Rad

1. Классификация систем РА

Системы РА – автоматические системы, кот. используются в радиотехнических системах.

По хар-ру задающего воздействия:

С-ы стабилизации (λ(t) – const #с-а авто стабилизации частоты и напряжения);

С-ы прогр. упр-я (λ(t) опис-ся детерм. ф-ей t #с-а упр-я антенной радиолокатора в режиме поиска);

Следящие с-ы (λ(t) – случ #с-а авто сопр-ия движ-ся объекта по напр-ю).

По пар-ру воздействия:

Фазовая (пар-р фаза) автоподстройка;

Частотная (частота);

Временная (врем. положение);

Угловая (направ-е прихода радиосигнала)

Взав-ти от хар-ра ур-ия:

Непрерыв. и дискрет.

Лин. и нелин.

Стац (пар-ры const) и нестац. (пар-ры меняются)

2. Системы АПЧ

Исп-ся д/стабил-ции частоты ген-в колебаний, д/поддержания const промеж. частоты сигнала, в кач-ве узкопол. фильтров, перестр-х по частоте…

Вх. Сигн. Uc(t) преобразуется в См на промежут частоту, усиливается УПЧ и поступает на послед каскады приемника. U с выхода УПЧ подается на ЧД. При появл-ии откл-ий Δω промеж частоты сигнала от ее номинал значения, кот совпадает с переходной частотой дискр-ра, на выходе дискр-ра возникает U, зависящее от величины и знака отклонения Δω. Вых. U, пройдя через ФНЧ, поступает на ПГ и изменяет его частоту так, чтобы исходное рассогласование Δω уменьшилось. В рез-те работы с-ы АПЧ промеж частота сигнала поддерживается близкой к центр. частоте УПЧ.

λ(t) – частота вх. сигнала, y(t) – частота колебаний гетеродина, ОУ – ПГ, ИУ – варикап.

U с выхода ФНЧ, приложенное к варикапу, изменяет C контура ген-ра и, сл-но, частоту ген-ра.

ωпр=ωс-ωг Δω=ωпр-ωпр0 ωс=ωс0+Δωс ωг=ωг0+Δωг Δω=Δωс-Δωг

3. Системы ФАПЧ

Кол-ия сигнала и ПГ (uc(t) и uг(t)) поступают на ФД. При рассогласии этих напряжений по фазе на выходе ФД появл-ся U, зависящее от величины и знака рассогл-ия. Пройдя через ФНЧ, Uвых дискр-ра изменяет частоту колебаний ПГ. Поскольку фаза кол-ий равна интегралу от его мгн. частоты , то при изм-ии частоты кол-ий гет-на будет меняться его фаза. Управ-ие частотой ПГ ведется до тех пор, пока частоты колебаний сигн. и гет-на не сравняются, а разность фаз не достигнет п/2.

uc(t)=Ucsinφc(t)

uг(t)=Uгcosφг(t) – полн. фазы кол-ий сигн и ПГ

φс(t)=φc0+∫0 ( )

На выходе ФД формир-ся U.

φ(t)=φc(t)-φг(t)

ФД перемножает напр-ия на его входе: д( ) = 2 г sin ( ). При φ=0 uс и uг сдвинуты по фазе на 90.

г( ) = г0 + ∫0 г( ) – переход от частоты ПГ к фазе ПГ, т.к. в ФД напряжения сигнала и ПГ сравниваются по фазе.

Операцию интегрирования на схеме отображает блок 1/p.

Прим-ся в кач-ве узкопол. следящих фильтров, в качестве демодуляторов сигналов с частотной и фазовой модуляцией, для стабилизации промежуточной частоты сигнала…

Достиг-ся еще и «привязка» фазы кол-ий сигн на промеж частоте к фазе кол-ий ОГ. Это позв-т проводить синхр. ампл. детект-ие вх. сигнала.

4. Системы автомат. сопровождения по направлению движ-ся объектов (ДО)

Полож-ие ДО опред-ся расстоянием D и направ-м из начала коор-т на этот объект. Направ-е на объект опред-ся азимутом и углом места.

Азимут – угол α, угол места – φ.

Измерение угловых координат ДО осущ-ся системой

АСН.

СП – 2канал. следящий привод, посредством которого осущ-ся поворот антенны в двух плоскостях. Пеленгационное уст-во, сост. из антенной сист. и приемника, в кот. проводится обработка принятого сигнала.

Современные системы АСН строятся как моноимпульсные с-ы, в кот измерение угл. к-т сопровожд-го объекта осущ-ся по одному отражму от объекта импульсу. В этом случае в антенной с-е форм-ся одновременно в каждой из плоскостей 2 остронапр-ые перекрыв-иеся ДН. При этом внутри ДН форм-ся равносигнальное направление, облад-ее. св-ом: при совпадении его с напр-м на объект, наз. линией визирования (ЛВ), напряж. на выходе дискриминатора равно нулю.

Амплитудный способ пеленгации: Исп-ся суммарно-разностный метод

Сформир-ые на выходе ант-волновод тракта сум. и разност-ое напр-ия поступают на соотв. каналы прием. у-ва, где преоб-ся по частоте, усился и подаются на АФД. В рез-те перемнож-я разност. напр-ия с сум-м в АФД на его выходе появл-ся const U, зависящее от величины и знака угл. рассогл-ия.

С-а АРУ раб-т по Uвых УПЧ сум. сигнала, позв-т ослабить влияние изм-ий ампл-ды сигнала на хар-ки пеленгатора.

АСН состоит из 2 след-их с-м, в кот λ(t) – азимут или угол места. y(t)

– угол, опред-ий полож-ие РСН. ОУ – антенна АСН

Ур-ие, опис-ее поведение угломер. следящей системы: = ц − а. Напряжение на выходе детектора: д( ) = (Θ) + ( , ).

Зависимость (Θ) выходного напряж. пеленгатора от рассогласования Θ называется пеленгационной хар-кой. Преобразование напряженияд( ) ФНЧ с операторным коэф передачи ф( ) опис. выраж.

ф( ) = ф( ) д( ).

5. Система АРУ

Эта с-а широко прим-ся в радиоприемных уст-х и предназначена для стабилизации уровня сигнала на выходе усилителей при большом динамическом диапазоне изменения входного сигнала.

Системы АРУ делятся на три вида: с обр.связью, без обр. связи и комбинированные.

Вход. напряж-е поступает на РУ (рег. усил-ль). Вых. напряж-е этого усил-ля детект-ся, усил-ся УПТ, проходит через ФНЧ и поступает в виде управ. напряж-я на усил-ль, изменяя его Ку. Завис-ть КУ усилителя вх. сигнала от управ. напряжения наз. регулир. хар-кой. Ее можно записать как: ( ) = 0 − .

Эффект стабил-ции uвых(t) достиг-ся засчет того, что с ростом uвых(t) увел-ся и uу(t), под д-м кот умен-ся КУ усил-ля вх сигнала, что приводит к снижению ур-я вых сигнала. Для того чтобы не снижать усил-е на слабых входных сигналах и начать упр-ие КУ усил-ля только при достиж-ии вх сигналом опред. уровня, в с-у АРУ подают uз. В резте uу появ-ся только в том случае, когда напр-ие с АД превысит uз. ФНЧ сглаживает сигнал

Напр-е на выходе системы: вых = ( ) вх = (0 − ) вх.

!!!6. Обобщ. структ. схема. Дискрим. хар-ка.

Штриховой линией обозначен дискриминатор. F(x)-безынерционное нелинейное звено. Звено с операторным коэффициентом передачи К(р) описывает преобразование uдис(t), происходящее в Ф и ГОС. Операторный КП K(p) зависит как от операторного КП фильтра Кф(р), так и от типа и пар-в управляемого ГОС. В АПЧ K(p)=Kф(p)*Sр, в

ФАПЧ K(p)= Kф(p)*Sр/p

Из обобщ. струк. схемы следует, что в ней выполняются соотн-ия:

( ) = ( ) − ( ),

( ) = ( )[( ) + (, )]. Если ошибка слежения достаточно мала, то дискр. хар-ку можно линеаризовать и записать в виде ( ) = д . В этом случае диф. ур. становится линейным и приним. вид:

[1 + д ( )]( ) = ( ) − ( )( ). Тогда:

Пользуясь обобщенными стр. схемами, можно с единых позиций рассмотреть ряд вопросов описания, анализа и синтеза систем радиоавтоматики безотносительно к их назначению.

Дискрим. хар-ка – зависимость детерминированной составляющей выходного напряж-ия дискр-ра F(x) от ошибки слежения x.

Дискрим. хар-ка имеет огр. раствор по оси х. Выход ошибки слежения за пределы раствора этой хар-ки приведет к размыканию следящей системы и срыву слежения. Чтобы система вошла в режим слежения, необх. уменьшить первоначальную ошибку, что достигается в процессе поиска значения отслеживаемого пар-ра сигнала.

Arg(K(jw))=ψ(w) опр-т ФЧХ. Опр-т зав-ть от частоты фаз. сдвига м-у вых и вх кол-ми.

!!!8. Импульсная переходная хар-ка

ИХ – отклик невозбужденной системы на воздействие в виде δ- импульса.

Если в A(t) y(t) B(t) (t) λ(t) заменить на δ(t), то y(t)=h(t):

A(t)h(t)=B(t)δ(t)

Преоб. Лапласа: A(p)h(p)=B(p)δ(p),

Отсюда: ( ) = (( )) ( ) = ( )( ). Но δ(p)=1, тогда h(p)=K(p) и( ) = 21 ∫0∞ ( )

Т.о., ИХ опр-ся с помощью обр. преоб-я Лапласа от ее ПФ. Усл-я: h(t)=0 при t<0 – усл. физ. Реализуемости;

∫0∞ ( ) < ∞ - усл. Устойчивости

!!!9. Условия устойчивости. Анализ устойчивости

Линейная система называется устойчивой, если при выведении её внешним воздействием из состояния равновесия она возвращается в него после прекращения этого воздействия.

Необходимо учитывать инерционные свойства каждого элемента. Фильтр ФНЧ имеет наибольшие инерционные свойства.

Системы устойчивы, если свободная составляющая движения yc(t) с течением времени затухает.

Система устойчива только тогда, когда все вещественные корни характеристического полинома A( p) a0 a1 p ... an pn 0 отрицательны, а все комплексные корни имеют отрицательные вещественные части.

Об устойчивости системы можно судить по корням знаменателя

передаточной функции. K ( p) B( p)

A( p)

10. Анализ устойчивости с помощью алг. критерия. Критерий устойчивости Гурвица

(1) Необходимым (но не достаточным) условием устойчивости системы является положительность всех коэффициентов характеристического полинома A( p) a0 a1 p ... an pn .

При положительности всех коэффициентов система мб устойчивой, но мб и неустойчивой. Если же не все коэффициенты положительны, то система наверняка неустойчива и никаких дополнительных исследований устойчивости не требуется.

Доказательство: A( p) an pn an 1 pn 1 ... a0 an ( p 1)( p 2 )...( p n )

Раскрыв скобки и приравняв коэффициенты при одинаковых степенях переменной p в левой и правой частях равенства, убеждаемся, что когда система устойчива, т.е. все i 0 , то все коэффициенты характеристического полинома положительны при an 0 .

(2) Для оценки устойчивости системы по критерию Гурвица необходимо из коэф-в хар. полинома составить квадр. матрицу: по главной диагонали записываем коэф-ты от an-1 до a0. Затем каждую