Поняття та класифікація систем радіоавтоматики

Информация - Компьютеры, программирование

Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование

? радіосигналу (системи АПЧ і ФАП), системи автоматичного спостереження за часовим положенням одного або кількох радіо- і відеоімпульсів (системи АСД), системи автоматичного регулювання підсилення (системи АРП).

Системи АСН поширені у радіолокації, радіонавігації, радіокеруванні. Вони призначені для виміру кутових координат обєктів, що рухаються, і спостереження за їх просторовим положенням.

Системи АПЧ застосовуються у радіоприймальних пристроях з метою підтримки постійної проміжної частоти сигналу і як демодулятори частотно-модульованих коливань. Також системи АПЧ використовуються для стабілізації частоти коливань, що генеруються і як вузькосмугові фільтри, які перебудовуються по частоті. Системи ФАП використовуються для тих самих цілей, що й АПЧ, але відрізняються тим, що забезпечують підстроювання не тільки по частоті, але й по фазі коливань, тобто є чутливішими і точнішими системами.

Системи АСД широко застосовуються у радіолокації і радіонавігації для виміру дальності до обраної цілі і спостереження за її радіальними переміщеннями у просторі. Також ці системи здійснюють просторово-часову селекції декількох обєктів.

Системи АРП застосовуються у радіоприймальних пристроях різних видів для стабілізації рівня сигналу на виході підсилювачів при великому динамічному діапазоні вхідного сигналу.

 

4. Математичний опис автоматичних систем

 

Будь-яка система радіоавтоматики (РА) складається з ряду елементів (ланок). Для кожного елемента характерний звязок між його входом і виходом. Він виражається диференціальним рівнянням. Система РА описується системою диференціальних рівнянь.

 

4.1 Складання диференціального рівняння елемента автоматичної системи

 

Конкретний вид диференціального рівняння залежить від фізичної природи і властивостей елемента.

Розглянемо як приклад інерційну RC- ланку (рис. 2):

 

Рисунок 2 Схема інерційної ланки

 

Якщо визначити х та y як відповідно вхідну і вихідну напруги цієї ланки, то згідно з теорією електричних кіл можна записати таке рівняння:

 

З урахуванням того, що

 

 

отримаємо таке рівняння:

 

Позначимо RC=T, тоді можна записати:

 

Уведемо до розгляду символ диференціювання за часом

 

 

Цей штучний (але по суті вірний) прийом дозволяє переписати отримане диференційне рівняння у формі:

 

 

Винесемо вихідну напругу y за дужки і остаточно отримаємо:

 

.

 

Відзначимо, що вираз

 

 

називається операторним коефіцієнтом передачі інерційної (у даному випадку) ланки.

 

 

4.2 Статичні і динамічні властивості елементів

 

Після подачі на вхід елемента деякого впливу на його виході виникає перехідний процес, по закінченні якого настає стаціонарний стан.

Статична характеристика - це залежність, що звязує між собою стаціонарні вхідну і вихідну величини.

Прикладом статичної характеристики може служити залежність між напругою на виході частотного дискримінатора і відхиленням частоти сигналу від його номінального значення (рис.3).

 

Рисунок 3 Статична характеристика дискримінатора

 

Динамічна характеристика - це залежність, що звязує між собою зміни вхідної і вихідної величин у перехідному режимі.

 

4.3 Перетворення Лапласа

 

Перетворення Лапласа має дві взаємозалежні форми пряму і зворотну.

Пряме перетворення описується так:

 

,

 

де x(t) оригінал функції, тобто функційна залежність у часовому вимірі;

x(p) зображення функції x(t) за Лапласом, тобто у вимірі комплексної змінної

 

.

 

Зворотне перетворення вводиться у розгляд так:

 

,

 

що дозволяє відшукати оригінал функції x(t) по її зображенню X(p).

Існують такі методи відшукання оригіналу x(t): табличний та метод інтегрування у комплексній площині.

Глибинний сенс перетворення Лапласа полягає у тому, що за його допомогою стає можливим здійснити перехід від вихідних диференційних рівнянь, що описують систему РА у просторі комплексної змінної р .

На рис. 4 наведено загальну структурну схему ланки системи РА, яка описується коефіцієнтом передачі R(p). На цьому рисунку G(p) та x(p) відповідно сигнали у операторній формі на вході і виході ланки.

 

Рисунок 4 Загальна структурна схема ланки системи РА з коефіцієнтом передачі R(p) у операторній формі.

 

Наприклад, якщо ланка є диференціатором, то R(p)=p.

Тоді Якщо ланка є інтегратором, то

Тоді

 

4.4 Перетворення Фурє

 

Якщо в перетворенні Лапласа замінити оператор р на змінну j отримаємо перетворення Фурє, яке також поділяється на пряме та зворотне.

Для прямого перетворення Фурє маємо вираз

 

,

 

де x(j?) спектральна функція дії x(t).

Зворотне перетворення Фурє має вид:

 

.

 

4.5 Передатна функція

 

Передатною функцією N(s) елемента (системи) РА називається відношення зображення вихідної величини елемента (системи) Y(s) до зображення ) вхідної величини X(s) при нульових початкових умовах

 

 

Формально передатну функцію отримуємо з диференціального рівняння елемента (системи) РА у символічній формі шляхом заміни в ньому символу р на комплексну змінну s і розділення утвореного в таки?/p>