Достоинства и недостатки радиомодельных аналоговых и цифровых систем можно лучше оценить путем сопоставления обеих систем, а именно пропорциональность отслеживания, устойчивость нейтрали, время срабатывания и другие приводятся ниже.
| Аналоговая система | Цифровая система |
| Конструкция | |
| Проще, содержит 30—35 транзисторов. Стоимость аппаратов обеих систем примерно одинакова. Разница в цене зависит от трудоемкости исполнения и трудности регулирования контуров. | Более сложна, содержит свыше 50 транзисторов (или соответствующее число интегральных схем). Применение управляемых выпрямителей и тому подобных элементов позволяет уменьшить число полупроводников в схеме на 50%. |
| Надежность действия | |
| Имеет меньше деталей, особенно выполняющих интегрирующие функции. Устойчива к посторонним помехам. | Несмотря на большее число деталей, могущих выйти из строя, вид их работы (только состояния «Включено — Выключено») увеличивает надежность. |
| Техническое обслуживание | |
| Легче благодаря относительной простоте конструкции (это устройство может регулировать и содержать в порядке радиомоделист средней квалификации). | Ввиду наличия элементов, критичных для интегрирующей функции, их надо регулировать в хорошо оборудованной электронной лаборатории. |
| Приводы рулей | |
| Не предъявляют особых требований, хотя желательна свободная подвеска толкателей или ручек управления, чтоб они работали без больших потерь на сопротивление трения. | Не выдвигают особых требований. Большая мощность, развиваемая исполнительными механизмами при малых величинах сигнала погрешности. Невысокие требования к трению в подвеске рулей. |
| Пилотажные свойства | |
| Очень близки к таковым у цифровой системы, хотя несколько иная пилотажная техника связана с более медленной реакцией исполнительных механизмов на малые сигналы погрешности. | Начинающему радиомоделисту легче овладеть именно этой системой, но это признается не всеми. |
| Свойства исполнительных механизмов | |
| Исполнительные механизмы нуждаются в больших емкостях в фильтрах на входе их усилителей. Это вызывает замедленные реакции при малых движениях ручки управления (например, на стадии приземления). Этот недостаток может быть компенсирован пилотажным опытом радиомоделиста. Мягкие приводы рулей тоже увеличивают диапазон замедлений реакций рулей при резких изменениях состояний полета — под действием аэродинамических нагрузок. | Реагируют быстрее и более стабильны в сохранении положения руля независимо от его нагрузки и сопротивлений приводов рулей. Тут мы говорим о скорости реакции (исполнительности) механизма, а не о скорости движения руля. Разумеется, под нагрузкой исполнительные механизмы обеих систем становятся более медлительными, но исполнительный механизм цифровой системы всегда быстрее начинает свою работу. |
В общем, можно сказать, что хороши обе системы. Цифровая система имеет дополнительные достоинства при точных полетах с фигурами высшего пилотажа (быстрее срабатывают исполнительные механизмы). Аналоговая же система более помехоустойчива (речь идет о радиопомехах) ввиду наличия вспомогательной несущей частоты и дискриминаторов. С другой стороны, аналоговые системы более склонны к самопроизвольным перемещениям положения нейтрали рулей под влиянием изменений температуры окружающей среды (виду работы усилителя исполнительного механизма в классе А). Этот недостаток можно компенсировать путем применения термисторов и кремниевых транзисторов.
Цифровая система применяется охотнее всего радиомоделистами, принимающими участие в соревнованиях и занимающимися дистанционно управляемыми спортивными моделями (они имеют в своем распоряжении больший выбор дополнительных операций управления). Недостатком системы является то, что, несмотря на исключительно малую чувствительность к помехам, вызываемым преднамеренно или случайно, они все же могут приниматься в качестве информации для модели. Поэтому несколько лет назад начали снабжать приемные устройства, работающие в цифровой системе, схемой защиты, вызывающей автоматический возврат всех рулей в нейтраль и понижение скорости вращения приводного двигателя в случае обнаружения какого-либо повреждения в передатчике или приемнике.
Схемами защиты снабдили все аппараты цифровой системы еще в первый период их появления. С 1965 г. эти аппараты начали упрощать, лишив их схем защиты. С 1968 г. все подобные аппараты заводского изготовления стали выпускать без схем защиты. Раньше такие схемы защиты имели и аппараты фирмы Grundig «Digital-14» и фирмы Metz «Digiprop». Опыт показал, что можно обойтись без схемы защиты. Однако в 1972 г. снова появились схемы защиты в качестве приставок к приемникам.
С другой стороны, цифровые исполнительные механизмы менее чувствительны к влияниям температуры. Генератор сравнивания импульсов положения руля в исполнительном механизме может повторить работу генератора импульсов в передатчике. Однако поскольку цепь, питающая микроэлектродвигатель исполнительного механизма, может быть только включенной или выключенной, то она нечувствительна к помехам. Это вытекает из того факта, что в обоих состояниях (включенном и выключенном, т. е. открытом и закрытом) транзистор менее восприимчив к влияниям температуры и колебаниям напряжений и токов питания, чем при работе в качестве линейного усилителя в дискриминаторе с электрическими фильтрами.
Точность управления
Большинство ведущих радиомоделистов считают достаточным деление полного отклонения руля на 20 отрезков, что дает точность передачи сигналов управления порядка 2,5%. Эту точность можно получить уже при средней оснащенности техническими средствами. В настоящее время аппараты заводского изготовления для пропорционального управления обеспечивают управление (под нагрузкой от 0,45 до 0,6 кг) с точностью до 1% и центрирование рулей с точностью до 0,5% с учетом механических зазоров (люфтов).
Однако следует добавить, что точность установки руля в исполнительных механизмах с интегральными схемами практически равна от 0,28 до 0,3%. Конечно, можно получить еще более хорошие показатели, почти близкие к нулю. К сожалению, тогда исполнительные механизмы не останутся в покое, а будут вибрировать, потребляя большой ток. Поэтому точность около 0,3% является практическим пределом, достижимым при нынешних технических возможностях.
Надежность работы
Большинство современных устройств для дистанционного управления, в том числе для пропорционального, имеет, по существу, простую конструкцию. Это означает, что они должны быть абсолютно надежными, тем более, если они не содержат никаких механических элементов, например всякого рода реле. Однако следует помнить, что каждый электронный элемент может подвести. Чем больше узлов содержит данная схема, тем больше вероятность того, что все устройство откажет в работе. Возможность ошибок при сборке устройства и повреждений при его эксплуатации возрастает пропорционально квадрату числа узлов (деталей), используемых в данном аппарате (если узлов вдвое больше, то неполадок может быть вчетверо больше).
Поэтому не рекомендуется слишком увеличивать число деталей в устройстве. Достижение стопроцентной надежности работы управляющих устройств практически невозможно, причем аппараты для пропорционального управления тоже не являются исключением. Повышение общей надежности достигается, главным образом, путем применения элементов возможно самого высокого качества (к сожалению, такие элементы и самые дорогие), а также работой в условиях без критических перегрузок.
Чтобы оградить себя от неприятностей, связанных с влиянием температуры, стали повсюду применять кремниевые транзисторы и диоды. Большое внимание уделяют также мгновенным потерям радиосвязи, значительно влияющим, как уже говорилось, на правильность работы аппаратуры пропорционального управления (в случае обычных схем многоканального управления с простой селекцией это не имеет большого значения, поскольку эти схемы не нуждаются в непрерывной передаче сигналов). Этим мгновенным потерям связи стараются противодействовать применением соответствующих антенн и увеличением мощности передатчиков.
В моделях, предназначенных для специальных целей, можно иногда встретить удвоение или даже утроение числа управляющих аппаратов или их элементов, что значительно увеличивает надежность действия системы. Но такое решение, прежде всего, сложно и дорого.
Результаты экспериментальных испытаний шестиканальных аппаратов (частоты каналов от 540 до 2340 Гц) показали, что на 2810 последовательных включений было всего лишь семь случаев ошибочного срабатывания двух каналов. При этом запаздывание срабатывания первичных реле составляло лишь 0,1—0,2 с. Анализ показал, что в 70% этих случаев запаздывания срабатывания были вызваны электронными элементами, а в 30% — механическими. Надежность работы передатчика в течение шестиминутной работы на старте оказалась равной 98% (два дефекта на 100 стартов), а приемника — 98,6%. Удвоение приемной аппаратуры увеличивает надежность ее работы до четырех случаев аварии на 10 000 стартов.
Общая характеристика надежности работы управляющих устройств в зависимости от времени характеризуется в первом периоде большим числом аварий, вызываемых отсутствием опыта у радиомоделиста, а затем — резким ростом надежности до момента вторичного появления аварий, являющихся уже следствием усталости материалов и старения конструктивных элементов аппаратов.
Из анализа помех следует, что число ошибок при формировании и передаче управляющих сигналов на модель не превышает 10%, а ошибочных команд, вызываемых техническими причинами, практически не бывает.
Добавим еще, что сборные элементы в порядке убывающей надежности можно расположить следующим образом: интегральные схемы, катушки и конденсаторы, непроволочные сопротивления, трансформаторы и дроссели, диоды, потенциометры, транзисторы, конденсаторы переменной емкости, электромагнитные реле, электрические микродвигатели, стрелочные измерительные приборы и, наконец, электронные лампы.
Рассмотрим, как влияло на повышение надежности работы управляющих аппаратов введение новых элементов. Ламповые схемы до 1960 г. имели среднюю продолжительность надежной работы в передатчиках и приемниках один час, в шифраторах и дешифраторах — тоже один час. Полупроводниковые схемы имели в 1965 г. надежность работы в передатчиках и приемниках от 3,7 до 7,2 ч, а в шифраторах и дешифраторах — от 12,9 до 242 ч. Интегральные схемы имели в 1970 г. надежность работы соответственно в 72,5 и 1290 ч.
Проводились также следующие испытания надежности. Летающую радиомодель «Orion» с двигателем 7,5 см3 с цифровым аппаратом для пропорционального управления RCS «Digi Five» и с исполнительными механизмами «Orbit» решили испытать до разрушения. Эта модель выдержала 321 полет подряд по 10 мин каждый. Управляющая аппаратура осталась исправной и тогда, когда конструкция модели уже была полностью изношена, причем изношенными оказались уже и пластиковые элементы в модели, наконечники толкателей рулей и т. п.
Причиной чаще всего встречающихся неполадок цифровых аппаратов для пропорционального управления является преждевременное истощение батарей, питающих приемники и исполнительные механизмы. Несмотря на первоначальные предположения, причина неполадок заключается не в кадмиево-никелевых аккумуляторах. Суть дела заключается в неправильной установке исполнительного механизма регулирования двигателя, толкатель которого упирается в сопротивление (и должен иметь 1—2 мм люфта). Исполнительный механизм затормаживается, его микроэлектродвигатель тоже затормаживается и потребляет до 400 мА тока. Следовательно, при каждом затормаживании двигателя возрастает потребление тока. Еще хуже обстоит дело при противоположной установке исполнительного механизма. Тогда в течение всего полета с полным газом исполнительный механизм потребляет большой ток. Аналогично обстоит дело с закрылками для приземления и с убирающимся шасси. На практике исполнительные механизмы должны иметь люфты в обоих направлениях.
Достаточно частой причиной дефектов в полете является боязнь посторонних помех. Из-за этого моделисты заменяют кварцы каналов, путая их частоты. Впоследствии оказывается, что приемник и передатчик работают на различных частотах.
Важное значение имеет также падение уровня выходной мощности передатчика по мере истощения батареи питания. Выходная мощность изменяется пропорционально квадрату напряжения питания. Если напряжение батареи уменьшается вдвое (например, с 9 до 4,5 В), то выходная мощность приемника уменьшается в 4 раза (например, с 200 до 50 мВт), что влияет на качество работы устройства.
Дальность действия приемника снижают также узлы, завязанные на антенне, выполненной из мягкого провода, например, для ограничения ее перемещения в отверстиях корпуса. Эти узлы расстраивают антенну, а она в современных цифровых аппаратах является интегральной частью входного контура приемника. Даже узел на конце антенны может оказаться вредным.
Масло, содержащееся в остатках топлива для модели, тоже может быть причиной многочисленных помех в работе управляющей аппаратуры. Например, телескопические антенны в передатчиках имеют сопротивление между точкой их присоединения и верхом от 0,5 до 3 Ом (а должно быть 0 Ом). После года полетов без чистки контактных соединений в приемнике и исполнительных механизмах они безусловно будут замасленными, так что контакты становятся дефектными. Часто бывает достаточно несколько раз соединить и разъединить разъемы, и тогда аппарат уже начинает работать правильно. На кромках отверстий в гнездовой колодке остаются тогда черные каемки — остатки отвердевшего масла. Так следует поступать 2—3 раза в сезон. А с телескопической антенной всегда надо отходить подальше от выхлопного канала двигателя модели и тоже чистить ее регулярно.