. Назначение данного устройства — прием информации из радиоканалов.

2.Передатчик радиолокационной станции (РЛС) — источник мощ­ ных зондирующих импульсов, автоматически посылаемых с судна в направлении движущейся или неподвижной цели. Назначение данного устройства — обеспечение безопасности судна в море.

3.Двухканальный судовой визуальный радиопеленгатор со следя­ щей системой. Назначение данной системы — автоматическое пелен­

гование радиомаяков и других источников электромагнитных излу­ чений в море для обсервации судна в море.

4.Эхолот — устройство для автоматического измерения глубины моря под килем судна, его используют как одно из средств безопас­ ности судна.

5.Радиоэлектронная система обсервации транспортных судов в акваториях Мирового океана с помощью трех «неподвижных» искус­ ственных спутников Земли (ИСЗ). Цель — навигационное обеспече­ ние судов в Мировом океане.

Поведение каждой системы управления определяется: целью уп­ равления, окружающей обстановкой или внешними и внутренними условиями, т. е. свойствами управляемой и управляющей систем.

5

В общем случае процесс управления системой содержит в управ­ ляющем устройстве (УУ) пять элементов (рис. 1):

источник информации о задачах управления (ЗУ); источник инфор­ мации о результатах управления объектом (ИИРУ), т. е. фактическом поведении объекта управления (управляемой системы»); устройство УА для анализа информации о поведении объекта управления и ин­ формации; устройство преобразования уровней сигналов (УПУ); ис­ полнительное устройство (ИУ), осуществляющее исполнение данного

2.Электроизмерительные приборы, показания которых служат оператору источником информации о результатах управления объек­ том (радиопередатчиком).

3.Анализ полученной информации (показаний приборов) и приня­ тие на его основе решения оператором, который и приводит в действие исполнительное устройство.

4.Исполнительное устройство, которым оператор (непосредственно вручную или с помощью блока телеуправления) приводит в действие органы настройки до тех пор, пока измерительные приборы не под­ твердят, что передатчик работает в заданном режиме.

В данном примере функции 1, 3 и 4 элементов в управляющей сис­ теме выполняются человеком-оператором, поэтому данная система управления в целом (радиопередатчик плюс оператор) является неав­ томатизированной.

В организации процесса управления значительную, а в ряде слу­ чаев и доминирующую роль играет своевременное получение достовер­ ной информации о результатах управления объектом (системой). При наличии этой информации вынесение решения о необходимых действи­ ях по отношению к объекту существенно зависит от результатов уп­ равления. Таким образом, первичный фактор — управляющее дей­ ствие— зависит от вторичного фактора, вызываемого управляющим действием поведения объекта управления. Возникает как бы некоторая

6

замкнутая «цепь»: причина, вызывающая перемены в поведении управ­ ляемого объекта (системы), ставится в зависимость от того, какой ре­ зультат она вызывает. Подобную причинно-следственную связь в ки­ бернетике принято называть обратной связью (ОС). Сам же принцип управления, в котором используется информация о результатах уп­ равления, в кибернетике принято называть принципом ОС.

Принцип ОС находит применение в основе большинства процессов управления как в живых организмах, так и в технических системах, в том числе и в ряде устройств радиоавтоматики и радиоэлектроники.

Так, в рассмотренном примере управления неавтоматизированным радиопередающим устройством звеньями цепи обратной связи явля-. ются показания приборов и человек-оператор. Именно с помощью сво­ его зрительного аппарата, аппарата центральной нервной системы (головного мозга) и органов движения человек осмысленно управляет настройкой и другими процессами в радиопередатчике. Информация, принятая оператором в виде показаний контрольно-измерительных приборов (цепь ОС), творчески анализируется центральной нервной системой. Головной мозг оператора на основе принятого решения по­ сылает приказы исполнительным элементам (рукам). Руками оператор воздействует непосредственно на органы управления радиопередат­ чиком.

Основной обратной связью в системах управления является

отрицательная обратная связь. Положительные обратные связи обычно способствуют неустойчивости режимов работы усилительных систем.

Однако в ряде случаев принцип ОС в сфере управления системами применен быть не может. Например, при осуществлении односторонней (симплексной) связи по радиоканалу между двумя корреспондентами абонент или оператор на передающем конце тракта не получает дан­ ных о качестве принимаемой на другом конце тракта информации. Для улучшения качества последней на передающем и приемном концах трак­ та могут быть применены некоторые дополнительные устройства по­ вышения достоверности передаваемой и принимаемой информации, но не более. Подобный метод управления на примере с трактом связи (объектом управления) принято называть управлением по разомкнутому циклу в отличие от управления с использованием принципа ОС, кото­ рое нередко также называют управлением по замкнутому циклу.

Управление по разомкнутому циклу практически осуществляется в единственной форме так называемого программного . управления объектом (например, трактом симплексной радиосвязи при телеграфной работе).

Закон изменения состояния объекта управления (объектом может быть, например, телеграфный аппарат на приемном конце тракта радио­ связи) во времени принято называть программой управления.

Если все элементы в системе управления выполняют свои функции без непосредственного участия человека, то система управления на­ зывается автоматической (САУ).

Элементарная обобщенная функциональная схема системы ав­ томатического управления (САУ) с разомкнутным циклом показана

7

на рис. 2. В разомкнутой автоматической системе функции програм­ много устройства выполняет элемент ПУ.

В отдельных случаях достаточно сложный процесс управления в так называемых больших или даже относительно больших управля­ емых системах осуществляется группами людей (в более простых структурно-системных ситуациях — ограниченным числом операто­ ров). При этом, однако, используются одновременно и некоторые автоматические устройства, на которые возложено выполнение част­ ных операций в общем комплексе процесса управления в данной сис­

содержать соответствующие автоматические устройства и электрон­ ные вычислительные машины: они осуществляют автоматический сбор, хранение и переработку информации и выдают оптимальные варианты рекомендуемых решений. Нередко автоматизированные системы уп­ равления называют полуавтоматическими. Но обычно этот термин применяется к достаточно простым по структуре и процессам управле­ ния в них системам, обслуживаемым одним оператором. К числу их мо­ жет быть, например, отнесена система настройки радиоприемного устройства на рабочую волну при участии оператора. Не следует за­ бывать, однако, что в самом радиоприемном устройстве обычно содер­ жится одна или несколько функциональных САУ, например, системы автоматической регулировки усиления (АРУ), автоматической под­ стройки частоты гетеродина частотным методом (ЧАПЧ), автоматиче­ ской стабилизации выпрямленного напряжения питания и т. д.

&

§ 2. РЕГУЛИРОВАНИЕ, КАК ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ УПРАВЛЕНИЯ

Проблема регулирования представляет частный случай проблемы управления н включает в себя комплекс вопросов, связанных с необ­ ходимостью поддержания в управляемой системе заданного закона изменения показателей процесса (регулируемых величии или со­ стояний).

Если заданный закон изменения показателей процесса осуществля­ ется автоматически, то регулирование называется автоматическим. Системы же, где применяется автоматическое регулирование, приня­ то называть системами автоматического регулирования (САР).

Изменяемые по заданному закону показатели процесса называют регулируемыми величинами или регулируемыми координатами (вход­ ными, промежуточными, выходными). Устройство, которое осущест­ вляет автоматическое регулирование в системе объекта, принято на­ зывать автоматическим регулятором. Управляемый автоматическим регулятором объект называется регулируемым объектом (РО).

По аналогии с САУ с замкнутым циклом совокупность регулируе­ мого объекта и автоматического регулятора принято называть сис­ темой автоматического'регулирования (САР).

Большинство САР работает по принципу систем автоматического регулирования по отклонению. Значительно реже САР компонуют­ ся по принципу так называемого регулирования по возмущению или, что то же, с помощью компенсации возмущения в разомкнутой САР.

САР по отклонению принято называть такую систему регулирова­ ния, в которой измеряется отклонение регулируемой величины от за­ данного значения и в функции от измеряемого отклонения подается такое воздействие на автоматический регулятор, которое уменьшает величину отклонения до минимально возможного значения.

В САР, работающих на принципе отклонения, представляется воз­ можным сводить отклонение до достаточно малых (в идеале нулевых) значений независимо от того, какими причинами оно вызвано. Таким образом, в таких САР возмущения устраняются без измерений их. Но при подобном регулировании осуществить одновременно условия для получения в данной САР желательных (например, достаточно вы­ соких) значений регулируемых координат — точности, устойчивости, быстродействия — оказывается во многих случаях весьма нелегко реализуемой задачей.

В автоматической системе замкнутого типа изменение внутренних параметров системы и внешних возмущений на регулируемом парамет­ ре сказывается значительно меньше, чем в разомкнутой. Принципи­ альная особенность этой системы состоит в том, что в ней автоматичес­ ки сравнивается действительное значение регулируемого параметра с заданным. Разность этих значений приводит в действие данную сис­ тему так, чтобы в процессе ее работы рассогласование автоматически сводилось к нулю или к достаточно малой величине—ошибке данной системы («статизму»).

Замкнутые системы автоматического регулирования весьма разно­ образны как по своему эксплуатационно-техническому назначению,

'9