Радиоуправление - Radio control

ВВС США MQ-1 Хищник дрон пилотирует удаленно на земле
Квадрокоптер, популярная радиоуправляемая игрушка

Радиоуправление (часто сокращенно R / C или просто RC) - это использование управляющие сигналы передано радио к удаленно управлять Устройство. Примеры простых систем радиоуправления: открыватели ворот гаража и системы доступа без ключа для автомобилей, в которых небольшой ручной радиопередатчик отпирает или открывает двери. Радиоуправление также используется для управления модели автомобилей с портативного радиопередатчик. Промышленное, военный, и научное исследование организации также используют радиоуправляемые автомобили. Быстрорастущее приложение - контроль над беспилотные летательные аппараты (БПЛА или дроны) как для гражданского, так и для военного применения, хотя они имеют более сложные системы управления, чем традиционные приложения.

История

В 1898 году Тесла продемонстрировал радиоуправляемую лодку (Патент США 613809  —Способ устройства для управления механизмом движущегося транспортного средства или транспортных средств).

В 1894 году первый пример беспроводного управления на расстоянии был продемонстрирован британским физиком во время демонстрации. Оливер Лодж, в котором он использовал Эдуард Бранли с когерер сделать зеркальный гальванометр переместить луч света, когда электромагнитная волна был создан искусственно. Это было дополнительно уточнено Гульельмо Маркони и Уильям Прис на демонстрации, которая состоялась 12 декабря 1896 года в Тойнби-холле в Лондоне, во время которой они звонили в звонок, нажимая кнопку в коробке, которая не была соединена никакими проводами.

В 1897 году британский инженер Эрнест Уилсон изобрел торпеду, управляемую «герцевскими» волнами.[1]

В 1898 г. на выставке в г. Madison Square Garden, Никола Тесла продемонстрировал небольшой беспилотная лодка который использовал радиоуправление на основе когерера. Немного зрелищно, Тесла развлекал публику, чтобы создать впечатление, будто лодка, очевидно, может подчиняться командам публики, но на самом деле она контролировалась Тесла, интерпретируя словесные запросы и отправляя соответствующие частоты на настроенные схемы в лодке.[2] Tesla получила американское патент на это изобретение 1 июля 1898 года.[3] В 1903 году испанский инженер Леонардо Торрес и Кеведо представил "Телекино"на Парижская академия наук, и получил патент во Франции, Испании, Великобритании и США.[4] В 1904 г. Летучая мышь, а Windermere паровой запуск управлялся с помощью экспериментального радиоуправления его изобретателем [Джеком Китченом].

В 1909 году французский изобретатель Габет продемонстрировал то, что он назвал своим "Torpille Radio-Automatique», радиоуправляемая торпеда.[5] В 1917 г. Арчибальд Лоу в качестве главы RFC «Экспериментальный завод» был первым человеком, успешно применившим радиоуправление на самолете.

Черно-белое изображение кабины. В углу на стене над столом вмонтирован замысловатый прибор.
Устройство радиоуправления, изобретенное Джоном Хейсом Хаммондом-младшим, установлено на линкоре USS Айова (1922)

Во время Первой мировой войны американский изобретатель Джон Хейс Хаммонд-младший разработал много методов, используемых в последующем радиоуправлении, включая разработку дистанционно управляемых торпед, кораблей, систем противодействия помехам и даже системы, позволяющей его дистанционно управляемому кораблю нацеливаться на прожекторы противника.[6] В 1922 году он установил аппаратуру радиоуправления на устаревший линкор ВМС США. USS Айова чтобы его можно было использовать как целевой корабль[7] (потоплен в ходе артиллерийских учений в марте 1923 г.).

Советский Красная армия используется с дистанционным управлением телетанки в 1930-е годы в Зимняя война против Финляндия и выставили не менее двух батальонов телетанков в начале Великая Отечественная война. Управление телетанком осуществляется по радио с контрольного танка на расстоянии 500–1 500 м, два из которых составляют телемеханическая группа. Также в Красной Армии были дистанционно управляемые катера и экспериментальные дистанционно управляемые самолеты. В 1930-е гг. объединенное Королевство разработал радиоуправляемый Матка, беспилотный летательный аппарат Tiger Moth с дистанционным управлением для флот Практика артиллерийской стрельбы. В Матка был заменен одноименным Королева Оса, специально созданный самолет-мишень с более высокими характеристиками.

Вторая мировая война

Дальнейшее развитие радиоуправление получило во время Второй мировой войны, в первую очередь Немцы кто использовал это в ряде ракета проекты. Их основным усилием была разработка радиоуправляемые ракеты и планирующие бомбы для использования против судоходства, цель, в противном случае трудно и опасно атаковать. Однако к концу войны Люфтваффе имел аналогичные проблемы при атаке союзников бомбардировщики и разработал ряд радио управляемый командой зенитные ракеты, ни один из которых не обслуживался.

Эффективность Люфтваффе системы, в основном состоящие из серии Telefunken Funk-Gerät (или FuG) 203 Кель двухосные передатчики с одним джойстиком, установленные в самолете, выполняющем развертывание, и спутник Telefunken FuG 230 Straßburg приемник размещен в боеприпасе для управления во время развертывания и используется обоими Фриц Икс безмоторные, бронированные противокорабельные бомбы и механические Henschel Hs 293 управляемая бомба, была значительно уменьшена Британский попытки заглушить их радиосигналы, в конечном итоге с помощью Америки. После первых успехов британцы запустили ряд коммандос рейды по сбору ракетных радиостанций. Затем на британские корабли установили глушители, и оружие практически перестало работать. Затем немецкие команды разработчиков обратились к проводное руководство как только они поняли, что происходит, но системы не были готовы к развертыванию, пока война не перешла в Франция.

Немец Кригсмарине управляемый FL-Boote (ferngelenkte Sprengboote) которые были радиоуправляемыми моторные лодки снаряжен взрывчаткой для атаки вражеских кораблей с 1944 года.

И британцы, и США также разработали системы радиоуправления для аналогичных задач, чтобы избежать огромных зенитных батарей, установленных вокруг немецких целей. Однако ни одна система не оказалась пригодной для использования на практике, и единственное крупное усилие США - Операция Афродита, оказался гораздо более опасным для пользователей, чем для цели. Американец Азон управляемые боеприпасы свободного падения, однако, оказались полезными как в Европейский и CBI Theaters Второй мировой войны.

Системы радиоуправления той эпохи были в основном электромеханическими по своей природе, с использованием небольших металлических «пальцев» или «пальцев».камыши "с разными резонансный частоты, каждая из которых будет работать на одной из множества различных реле когда была получена определенная частота. Реле, в свою очередь, затем активируют различные приводы действующие на рули ракеты. Радиопередатчик контроллера будет передавать разные частоты в ответ на движения ручки управления; обычно это были сигналы включения / выключения. Радиоприемник, используемый для управления функцией руля направления на разработанных в США Азон Однако управляемая артиллерийская установка была полностью пропорциональной, с «элеронами», находившимися исключительно под контролем бортового гироскопа, служившими просто для предотвращения качения артиллерийских орудий.

Эти системы широко использовались до 1960-х годов, когда все более широкое использование твердое состояние системы значительно упростили радиоуправление. Электромеханические системы, использующие герконовые реле были заменены аналогичными электронными, и продолжающаяся миниатюризация электроники позволила больше сигналов, называемых каналы управления, которые должны быть упакованы в одну упаковку. В то время как ранние системы управления могли иметь два или три канала, использующих амплитудная модуляция, современные системы включают 20 и более, использующих модуляция частоты.

Радиоуправляемые модели

Основная статья: Радиоуправляемая модель
Мальчик управляет своей радиоуправляемой лодкой в Истад марина 2019.

Первое общее использование систем радиоуправления в моделях началось в начале 1950-х годов с одноканальным оборудованием собственного изготовления; коммерческое оборудование появилось позже. Появление транзисторы значительно снизили требования к батареям, так как требования по току при низком напряжении были значительно уменьшены, а батарея высокого напряжения была устранена. Как в ламповых, так и в ранних транзисторных наборах управляющие поверхности модели обычно управлялись электромагнитным спусковой механизм управление накопленной энергией в петле с резиновой лентой, что позволяет легко включать / выключать руль направления (правый, левый и нейтральный), а иногда и другие функции, такие как скорость двигателя.[8]

Кристалл-управляемый супергетеродинные приемники с лучшей селективностью и стабильностью управляющее оборудование стало более функциональным и с меньшими затратами. Многоканальные разработки были особенно полезны для самолетов, которым действительно требовалось как минимум три управляющих параметра (рыскание, тангаж и скорость двигателя), в отличие от лодок, которым требовалось только два или один.

Когда произошла революция в электронике, схема одноканального канала стала избыточной, и вместо этого радиостанции обеспечивали потоки пропорционально кодированных сигналов, которые сервомеханизм мог интерпретировать, используя Широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Совсем недавно high-end хобби системы, использующие Импульсно-кодовая модуляция (PCM) на рынке появились функции, обеспечивающие компьютеризированный цифровой кусочек -stream сигнала на принимающее устройство вместо прежнего типа кодирования PWM. Однако даже при таком кодировании потеря передачи во время полета стала более распространенной.[нужна цитата ]отчасти из-за того, что общество становится все более беспроводным. Некоторые более современные приемники FM-сигналов, которые все еще используют кодирование "PWM", могут, благодаря использованию в них более совершенных компьютерных микросхем, синхронизироваться и использовать индивидуальные характеристики сигнала только излучения конкретного RC-передатчика PWM-типа. , без требуется специальный «код», передаваемый вместе с управляющей информацией, поскольку кодирование PCM всегда требовалось.

В начале 21 века 2,4 гигагерца расширенный спектр Системы управления RC все чаще используются для управления моделями транспортных средств и самолетов. Теперь эти системы 2,4 ГГц производятся большинством производителей радиостанций. Эти радиосистемы стоят от пары тысяч доллары, вплоть до менее 30 долларов США для некоторых. Некоторые производители даже предлагают комплекты для переоборудования старых цифровых приемников и радиоприемников на 72 МГц. В связи с появлением множества RC-систем с расширенным спектром диапазона 2,4 ГГц обычно используются "частотно-гибкий" режим работы, например FHSS которые больше не остаются на одной установленной частоте во время использования, старые положения об "исключительном использовании" на модельных площадках полета, необходимые для управления частотой систем управления RC в УКВ-диапазоне, для систем RC в УКВ-диапазоне, которые использовали только одну заданную частоту, если не обслуживались изменить его, не так обязательны, как раньше.

Современные военные и аэрокосмические приложения

Основные статьи: Командное руководство и БПЛА
Этот радиоуправляемый самолет несет масштабную модель Локхид Мартин Х-33 и принимает участие в НАСА исследование.

Военные приложения дистанционного управления, как правило, не относятся к радиоуправлению в прямом смысле, непосредственно управляют поверхностями управления полетом и настройками мощности двигателя, а вместо этого принимают форму инструкций, отправляемых полностью автономный компьютеризированный автопилот. Вместо сигнала «повернуть налево», который применяется до тех пор, пока самолет не летит в правильном направлении, система отправляет единственную инструкцию, которая гласит «летите в эту точку».

Некоторые из наиболее ярких примеров дистанционного радиоуправления автомобилем - это Марсоходы Такие как Соджорнер.

Промышленное радиоуправление

Сегодня радиоуправление используется в промышленности для таких устройств, как накладные. краны и подстанция локомотивы. Контролируется радио телеоператоры используются для таких целей, как инспекции, а спецтехника для снятия с охраны бомбы. Некоторые устройства с дистанционным управлением свободно называют роботы, но их правильнее отнести к категории телеоператоров, поскольку они не работают автономно, а только под управлением оператора-человека.

Промышленным радиоуправлением может управлять либо человек, либо компьютерная система управления в помещении. машина к машине (M2M) режим. Например, автоматизированный склад может использовать радиоуправляемый кран, управляемый компьютером, для извлечения определенного предмета. Промышленное радиоуправление для некоторых приложений, таких как подъемное оборудование, во многих юрисдикциях должно иметь отказоустойчивую конструкцию.[9]

Промышленные пульты дистанционного управления работают иначе, чем большинство потребительских товаров. Когда приемник принимает радиосигнал, посланный передатчиком, он проверяет его на правильность частоты и соответствие всех кодов безопасности. После завершения проверки получатель отправляет инструкцию реле который активирован. Реле активирует функцию в приложении, соответствующую кнопке передатчика. Это может привести к включению электрического направленного двигателя в мостовой кран.В приемнике обычно есть несколько реле, а в таком сложном, как мостовой кран, возможно, требуется до 12 или более реле для управления всеми направлениями. В приемнике, который открывает ворота, часто бывает достаточно двух реле.[10]

Промышленные пульты дистанционного управления предъявляют все более высокие требования к безопасности. Например: пульт дистанционного управления может не потерять функции безопасности в случае неисправности.[11] Этого можно избежать, используя резервные реле с принудительными контактами.

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ https://books.google.co.uk/books?id=fNjgCgAAQBAJ&pg=PA87&dq=Wilson+1897+Torpedo&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwjboIC19ZLmAhVgRBUIHTX8AzYQ6AEIRzAE#seqv8AzYQ6AEIRzAE#Seqv6AEIRzAE#Seqv6AEIRzA8
  2. ^ Тапан К. Саркар, История беспроводной, Джон Уайли и сыновья, 2006 г., ISBN  0-471-71814-9, п. 276-278.
  3. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2006-11-11. Получено 2006-12-30.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  4. ^ Саркар 2006, стр.97
  5. ^ Нотон, Рассел. «Дистанционно пилотируемые летательные аппараты». www.ctie.monash.edu.au. В архиве из оригинала от 08.12.2006. Получено 2006-12-30.
  6. ^ «Джон Хейс Хаммонд младший - Программа Лемельсона-Массачусетского технологического института». lemelson.mit.edu. В архиве из оригинала на 24.08.2017. Получено 2017-12-13.
  7. ^ «Береговой линкор № 4 (бывший военный корабль США Айова, линкор № 4) - как корабль-цель, 1921–1923». Онлайн-библиотека избранных изображений: США. ВМФ. Командование морской истории и наследия. 13 апреля 2003 г. В архиве из оригинала от 09.02.2010. Получено 21 мая 2012.
  8. ^ http://www.rcmodelswiz.co.uk/users-basic-guide-to-radio-control-systems В архиве 2015-04-03 на Wayback Machine RC Models Wiz: Основное руководство по системам радиоуправления.
  9. ^ Autec srl. "Безопасность радиоуправления" (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 10.03.2015. Получено 18 ноября 2013.
  10. ^ Tele Radio AB. «Что такое промышленный пульт». В архиве из оригинала от 22.10.2014. Получено 14 ноября 2014.
  11. ^ «Резервные схемы | Промышленные пульты дистанционного управления». Промышленные пульты дистанционного управления. 2016-05-03. В архиве из оригинала от 27.12.2017. Получено 2017-06-12.

дальнейшее чтение

  • Билл Йенн, Атака дронов: история беспилотного воздушного боя, Zenith Imprint, 2004, ISBN  0-7603-1825-5
  • Лоуренс Р. Ньюком Беспилотная авиация: краткая история беспилотных летательных аппаратов, AIAA, 2004 г., ISBN  1-56347-644-4,