Что такое бионика

Система автоматического поиска имеет своих предшественников в природе. Можно в связи с этим указать на процесс развития вида, так называемый механизм естественного отбора. В качестве «проб» здесь выступают различные формы живых организмов, образующиеся в природе, из которых выживают наиболее приспособленные. По наследству потомству передаются те черты, которые обеспечивают большую жизнеспособность. Варьируя миллиарды организмов, природа образовала высокоразвитые виды живых существ.

Аналогично осуществляется поиск в автоматическом устройстве, которое, пробуя различные варианты, изменяет характеристики и даже структуру управляющего устройства, с тем чтобы система, которую хотят усовершенствовать, приобрела наивыгоднейшие свойства.

Каковы же принципы поиска экстремальных значений в самонастраивающихся системах? Их можно искать с помощью различных перемещений регулирующего органа. Существует, например, метод использования небольших перемещений (колебаний) регулирующего органа в одну и другую сторону около среднего его положения. Применяя специальные устройства, удается проанализировать результаты и определить направление движения регулирующего органа.

На рис. 10 показана зависимость параметра системы ψ (например, коэффициента полезного действия) от перемещения регулирующего органа X.

Рис. 10. Автоматический поиск с помощью колебаний синусоидальной формы с частотой ω. Воздействие таких колебаний приводит к выходным колебаниям показателя ψ, изображенным и точках 1, 2, 3.

Положение регулирующего органа меняется под воздействием возмущений синусоидальной формы с частотой ω. Пусть при первом перемещении регулирующего органа он попал в точку 1 графика. При этом на выход дискриминатора (различитель фазы и частоты) поступит синусоидальное колебание с частотой ω, изображенное в точке 1. Если при втором перемещении регулирующий орган попадет в точку 2, то на выходе появится сигнал малой амплитуды и удвоенной частоты. И наконец, при попадании в точку 3 появится колебание частоты ω, но в противофазе с колебанием в точке 1. Дискриминатор может выделить максимум, имея приведенную в табл. 1 программу, или «логику», работы.

Таблица 1

Алгоритм управляющего устройства

Ее обычно именуют алгоритмом управляющего устройства.

Чтобы реализовать такую «логику» работы схемы, нужно иметь фазочувствительный выпрямитель (дискриминатор), команды которого приводили бы в действие электродвигатель, а он в свою очередь открывал бы клапаны, перемещал заслонки или другие какие-либо регулирующие устройства.

Другой путь поисков наивыгоднейших характеристик состоит в использовании свойства запоминания. Выше рассматривались процессы накопления и сохранения информации, происходящие по аналогии с использованием информации мозгом, его памятью. В данном случае может быть использована схема, показанная на рис. 11.

Рис. 11. Схема управляющего устройства, основанного на принципе запоминания наибольшего показателя ψ.

К электродам сетка-катод радиолампы через диод подводится электрическое напряжение (показатель Ψ). Пусть при этом величина ψ меняется, как показано на рис. 10, от точки 1 к точкам 2 и 3. Когда ψ достигнет максимального значения, запоминающий конденсатор С зарядится, «запомнит» это значение. Когда напряжение начнет уменьшаться, диод запирается. Суммирующий усилитель, сравнивающий напряжения в цепи катода лампы и инвертора, дает команду реле. Оно срабатывает и заставляет двигатель, а за ним и регулирующий орган двигаться в обратную сторону. Опять будет пройден максимум, и как только величина ψ начнет падать, снова реле заставит двигаться регулирующий орган обратно. Таким образом, в системе будут происходить колебания вокруг наибольшего значения и среднее положение регулирующего органа будет соответствовать этому значению.

С запоминанием связан и циклический поиск в системах шагового типа. В этом случае приходится запоминать исходную величину выходного сигнала ψ, изменения положения регулирующего органа АХ, новое значение выходной величины ψ + Δψ. На графике рис. 12 показана зависимость показателя системы ψ от перемещения регулирующего органа X.

Рис. 12. График зависимости показателя системы ψ от перемещения регулирующего органа X при циклическом поиске в системе шагового типа.