Бесекерский В.А., Елисеев А.А., Небылов А.В. и др. Радиоавтоматика. Под ред. В.А.Бесекерского (1985)

ББК 32.95 Р 15 РДК 521 37739 (075) В. А ВЕСЕКЕРСКИЙ, А. А. ЕЛИСЕЕВ, А. В. НЕВЫЛОВ, А. А. ОВОДЕНКО, Н П ПОЛЯКОВ Рецензенты: кафедра радиотехнических систем Рязанского радиотехнического института (зав. кафедрой доц. Н. Г. Духанин)р зав. кафедрой Московского авиационного института им. С. Орджоникидзе, проф.. д-р техн.

наук В. Т. Фролкин Радиоавтоыатиказ Учеб. пособие для студ. вузов спец. Р 15 «Радиотехиика»1В. А. Бесекерский, А. А. Елисеев, Л. В. Небылов и др.; Под ред. В. А. Бесекерского.— М.; Высш. шк., 1985.— 271 с., ил. В перл 90 к. В кинге приведены основные понятия и определения радиоавтоматики. описаны элементы автсматнческих систем н типовые системы; иапо>каин методээ аналиаа и синтеза непрермвных линезиых стационарнык и иестационарных систем управления и регулирование, нелинейных н дискретных систем; даны сведеияя па адаптивным, комплексным и робастиым системам.

2404000000 — 457 ББК 52.96 Р ош (щ) 65 КБ — 5 — э9 — 65 ЕФЕ.В © Издательства «Высшая школаэ, 1985 ПРЕДИСЛОВИЕ Важность развития автоматических сисзем отмечается во многих руководяших документах — Программе КПСС, решениях съездов КПСС, постановлениях партии и правительства. Совершенствование технологии и повышение производительности труда во всех отраслях народного хозяйства — это важнейшие задачи технического прогресса нашего общества, а их решение возможно лишь при широком внедрении автоматических систем.

Это относится и к системам радиоавтоматики, так как без их развития и совершенствования невозможно достижение высоких характеристик современной радиоаппаратуры. Настоящее пособие соответствует действующей программе курса «Радиоавтоматика», утвержденной МВ и ССО СССР. При написании пособия авторы опирались на опыт преподавания данного курса в ленинградских вузах. Особое внимание в книге уделяется рассмотрению элементов и устройств радиоавтоматики, а также использованию приводимых сведений при расчете конкретных радиотехнических систем.

Гл. 1, 2 и 6 написаны Н. П. Поляковым, гл. 3 — А. А. Елисеевым, гл. 4 — А. А. Оводенко, гл. 5 — В. А. Бесекерским, гл. 7 и 8— А. В. Небыловым. Авторы выражают благодарность рецензентам: зав. кафедрой Московского авиационного института проф. В. Т. Фролкину„доц. В. И. Самойленко, Г. Ф. Коновалову, В. Н. Алехину, зав. кафедрой Рязанского радиотехнического института доц. Н. Г.

Луканину и доц. 1О. Н. Гришаеву, а также коллективам этих кафедр за полезные советы, способствовавшие улучшению учебного пособия. Отзывы о книге просим направлять по адресу: 101430, Москва, ГСП-4, ул. Неглинная, 29/14, издательство «Высшая школа». Авторы г" з»к, ан вввдвнив Радиоавтоматика охватывает широкий класс автоматических систем, применяемых в различных радиотехнических комплексах, служащих для радиоуправления, радионавигации, радиолокации, радиосвязи.

Особенностью таких систем является использование для управления радиосигналов. Их сходство с автоматическими системамн других назначений определяется общностью многих элементов, из которых строятся эти системы (усилительно-преобразовательные элементы, исполнительные элементы, корректирующие средства, управляющие ЭВМ и др.), а также единством теории. Теория радиотехнических систем управления практически совпадает с общей теорией автоматического управления, которая, в свою очередь, является ветвью кибернетики — науки об общих законах управления и обработки информации. Начало теории автоматического регулирования, а впоследствии теории автоматического управления было положено двумя ра«ютами профессора Петербургского технологического института И.

А. Вышнеградского «Об общей теории регуляторов» (!876) и «О регуляторах прямого действия» (1877). Эти работы были посвящены регулированию паровых машин, и на начальной стадии теория автоматического регулирования развивалась применительно к первичным двигателем. В дальнейшем автоматическое регулирование стало применяться для объектов различного назначения и устройстпа (механических, гидравлических, электрических, электронных, радиотехнических и др.), а впоследствии и для управления предприятиями, коллективами людей, отраслями производства, экономикой в целом и др. В этих случаях термин «регулирование» был заменен на «управление». Важную роль в становлении теории автоматического управления сыграли работы советских ученых А. А.

Андронова, А. Н. Колмогорова, В. С. Кулебакина, Б. Н. Петрова, Е. П. Попова, В. В. Солодовникова, В. С. Пугачева, А. А. Вавилова, Я. 3. Цыпкина и др. В развитии радиоавтоматпки большое значение имеют работы В. И. Сифорова, Г. П. Тартаковского, В. И. Тихонова, Б. Х. Кривицкого, Р. Л. Стратоновича, С. В. Первачева, Л. С.

Гуткина, В. А. Левина и др. Рассматривая в ретроспективе общую тенденцию в развитии теории автоматического управления н регулирования, можно заметить, что на ранних стадиях главенствовал детерминистский подход, когда входные воздействия, полезные и возмущающие, задавались в виде известных функций времени. При этом, конечно, нельзя было гаран- тировать, что в реальной системе все будет происходить подооным ооразом. Затем стали использовать статистический подход, когда воздей* ствпя считали случайными функциями времени, но с известными характеристиками.

Для линейных систем задание корреляционных функций или спектральных плотностей воздействий позволило не только решить задачу оценки точности рассматриваемой системы автоматического управления, но и спроектировать ее оптимальным образом для получения экстремального (чаще всего минимального) значения некоторой оценки точности. Для нелинейных систем строгое решение задачи требовало знания законов распределения в виде, например, известных плотностей вероятности воздействий. Статистический подход обусловил появление большого числа работ, посвященных решению проблемы оптимального построения систем автоматического управления. Были разработаны критерии качества (критерии оптимальности) в виде функционалов, которые следовало минимизировать в процессе синтеза системы.

Оптимальные методы проектирования характерны не только для области автоматического управления и регулирования. Эти методы находят в настоящее время применение практически во всех областях науки, техники, экономики. Однако некоторые нерешенные проблемы затрудняют пока использование оптимальных методов управления в ряде практических случаев. Следует отметить, что решение задачи оптимизации требует зна. ния априорной информации о воздействиях в системе, а именно знания их статистических характеристик (корреляционных функций, спектральных плотностей, функций распределения и др.). Причем принимаемые в процессе синтеза статистические характеристики могут значительно отличаться от характеристик реальных воздействий.

Поэтому многие методы оптимального синтеза можно использовать только в тех случаях, когда есть уверенность в том, что принимаемые в расчете статистические характеристики сигналов близки к действи* тельным. В принципе эту трудность можно преодолеть, расширив задачи оптимизации путем включения в нее вопросов автоматического определения статистических характеристик входных воздействий, для которых потом решается задача оптимального управления, либо посредством использования методов адаптивного управления.

В последнем случае статистические характеристики входных воздействий в явном виде можно и не определять. Однако практика показала, что такое решение задачи оптимизации приводит, как правило, к большому усложнению системы управления, что затрудняет ее эксплуатацию и снижает надежность работы. Одно из решений этой проблемы закл|очается в использовании так называемых робастных систем управления (гобиз~ — крепкий, сильный, прочный). В этот термин вкладывается смысл грубости системы, т, е.

малой чувствительности ее к форме спектров или к виду корреляционной функции, илн к закону распределения (4) случайных входных воздействий. Это позволяет строить системы при наличии неполной априорной информации как о входных воздействиях, так и о свойствах самих объектов управления. При этом система автоматического управления может иметь несколько худшие точностные показатели по сравнению с оптимальной, построенной для случаи полной априорной информации, но появляется гарантия приемлемой работы системы в любой возможной ситуации. Технические средства, используемые при создании систем автоматического управления, в последнее время достигли значительного прогресса вследствие бурного развития электронной техники. Особые успехи как в СССР, так и за рубежом были достигнуты в микроэлектронике, являющейся базой для создания современной усилительной аппаратуры, электронных вычислительных машин, периферийных устройств и средств автоматизации.

Успешная разработка и организация серийного производства больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), в которых на площади в несколько квадратных миллиметров размещаются тысячи элементов, открывают новые перспективы в создании, совершенсгвовании и использовании цифровых автоматических систем.

Современные цифровые управляющие вычислительные машины и устройства при большой миниатюрности и малом потреолении энергии способны перерабатывать большие массивы информации, обеспечивая при этом весьма высокое быстродействие (десятки и сотни миллионов операций в секунду) И9, 261. Теория работы систем управления с использованием цифровых вычислительных машин и цифровых устройств в настоящее время достаточно хорошо развита и позволяет использовать как оптимальные, так и робастные методы цифрового управления объектами самого различного вида.

Большие вычислительные и логические возможности современных микроЭВМ имеют особое значение для создания систем автоматического управления, работающих по гибким программам. Примером могут служить роботы-манипуляторы, особенно адаптивные роботы- манипуляторы, способные выполнять не одну, а множество операций без необходимости перестройки заложенной в ннх программы.