Бондаренко В.Н., Тяпкин В.Н., Дмитриев Д.Д. и др. Радиоавтоматика. Под ред. В.Н.Бондаренко (2013) (1095885), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Основными областями их применения являются радиолокация и радионавигация, где они используются в качестве следящих измерителей угловых координат; радиоуправление крылатыми ракетами, а также радиосвязь (наведение направленных антенн).Введение7Основными задачами дисциплины являются изучение основ теорииавтоматического управления, принципов действия типовых систем РА, методов их анализа и синтеза.Задача анализа формулируется следующим образом. Заданы входныевоздействия: полезное – сигнал и мешающее – шум (возмущения, нестабильности).

Требуется определить тот или иной показатель качества (запасустойчивости, быстродействие, точность).Возможны два подхода к решению этой задачи: детерминированныйи статистический. При первом подходе полезное и мешающее воздействияподаются детерминированными (известными функциями времени), привтором – случайными, но с известными характеристиками (корреляционными функциями, спектральными плотностями, законами распределения).В первом случае анализ проще, однако нельзя гарантировать, что в реальной системе будут те же характеристики, поскольку не учитывается статистический характер воздействий.Обратимся теперь к задаче синтеза, которая формулируется так: заданывходные воздействия (детерминированные или случайные).

Требуется отыскать оптимальную в соответствии с некоторыми критериями качества структуру системы. В качестве критерия оптимальности систем РА наиболее частоиспользуют критерий минимума среднего квадрата ошибки (так как ошибкаслучайна). Решение задачи оптимизации системы требует знания априорной(известной до приема сигнала) информации о статистических характеристикахсигнала и помех. Реально же эти характеристики всегда отличаются от тех, чтобыли приняты при синтезе системы. Это вызывает не оптимальность системыв реальных условиях (отличие от оптимальной системы тем больше, чем сильнее отличаются расчетные и действительные характеристики).Задачи оптимизации систем при не полностью известных априорныхсведениях о сигналах и помехах носят название задач синтеза с априорнойнеопределенностью.

Среди многих методов решения подобных задач наибольший практический интерес представляют два: адаптивный и роба́стный.В первом случае получают самонастраивающуюся (адаптивную) систему,меняющую свою структуру в соответствии с оценками (результатами измерений) неизвестных априори параметров. В качестве примера можнопривести систему, в которой осуществляется адаптация полосы пропускания к уровню шума (чем больше шум, тем у́же полоса), что обеспечиваетнеизменную точность (шумовая ошибка постоянна).Другой подход (роба́стный) предполагает, что система нечувствительна к изменению характеристик сигнала и помех.

Например,использование двустороннего ограничения сигнала позволяет устранитьвлияние меняющейся амплитуды сигнала на показатели системы(разумеется, если амплитуда не является информационным параметром).Качество роба́стной (иначе непараметрической, инвариантной) системыниже, чем строго оптимальной при полной априорной информации, однакооно гарантируется на приемлемом уровне при любых условиях.81. Основы теории линейных непрерывных автоматических систем1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЛИНЕЙНЫХ НЕПРЕРЫВНЫХАВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ1.1. Общая характеристикаавтоматических системСходство систем радиоавтоматики с автоматическими системамидругого назначения определяется, прежде всего, единством теории – теории автоматического управления.

Общими являются также многие определения, понятия и термины, относящиеся к теории линейных непрерывных автоматических систем.1.1.1. Основные понятия и определенияАвтоматика – отрасль науки и техники, охватывающая теориюи практику автоматического управления, а также принципы построения автоматических систем.Автоматическое регулирование – поддержание заданного значениякакой-либо физической величины без непосредственного участия человекас помощью специальных автоматических регуляторов. Примерами системы автоматического регулирования (САР) являются стабилизатор напряжения, система АРУ, система АПЧ гетеродина приемника.Автоматическое управление – изменение по некоторому закону какой-либо физической величины без непосредственного участия человекас помощью специальных автоматических управителей.

Примеры САУ:системы автосопровождения движущихся объектов по дальности (АСД) инаправлению (АСН), следящий измеритель скорости подвижных объектов,системы вращения антенны обзорной радиолокационной станции.САУ – общее название всех автоматических систем (САР – частныйслучай систем автоматического управления).1.1. Общая характеристика автоматических систем9Элемент автоматики – звено автоматической системы, выполняющее определенную функцию и характеризующееся назначением, принципом действия, устройством (конструкцией), электронной схемой. По функциональному признаку все элементы автоматики объединяют в группы:задающие, чувствительные, усилительные, исполнительные, преобразовательные, корректирующие элементы и объекты управления (основныеэлементы САУ).1.1.2.

Функциональная схема замкнутойавтоматической системыСхема автоматической системы, составленная по функциональномупризнаку входящих в нее элементов, называется функциональной. Элементы системы изображаются на ней в виде прямоугольников (рис. 1.1), в которые вписаны первые буквы названия элемента (ЭС – элемент сравнения,ЧЭ – чувствительный элемент, У – усилитель, ИУ – исполнительный элемент, ОУ – объект управления).x(t)e(t)ЭС(t)ДкЧЭУИУОУy(t)ГлОСРис. 1.1Переменные, характеризующие состояние объекта управления, называются выходными переменными, или выходными сигналами системы.Точки системы, в которых выходные сигналы могут наблюдаться в видеопределенных физических величин, называются выходами системы.Любой объект управления и элемент системы могут испытывать(воспринимать) внешние воздействия.

Точки системы, в которых приложены внешние воздействия, называются входами, а сами внешние воздействия могут быть разделены на задающие и возмущающие воздействия.Сигналы, содержащие необходимую для управления информацию,называются полезными, а не содержащие такой информации – мешающими(помехами).Понятие входов и выходов условно и относится всегда только к определенной системе. В схеме, представленной на рис. 1.1, существуютодин вход x(t) и один выход y(t). Такие системы называются одномерными;системы с несколькими входами и выходами называются многомерными.Одномерные системы, имеющие только одну главную обратнуюсвязь (ГлОС), называются одноконтурными.

Одномерные системы, имею-101. Основы теории линейных непрерывных автоматических системщие, кроме главной обратной связи, одну или несколько местных обратных связей (охватывающих отдельные элементы или их группы), называются многоконтурными. Многомерные системы всегда являются многоконтурными.Задача управления заключается в том, чтобы обеспечить изменениево времени управляемой переменной в соответствии с задающим воздействием x(t). Математически это формулируется так: y(t) = x(t).Управление осуществляется с помощью устройства управления (ЭС,ЧЭ, У и ИУ), которое формирует управляющее воздействие (t), приложенное к объекту управления. ЭС и ЧЭ образуют измеритель рассогласования (дискриминатор – Дк), который в конструктивном отношении представляет единый функциональный элемент.

Наличие рассогласования(ошибки) e = x – y приводит к тому, что на выходе дискриминатора формируется так называемый сигнал ошибки, представляющий собой постоянноеили медленно меняющееся напряжение u(t), величина и знак которого определяются величиной и знаком ошибки. После усиления сигнал ошибкипреобразуется в управляющее воздействие, которое изменяет управляемую переменную таким образом, чтобы свести ошибку к нулю. Достигается это посредством главной обратной связи, по которой управляемаяпеременная поступает на вход элемента сравнения. Это единичная отрицательная обратная связь, так как коэффициент передачи этой цепи равен–1 (выходная переменная поступает на вычитающий вход элемента сравнения).Характер управляющего воздействия определяется видом исполнительного устройства и объекта управления.

Например, в угломерных электромеханических следящих системах в качестве объекта управления выступает антенна, угол поворота которой определяется механическимвоздействием, создаваемым электродвигателем, связанным с антенной посредством редуктора (т. е. исполнительное устройство электромеханическое). Примерами чисто электронных автоматических систем являютсясистемы частотной автоподстройки (АПЧ и ФАПЧ), в которых объектомуправления является подстраиваемый генератор, а исполнительным устройством – управитель частотой на основе варикапа.Отличительной особенностью любой замкнутой автоматическойсистемы является то, что ее работа основана на сравнении входной и выходной переменных (принцип работы по отклонению). В отличие от замкнутых в разомкнутых автоматических системах отсутствует главная обратная связь, а управление осуществляется без учета информацииоб ошибке, поэтому точность таких систем ниже, чем замкнутых. Такиесистемы называют системами, работающими по возмущению.

Примерыразомкнутых автоматических систем: стабилизатор напряжения, системавращения антенны обзорной РЛС и прочее.1.1. Общая характеристика автоматических систем111.1.3. Классификация автоматических системПо характеру задающего воздействия автоматические системы подразделяются на системы стабилизации, программного управления и следящие. В системах стабилизации задающее воздействие (следовательно,и выходная переменная) является неизменным; в системах программногоуправления оно изменяется по определенной, заранее известной программе; в следящих системах задающее воздействие заранее неизвестно(как правило, случайно).

Системы стабилизации (САР) и системы программного управления являются частными случаями следящих систем,когда задающее воздействие постоянно или является известной функциейвремени.По виду действующих в системе сигналов автоматические системыподразделяются на непрерывные и дискретные. В первом случае сигналы –непрерывные функции времени, во втором – дискретные (ступенчатые,импульсные).

В свою очередь, дискретные системы делят на импульсныеи цифровые. Помимо временно́й дискретизации в цифровых системахосуществляется дискретизация (квантование) сигналов по уровню. Приопределенных условиях (когда полоса пропускания системы существенноменьше частоты дискретизации) дискретная система может быть замененаквазинепрерывной моделью, что позволяет проводить анализ таких системизвестными методами (операторным, частотным или временным).По виду уравнений, описывающих систему, все автоматические системы подразделяются на линейные и нелинейные. В первом случае ониописываются линейными дифференциальными (или разностными для дискретных систем) уравнениями, во втором – нелинейными.Система является линейной, если все ее элементы линейны. Звеноявляется линейным, если его характеристика имеет вид y = kx, где k – коэффициент передачи, имеющий размерность [k] = [y]/[x].

Характеристики

Список файлов книги