Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Введение. Системы радиоавтоматики

Лекция 1

 

- Введение, место систем радиоавтоматики (СРА) в современной технике

- Общая характеристика СРА.

- Примеры СРА

- Описание СРА как систем автоматического регулирования (следящих систем).

 

Современные радиоэлектронные и телекоммуникационные системы (радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоуправления и другие) насыщены средствами автоматики – системами радиоавтоматики (СРА), в которых слежение за оцениваемым параметром радиосигнала производится автоматически (т.е. без участия человека). Ни одна современная система, в которой информация так или иначе передаётся по радиоканалу (как то сотовая телефонная связь, Wi-Fi, системы спутниковой радионавигации ГЛОНАСС/GPS/Galileo, радиолокационные системы и многие-многие другие), не может обойтись без систем радиоавтоматики.

 

Необходимость применения СРА обусловлена многообразием и сложностью функций современных радиоэлектронных и телекоммуникационных систем, нестационарным и случайным характером протекающих в них процессов, а также скоростью протекания этих процессов.

 

Наиболее распространены среди СРА системы фазовой автоподстройки (ФАП), частотной автоподстройки (ЧАП), слежения за задержкой (ССЗ) распространения сигнала, автоматической регулировки усиления (АРУ), слежения за направлением прихода радиосигнала. Эти системы используются в качестве следящих измерителей, демодуляторов, фильтров, пространственных и временных селекторов, для осуществления синхронизации, для стабилизации частоты генераторов и других многочисленных и разнообразных задач.

 

Фундаментом теории СРА является общая теория автоматического (т.е. совершающегося без участия человека) управления. Эта теория развивалась на протяжении XX века и продолжает развиваться сейчас усилиями отечественных и зарубежных учёных. Выделение СРА в отдельный класс среди систем автоматического управления обусловлено важной их особенностью: в СРА производится обработка информации, заключённой не непосредственно во входном процессе, а в его параметрах: в амплитуде, фазе, частоте, времени запаздывания, направлении прихода принимаемого радиосигнала. Так как информация заключена в сигнале нелинейно, СРА, обрабатывающие эту информацию, являются нелинейными системами. При этом учитываются свойства радиосигнала, обусловленные применяемым методом его модуляции, наличием амплитудных, фазовых и иных флуктуаций, а также учитывается действие внутренних шумов радиоприёмных устройств. Влияние помех на обработку сигнала – другая важная особенность СРА.

 

Всякий процесс управления подразумевает наличие Объекта управления (ОУ). При автоматическом управлении режим работы ОУ автоматически (т.е. без участия человека) изменяется в соответствии с сигналом управления, сформированном в Регуляторе на основе задающего воздействия. Объектом управления может быть в общем случае техническое устройство (двигатель с изменяемой частотой вращения вала, подстраиваемый по частоте генератор опорного колебания, усилитель с изменяемым коэффициентом усиления), технологический процесс (сжигание газа в тепловом котле ТЭЦ для нагрева воды), предприятие (ассортимент продукции которого определяется рыночным спросом) и даже целая отрасль промышленности.

 

Различают два подхода к автоматическому управлению (регулированию):

  1. управление по воздействию (разомкнутые системы автоматического управления),
  2. управление по рассогласованию (замкнутые системы автоматического управления).

 

Система автоматического регулирования с управлением по воздействию:

Рисунок 1.1. Функциональная схема системы управления по воздействию

 

Поясним принцип действия системы автоматического регулирования с управлением по воздействию. Имеется задающее воздействие ­­– параметр сигнала (например, доплеровский сдвиг частоты, фаза, время запаздывания, мощность входного воздействия), который определяет характер требуемой обработки сигнала. Сигнал , чьим параметром является задающее воздействие , поступает на регулятор (Рег.), в котором происходит оценивание значения задающего воздействия. На выходе регулятора на основе полученной оценки задающего воздействия формируется сигнал, управляющий объектом управления (ОУ), и обработка сигнала осуществляется в ОУ в соответствии с сигналом управления (например, изменяется коэффициент усиления таким образом, чтобы мощность усиливаемого процесса на выходе ОУ оставалась постоянной).

 

Система с управлением по рассогласованию:

Рисунок 1.2. Функциональная схема системы управления по рассогласованию

 

Поясним принцип действия системы автоматического регулирования с управлением по рассогласованию. На вход системы поступает задающее воздействие ; в СРА задающее воздействие поступает на вход как параметр радиосигнала . Задачей системы управления является установление равенства между задающим воздействием и его оценкой . Измеритель рассогласования (ИР) формирует оценку рассогласования между задающим воздействием и его оценкой (оценку ошибки слежения): . Оценка рассогласования преобразуется в сигнал управления (в преобразующем элементе - ПЭ) и в виде сигнала управления поступает на объект управления. Сигнал управления так воздействует на объект управления, что модуль исходного рассогласования уменьшается. Система управления по рассогласованию относится к системам с отрицательной обратной связью, что позволяет выделить замкнутый контур управления, состоящий из регулятора и объекта управления.

 

В СРА с управлением по рассогласованию (с обратной связью) выходной процесс (управляемая величина) – функция задающего воздействия и управляемой величины, в отличие от СРА с управлением по воздействию, где выходной процесс – функция только задающего воздействия.

 

При управлении по воздействию осуществляется так называемое «прямое регулирование», когда обеспечивается заранее известная функциональная связь между задающим воздействием и выходным сигналом. Особенностью прямого регулирования является резкое падение качества управления при появлении помехи. Кроме того, наличие шума наблюдения и нестабильности характеристик реальных устройств не позволяет обеспечивать высокую точность работы разомкнутых СРА. Поэтому их применение ограничено.

 

При управлении по рассогласованию первоначальное рассогласование уменьшается независимо от причины его появления. Как следствие, такие системы менее критичны к появлению мешающих воздействий и изменению их параметров, чем системы с управлением по воздействию. На практике, системы с управлением по рассогласованию получили наибольшее распространение.

 

Системы автоматического управления можно характеризовать следующим образом:

- по типу задающего воздействия: системы стабилизации (например, промежуточной частоты в приёмнике), следящие системы (например, в РЛС и радионавигационных приёмниках), системы программного управления (например, автопилот)

- по типу параметра радиосигнала, оценивание которого происходит: частота, фаза, задержка, мощность, направление прихода

- непрерывные, дискретные и цифровые

- линейные или нелинейные

- стационарные или нестационарные

- и пр.

 

Предметом изучения данного курса является основы теории управления, специфические элементы СРА (дискриминаторы, фильтры), математическое описание и анализ СРА, оптимизация и синтез СРА.

 

Примеры СРА. ЧАП для стабилизации промежуточной частоты в приёмнике (рис. 1.3), ФАП для синхронизации и ССЗ для оценивания псевдодальности в спутниковой навигации (рис. 1.4). На рис. 1.4 ДФ – дискриминирующая функция, конкретный тип которой различается в различных моделях приёмников.

Рисунок 1.3. Функциональная схема ЧАП

.

Рисунок 1.4. Функциональная схема систем ФАП и ССЗ спутникового навигационного приёмника («навигатора» ГЛОНАСС/GPS).

 

Большинство СРА строится по схеме управления по рассогласованию.

 

Тип СРА Объект управления Управляемая величина y Задающее воздействие l Измеритель рассогласования x
ЧАП Генератор опорного колебания Частота опорного колебания Частота несущей входного сигнала Частотный дискриминатор
ФАП Генератор опорного колебания Фаза опорного колебания Фаза входного сигнала Фазовый дискриминатор
ССЗ Генератор стробирующих импульсов Временное положение стробирующих импульсов Время прихода входного сигнала Временной дискриминатор
Углового слежения Устройство отклонения диаграммы направленности (ДН) антенны Угловое направление главного луча ДН Направление прихода входного сигнала Угловой дискриминатор

 

Сравнение функциональных схем различных СРА, а также общей схемы автоматического управления по рассогласованию показывает, что у СРА различных типов много общего. Это естественно, так как во всех СРА осуществляется слежение за тем или иным параметром радиосигнала.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Квантовые числа | Деформационные манометры
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 1485; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.026 сек.