Конструкторы машин хорошо знают, что, когда необходимо передать энергию или информацию на сравнительно большое расстояние и в различных направлениях, жесткие механические передачи уступают электрическим, гидравлическим, пневматическим устройствам. Однако при использовании подобных устройств разомкнутую систему управления уже применять нельзя, поскольку нарушается жесткая передача между органом автомата, задающим программу действия, и исполнительным органом, выполняющим эту программу.
И тогда используется замкнутая система управления, цепь обратной связи. Итак, речь пойдет о втором механизме, применяемом в копировально-фрезерных станках.
В 1900 году итальянец Бонтемпи применил для копировального станка схему с гидромеханическим управлением, позволившую уменьшить мощность управляющего сигнала в сотни и тысячи раз по сравнению с рабочей мощностью.
Давайте разберемся, как она действует. Копир и заготовка, как и в первом случае, устанавливаются на одном столе и получают вращательное движение с одной и той же скоростью. И по-прежнему ролик движется вдоль по профилю копира, считывая с него информацию, необходимую для управления движением фрезы. Но теперь движение ролика не передается непосредственно фрезе. Он управляет маленьким поршеньком-золотником, открывающим доступ жидкости в ту или иную полость большого цилиндра.
Если подавать жидкость под давлением в левую полость цилиндра, а из правой полости ее выпускать, то весь стол вместе с роликом и фрезой будет двигаться влево. И наоборот, подача жидкости в правую полость заставляет стол двигаться вправо.
Таким образом, как только смещается золотник, так сразу начнет действовать прямая цепь передачи движения. Но одновременно со столом, несущим фрезу, начинает перемещаться цилиндр золотника.
Другими словами, одновременно с цепью прямой передачи начинает действовать цепь обратной связи, дополнительно связывающая ведущую и ведомую части системы — ролик и фрезу, и непрерывно сигнализирующая об исполнении управляющего сигнала. В тот момент, когда фреза в своем движении догонит ролик и, значит, займет правильное положение, золотник перекроет проход жидкости в силовой цилиндр. Как видим, это типичная система с обратной связью, действующая по тому же принципу, что и все другие механизмы, встретившиеся нам в этой главе. Отрабатывая программу, заданную копиром, она непрерывно определяет рассогласование между положениями фрезы и ролика и действует так, чтобы это рассогласование устранить.
Поток информации и поток энергии теперь движутся по разным каналам. Цепь управления передает только те усилия, которые необходимы для подачи команд, и эти командные сигналы управляют мощностями в тысячу крат большими, чем мощность самого сигнала. Сигнал управления оказывается усиленным в тысячи раз.
Итак, в системе с обратной связью управляющий сигнал вырабатывается путем сравнения заданного действия с выполняемым. Если речь идет об автомате, то должны сравниваться движения, которые он выполняет, с теми движениями, которые он должен выполнять в соответствии с заданной ему программой работы.
Процесс такого сравнения представляет собой процесс сравнения двух потоков информации. Источником одного из них служит подготовленная заранее программа, как, например, копир в копировальном станке. А второй — поток информации, возникающий непосредственно в процессе работы автомата.
В тех примерах, что мы с вами рассмотрели, источниками второго потока информации служили движения грузов в центробежном регуляторе, движение цилиндра золотника в гидрокопировальной системе. Так или иначе, но автомат, действующий по замкнутой схеме, должен быть «очувствлен». Он обязан обладать свойством собирать информацию в процессе своей работы; ему надо быть оснащенным для этой цели специальными устройствами, эти устройства должны действовать с такой быстротой и точностью, чтобы отклонения фактического процесса, выполняемого автоматом, от заданного не превосходили определенной наперед указанной величины.
И еще несколько слов о гидрокопировальном автомате.
Обратите внимание на то, что стол вместе с фрезой как бы «следит» за перемещением ролика. Ролик перемещается влево — и стол вместе с фрезой перемещается влево. Ролик двинулся вправо — стол с фрезой вправо. Эта система так и называется — следящая система.
Принцип слежения, сущность которого состоит в том, что исполнительный орган (в нашем случае фреза) повторяет движение управляющего органа (ролика), не будучи с ним жестко связан, нашел широкое применение в современных автоматах и системах управления.