Бесекерский В.А., Елисеев А.А., Небылов А.В. и др. Радиоавтоматика. Под ред. В.А.Бесекерского (1985) (1095884), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Упрощенная схема включения обмоток четырехобмолочного шагового двигателя показана на рис. 7.21, а, где и — управляющие импульсы; и! (!'=-1, 2, 3, 4) — импульсы напряжения на обмотках ста-' тора; ФИ вЂ” формировать импульсов; РИ вЂ” распределитель импульсов; УМ! — усилитель мощности. Формирователь импульсов преобразует входные импульсы произвольной формы в прямоугольные импульсы требуемой длительности. Распределитель импульсов преобразует единичный код в четырехфазную систему прямоугольных импульсов напри!кения, которая через усилители мощности подается наста- торные обмотки.
Соответствующие временные диаграммы представлены на рис. 7.21, б. При необходимости изменения направления вращения на распределитель импульсов подается сигнал реверснрования СР, изменяющий последовательность подачи импульсов в статорные обмотки. Усилители мощности для щаговых двигателей малой мощности, (десятки ватт) строят на транзисторах, а для силовых двигателей— на тиристорах.
Цифровые управляющие фильтры. Алгоритм работы линейного цифрового фильтра описывается рекуррентной формулой х, [п~ = ~~ б,.х [и — !1 — ~~~ агх, [и — 11, (7.87) ь=а ! =1 где х [и) и х,[п[ — числа на входе и выходе фильтра. В случае, когда все коэффициенты а! нулевые, фильтр называют нерекурсивным, в общем случае — рекурсивным. Формула (7.87) взаимно однозначно связана с дискретной передаточной функцией фильтра 0(г). Нерекурсивноыу фильтру соответствует дискретная передаточная функция, знаменатель которой тождественно равен единице, Алгоритм (7.87) можно реализовать либо схемными, либо программными средствами.
При схемной реализации строят узкоспециализированный вычислитель, содержащий соединенные в единой неперестраиваемой схеме элементы памяти, перемножители и сумматоры в количестве, зависящем от числа соответствующих операций в алгоритме (7.87). Программную реализацию производят на базе управляющей ЦВМ или микропроцессора, выполняющих вычисления по заданной программе. В обоих случаях при разработке цифрового фильтра должны быть оценены требования к быстродействию, количеству ячеек памяти и ширине разрядной сетки вычислителя или ЦВМ.
Они зависят не только от вида алгоритма (7.87) и свойств замкнутой системы в целом, но также от выбранной формы построения вычислительного алгоритма. Используются в основном четыре таких формы [2, !9, 13[. Прямая форма (рис. 7.22) требует 1+т элементов задержки. 239 Каноническая форма (рис. 7.23) позволяет уменьшить требуемое число элементов задержки до значения, равного максимальному из чисел 7 н ль Это объясняется отсутствием разделения на элементы за- Рис.
7.22 держки для входных и выходных величин — на одном и том же элементе производится задержка и тех и других. Последовательная (каскадная) форма (рис. 7.24) предполагает представление дискретной передаточной функции В (г) в виде произ- Рис. 7.23 ведения Е более простых дискретных передаточных функций обычно первого или второго порядка. Параллельная форма (рис. 7.25) является следствием представления функции 0(г) в виде суммы М более простых дискретных пере. даточных функций. Каждое из получающихся элементарных цифровых звеньев реализуется с использованием либо прямой, либо канонической формы. х .) Рис. 7.25 Рис. 7.24 Требуемое быстродействие вычислителя легко оценить исходя из необходимости выполнения всех арифметических операций, связанных с получением очередного выходного числа х, (и), в пределах одного периода дискретности Т (или определенной части периода ди- скретности в случае управляющей ЦВМ, работающей в режиме разделения времени).
Оно слабо зависит от формы построения вычислительного алгоритма и в основном определяется числом умножений при реализации алгоритма (7.87), равным )+ш. Выбор ширины разрядной сетки вычислителя является весьма сложной и ответственной задачей. Конечная ширина разрядной сетки проявляется в двух аспектах. Во-первых, коэффициенты разностного уравнения (7.87) представляются двоичными числами с конечным числом разрядов и, следовательно, округляются. Это приводит к изменению динамических свойств фильтра и даже может нарушить устойчивость системы. Во-вторых, результат каждого умножения операнда на коэффициент усекаегся или округляется, что аналогично эффекту квантования по уровню в АЦП или ЦАП и может быть учтено введением аддитивных шумов квантования. В [9) показано, что наиболее критичны к ограниченности разрядной сетки цифровые фильтры, реализованные в прямой или канонической форме, особенно при высоком порядке дискретной передаточной функции 0(г).
Предпочтительнее в этом смысле последовательная и параллельная формы. Самым достоверным методом исследования эффектов квантования и округления в вычислителе является моделирование на универсальной ЦВМ. Если порядок цифрового фильтра невелик, то прн ориентировоч- Рис, 7.26 ном расчете ширину разрядной сетки вычислителя можно взять на несколько двоичных разрядов большей, чем число разрядов в АЦП или ЦАП.
Цифровая система АСН. В качестве примера замкнутой цифровой системы радиоавтоматикн рассмотрим систему АСН, функциональная схема азимутального канала которой приведена на рис. 7.26. Угловое рассогласование между направлением на цель и равносигнальным направлением антенны измеряется аналоговым угловым дискриминатором Д, выходной сигнал которого через АЦ)7 поступает на цифровой фильтр ЦФ. Вырабатываемый им управляющий сигнал подается на шаговый электродвигатель ШД, который через редуктор Р с передаточным числом йр поворачивает антенну в требуемом направлении.
Работу шагового двигателя обеспечивают преобразователь П двоичного выходного числа управляющего фильтра в единичный код, т. е. в последовательность из х, управляющих импульсов, следующих снекоторым периодом Т», и схема управления СУ, усиливающая управляющие импульсы по мощности и распределяющая их по обмоткам шагового двигателя. Период следования управляющих импульсов Т» определяет максимальное возможное значение средней угловой скорости поворота антенны ар,з„". Действительно, если управляющие импульсы поступа- » зак. 56~ 241 ют на шаговый двигатель непрерывно, причем каждый импульс заставляет его ротор повернуться на величину шага Л р, то антенна будет поворачиваться со средней угловой скоростью ар,„— — А,Л~р!Т . Отсюда (7.88) Удовлетворяющее неравенству (7.88) значение Т» обычно оказывается существенно меньшим периода дискретности Т, с которым работают АЦП и цифровой фильтр.
Это позволяет при рассмотрении динамических свойств системы считать шаговый двигатель дискретным интегрующйм звеном (накопителем) с передаточной функцией )и',„и (г) = —,, Л$и работающим с периодом 7, а на структурной схеме системы из фактически имеющихся двух импульсных элементов с периодами Т и Тт учитывать лишь первый. Рис. 7.27 Структурная схема рассматриваемой цифровой системы АСН изображена на рис.
7.27, где авив азимут радиолокационной цели (задающее воздействие); ар,„ — угол поворота равносигнального направления антенны в азимутальной плоскости (управляемая величина); Ла — угловое рассогласование (ошибка); о — возмущающее воздействие, приведенное к входу углового дискриминатора; йи и й„— коэффициенты передачи углового дискриминатора и редуктора; о,— шум квантования по уровню в АЦП; б, — цена единицымладшегоразряда АЦП; В(г) и )Р' „(г) — дискретные передаточные функции цифрового фильтра и шагового двигателя (аи, яр,„, Ла, о — функции времени Г; х, и о,— решетчатые функции дискретного времени п).
Выбор параметров системы производят на основе методики, изложенной в 2 7.3, в такой последовательности. С учетом характеристик задающего и возмущающего воздействий, требований по точности, быстродействию и запасу устойчивости находят желаемую дискретную передаточную функцию разомкнутого контура системы и требуемую величину периода дискретности Т~. Принимая во внимание неравенство (7.88), выбирают период следования управляющих импульсов в схеме управления шаговым двигателем Тт, оценивают возможность выполнения условия Тт<=Т. Исходя из допустимой ошибки от квантования по уровню в АЦП, выбирают цену единицы его младшего разряда 8„ затем по формуле (7.83) определяют требуемое число разрядов в АЦП.
Наконец, по известным желаемой дискретной передаточной функции разомкнутого контура системы и дискретной передаточной функции неизменяемой части системы с использованием формулы (7.70) определяют дискретную передаточную функцию цифрового фильтра. С учетом выбранного ранее периода дискретности Т можно оценить требуе- 242 мое быстродействие цифрового вычислителя, на котором управляющий фильтр реализуется. Примеры других цифровых систем радиоавтоматики рассмотрены и [9, 13, 19). Использование микропроцессоров и микроЭВМ. Новые возможности для совершенствования систем радиоавтоматики, усложнения ,и оптимизации алгоритмов их функционирования появились в 70-х годах в связи с разработкой и началом массового производства микропроцессоров.
Характеристики радиотехнических систем, как и характеристики вычислительной техники, систем управления, в очень сильной мере зависят от конструктивного и технологического совершенства используемой нрн их построении элементной базы. Пройдя за несколько десятков лет путь от электронных ламп, транзисторов к интегральным схемам и, наконец, к большим и сверхбольшим интегральным схемам (БИС н СБИС), разработчики аппаратуры столкнулись с новыми проблемами. Высокие затраты на проектирование и технологическую подготовку производства БИС окупаются лишь при большом объеме их выпуска н ограниченной номенклатуре. Однако прн использовании узкоспециализированных БИС с неизменяемой структурой на практике требуется все большее число их типов с малым объемом выпуска.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
