Непрерывные системы автоматики (Учебное пособие - Непрерывные системы автоматики), страница 4

ь(е) = га )а г — аснмптота горизонтальна; оге! < ог < сг сг. г(е) = ю)яг-нпаог7, — аснмггтота имеет наклон -20 дБ/дек.; Оэ > 03 гг' е(в) = 20 )а ь — 20 )к вт 20 )а вгт асиьатййв имеет на" клон — 40 дБ)дек. Результирующие ЛАЧХ н ЛФЧХ звеньев изображены парис.2.8. 3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ РАДИОАВТОМАТИКИ 3.1. Основные определении Функциональной схемой будем называть графическое изображение соединений функциональных узлов рассматриваемой системы. Каждый функциональный узел на такой схеме изображается в виде прямоугтптьника, а внутри прямоугольника указывается сокращенное название узла. Соединения узлов на функциональной схеме отражают реальные связи между этими узлами на принципиальной схеме. гквтому на входах и выходах функциональных узлов присутствуют реально существующие радиосигналы.

Структурной схемой будем называть графическое изображение математических преобразований, осуществляемых над отслеживаемым параметром в рассматриваемой системе. В виде прямоугольников на такой схеме изображаются звенья, внутри прямоугольника указывается его передаточная функция. Суьтмирутощие и сравниваклцие звенья иа структурной схеме изображаются в виде круга, разделенного на секторы (рис. 3.1). Поскольку структурная схема отражает лищь математические преобразования над отслеживаемым параметром и является как бы математической моделью системы, соединения узлов на структурной схеме отражают последовательность этих преобразований.

Она может иметь несколько входов. На основном входе структурной схемы — не радиосигнал, а отслеживаемый параметр, называемый задающим воздействием. =х(1)+1(1) — суммирующее звено у(1)=х(1)-Г(1) — сравнивающее звено Рис. 3.1 Прежде чем перейти к рассмотрению отдельных систем радио- автоматики, перечисленных вьлпе, рассмотрим вначале обобщенную функциональную и сгруктурную схемы.

которые отрахают общие черты всех частных схем. 3.2. Обобщсннаи функцивнальнан н структурнан схемы сис- тем радиоавтоматикн Обобщенная функциональная схема систем радиоавтоматики состоит из 3-х основных узлов: дискриминатора (Д), фильтра (Ф) н объекта управления (ОУ) (рис. 3.2). С выхода антенны радиосистемы или с выхода приемника на вход системы ралиоавтоматики поступает полезный радиосигнал Б, (1,Л) в смеси с шумовым или помеховым мешающим напряженнем П (1). Через Л[г) обозначен отслеживаемый параметр радиосигнала (задающее воздействие).

О~ Э'~ Входная смесь сигналов П,(г,Л)+Щг) поступает на один из входов дискриминатора. На второй его вход подается опорное напряжение у($,Л ), где через Л Щ обозначено измеренное системой ранее значение отслеживаемого параметра. Выходное напряжение фильтра х(1) или управляющее воздействие при использовании символической формы записи может быть определено как: х9) =%в(р) 0,(т,Ю~), где %в(р) — передаточная функция фильтра Ф. Это наиряженне является управляющим для объекта управления.

Обьект управления — это некоторое динамическое радиотехническое устройство, параметр которого Л (1) меняется при изменении управляющего воздействия х(г). Связь между Л*(1) и управляющим воздействием х(г) определяется передаточной функцией объекта управления в операторной форме %, (р): Л (1) = %„,(р) х(г) + Л,, где Л, — некоторое начальное значение регулируемого параметра. Сведем вмесге записанные вьлле математические соотношения.

ьЛ(г) =Л6) — Л'(г); г. П.(г,Ы) =К(Ы)+цг.лЛ); 3. х(~) %е(р) Ц,(г,ЬЛ); 4. Л*(г) =% (р) (1) Л,". Первые две строки отражают преобразования отслеживаемого параметра Л(1) в дискриминаторе. 3-я строка в фильтре, 4-я — в объекте управления. На основании этих математических соотношений можно изобразить обобщенную структурную схему систем радиоа»томатики (рис. 3.4): Упростим схему на рис. З.З: 1) заменим два последовательно соединенных звена с передаточной функцией %е(р) и %,(р) одним, с результирующей передаточной функцией $ %1(р)=%а(р)%„(р). 2) без ущерба для общности можно принять Л = О. 3) если принять, что бЛ мало, то есть работа происходит на линейном=участке характеристики дискриминатора, то его можно считать инерционным звеном с передаточной функцией: %д(р) = $ 1+РТл Если же Т„мала. и ею можно пренебречь, дискриминатор можно считать безинерционным звеном с коэффициентом передачи, равным его крутизне: %„(р) = 8„. Тогда выходное напряжение дискриминатора может быть записано: 0,(1.Ь) = Б,ф.

+ Щ. При сделанных предположениях обобщенная структурная схема системы радиоавтоматики примет вид (рис. 3.4): (3.3) Разомкнув цепь обратной связи в данной схеме, можем записать: 7~'(1) = (ЬХ 5, + 4(1)1%~(р). Ы(1) = Х(1) -Х (1) = ٠— ЫЗ,%~(Р) — Ц1)%~(Р). (3.1) Преобразовав (3 1), получим: ЬХ(1) = Х(1) — Ц1) =Ы (1) +ЬХс(1) . (32) 1+$,%~(р) 1+8,(р)%~(р) В общем случае (32) примет вид: ЬХ = — Х(1) — Ц1), 1 %~(р) 1+%(р) 1+%(р) где%(р) — передаточная функция разомкнутой системы: %(р) =% (р)%ь(р)%„(р).

Как следует из (32)и (З.З), ошибка сопровождения имеет две составляющие: динамическую ЬХд(1), которая является средним значением ошибки сопровождения, и флюктуационную ЛХф), которая является случайной составляющей ошибки сопровождения. Сомножитель перед Х(1) в (3.3) носит название передаточной функции по динамической ошибке: 1 'У (Р) = 1+В(р).

Сомномситель перед г(1) в (З.З) носит название передаточной функции по флюктуацнонной ошибке: ~у (р) %1(1) 1 Щ~( ) ЗЗ. Фуикциональиаи и структурнаи схемы системы ЧАП Назначение: автоматическое измерение и слоненке за частотой принимаемого сигнала в системах связи, Функциональная схема системы ЧАП приведена на рис.

3.5. На сигнальный вход системы ЧАП с выхода предварительных каскадов приемника поступает входной (в простейшем случае — гармонический) сигнал П(1,ш) (в смеси с шумом () (1) ). который подается иа СМ: Б(г.ш) =(), соз(ая — ~р,). Р.4) Обозначения рисунка 3.5: СМ вЂ” смеситель; УПЧ вЂ” усилитель промежуточной частоты; ЧД вЂ” частотный дискриминатор; Ф вЂ” фильтр; Уà — управляемый гетероднн.

Частота полезного сигнала а содержит некоторую полезную информацию н должна быть измерена следящей системой с помощью УГ. На второй вход СМ пес«уплат сигнал с выхода УГ: у(«,е ) =Б, соз(е„« — «р,). (3 5) Частота гетеродина е, сдвинута относительно оценки частоты входного сигнала а на фиксированное значение частоты е„ которую назовем номинальным значением промежуточной частоты: м,= е — е„~,. СМ в математическом смысле есть перемножитель подаваемых на него сигналов (3.4) и (3.5). На выходе СМ образуются две комбинационные составляющие — гармонические сигналы суммарной и разностной частот подаваемых сигналов. Сигнал суммарной частоты обычно фильтруется, а сигнал разностной или промежуточной частоты считается полезным и усиливается: . и («.«це)=и И " )«-(«р -М= =П.,соз((е-е)«+оз «-(«р«-«р)) = =Б .с ((а...+ЛоФ-(«р«-«рг)!.

(3.6) Можно сказать. что СМ выполняет функцию сравнения частот поступаемых сигналов, результат сравнения — ошибка сопровождения Ле= а- е. Математические операции, осуществляемые над параметром принимаемого сигнала в СМ, можно записать как: е«(«) =а(г) — е„(«) - е ~~)аь (3.«) Сигнал промежуточной частоты Ц («, е ) далее усиливается в УПЧ и поступает на вход ЧД. С математической точки зренш«УПЧ не осуществляет преобразований над параметром входного сигнала, Рассмотрим принцип работы ЧД на примере наиболее простой схемы ЧД с расстроенными контурами (рнс. 3.6) Обозначения рисунка: РУ вЂ” резонансный усилитель; АД вЂ” амплитудный детектор; ВЫЧ вЂ” устройспю вычитания напряжений.

РУт и РУт имеют идентичные частотные характеристики, но резонансные частоты их отличаются — одна сдвинута вверх относительно юч на фиксированное значение Лго,, а другая — вниз относительно а на то же значение Ьгяь. гца =гце + "М ю, =а -Лгсь. АД1 и Адз осуществляют выпрямление гармонических сигналов с выходов РУ, и РУв постоянные напряжения на их вьгходах $31 и Б2 пропорциональны амплитудам зтнх сигналов. которые зависят от реального значения в . В ВЫЧ осуществляется сравнение напряжений 0~(Лго) и $3з(Ьа) путем образования разницы Е(Лго) = Ц(Аго) — Бз(арго), которая является полезным напряжением дискриминатора Эта зависимосп Е(Лол называется характеристикой ЧД.

На рис. 3.7 пунктиром изображены частотные характеристики РУ1 и РУь сплошной линией — зависимость Е(арго). Ось частот иа рис. 3.8 имеет двойную оцифровку: либо в значениях частоты в, либо в значениях ошибки сопровождения Лв. в последнем случае начало координат соответствует (), а частоты настройки РУ~ и РУг — +Ьгсь и -Ьа, соответственно. Рис. 3.8 Крутизна характеристики ЧД есть наклон этой характеристики в,начале координат: зг На выходе ЧД, кроме полезного напряжения Х(Лш), всегда присутствует и флюктуационное напряжение с($, Лш), обусловленное наличием на входе системы шумового напряжения 0 (1): щ1,Л ) =гМш)+с(1,Лю).