Системы радиоавтоматики, их классификация и показатели качества. Частотные характеристики СУ. Типовые элементарные звенья СУ и их логарифмические характеристики

Описание линейных систем

1.1. Системы радиоавтоматики,

 их классификация и показатели качества

Любая СУ, независимо от своего назначения, обязательно содержит объект управления (ОУ). При наличии возмущающих факторов, действующих, в том числе, и на ОУ, его состояние Y необходимо контролировать. В зависимости от цели управления формируется задающее воздействие G. В соответствии с G и с учетом текущего значения Y состояние ОУ изменяется должным образом. При этом СУ обязательно выполняет 4 функции:

- получение информации о задающем воздействии G;

- получение информации о состоянии объекта управления Y;

- анализ информации и выработка решения;

- исполнение решения.

          Важно отметить, что нарушение любой из перечисленных функций ведет к невыполнению задач управления, т.е. к потере работоспособности СУ. В соответствии с изложенным, любая СУ действует согласно обобщенной функциональной схеме, приведенной на рис. 1.1.

          Информация о задающем воздействии G и состоянии объекта управления Y воспринимается и анализируется чувствительным элементом (ЧЭ). Анализ информации и выработка решения могут потребовать дополнительных вычислений, поэтому в схеме предусмотрено вычислительное устройство (ВУ). Далее принятое решение исполняется с помощью исполнительного устройства (ИУ) и, в виде управляющего воздействия U, действует на ОУ, изменяя его состояние Y. Функциональные элементы ЧЭ, ВУ и ИУ, предназначенные для формирования управляющего воздействия U, представляют собой управляющее устройство (УУ). СУ может функционировать при наличии возмущающих воздействий (на рис. 1.1 показана ситуация, при которой возмущающие воздействия F₁ и F₂ влияют на состояние ОУ и работу ЧЭ).           

          Главной особенностью обобщенной функциональной схемы СУ является наличие обратной связи, связывающей ОУ и ЧЭ. Именно в этом заключается принципиальное отличие СУ от прочих систем. Обратная связь в СУ, с одной стороны, упрощает задачу изменения состояния ОУ (оно контролируется), но, с другой стороны, требует решения проблем, связанных с обеспечением устойчивости СУ.

          В системах радиоавтоматики (радиотехнических СУ) задающее воздействие G формируется в приемном тракте радиоканала, а возмущающее воздействие F должно учитывать шум входных цепей радиоприемного устройства, помехи радиоканала и другие факторы. Различают 3 группы таких систем:

- системы синхронизации;

- следящие измерители параметров радиосигнала и координат объектов;

- системы управления подвижными объектами.  

          К представителям 1-й группы систем радиоавтоматики можно отнести системы временной синхронизации (например, системы кадровой и строчной синхронизации в телевизоре).

          Представители 2-й группы систем радиоавтоматики широко используются в радиолокации и радионавигации. Например, в радиолокационной станции содержатся следящие измерители дальности и угловых координат целей (азимута и угла места). В приемнике спутниковой радионавигационной системы для каждого спутникового радиоканала имеется следящий измеритель задержки времени приема радиосигнала от спутника.

          3-я группа систем радиоавтоматики включает в себя системы радиоуправления движущимися объектами. В качестве примера можно привести систему автоматической посадки самолета при неблагоприятных погодных условиях. Сюда же следует отнести системы оборонного назначения (системы самонаведения ракет, торпед и т.п.).

          Заметим, что множество СУ включает в себя, помимо систем радиоавтоматики, более широкий класс систем, решающих задачу воспроизведения задающего воздействия: . Такие системы обычно называют системами автоматического регулирования (САР) или системами автоматического управления (САУ).

          В качестве примера, иллюстрирующего работу СУ радиотехнического назначения, рассмотрим систему автоподстройки частоты (АПЧ) генератора (рис. 1.2).

          Устройство содержит приемник с антенной, причем канал радиоприема и входные цепи приемника подвержены возмущающим воздействиям F. Как следует из названия системы, информационным параметром принимаемого радиосигнала  является частота ω, которая и выполняет роль задающего воздействия G (см. рис. 1.1). Объектом управления является управляемый генератор УГ, состояние которого характеризуется частотой ω_г (ω_г = Y). В качестве ЧЭ используется устройство, преобразующее разность частот ω-ω_г в напряжение (частотный дискриминатор – ЧД). Это напряжение поступает на усилитель У и изменяет емкость варикапа В (это ИУ). При этом изменение емкости варикапа ΔС можно рассматривать как управляющее воздействие U. Варикап включен во времязадающую цепь УГ, поэтому изменение ΔС ведет к соответствующему изменению ω_г . Задачей системы АПЧ является сведение частот  (т.е. ).

          Проведем классификацию СУ радиотехнического назначения.

          По характеру задающего воздействия различают:

          - системы стабилизации (G=const),