Обобщенные функциональная и структурная схемы радиотехнических следящих систем

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕ КТРОНИКИ Кафедра РТС РЕФЕРАТ На тему: « Обобщенные функциональная и структурная схемы ра диотехнич е ских следящих систем » МИНСК, 2008 Изучение основных типов систем позволяет определить общи е функции и реализующие их функциональные узлы во всех рассмотренных вы ше системах и составить обобщенные фун кциональную и ст руктурную схемы . Обобщенна я функциона льная схема приведена на рис. 1 и состоит и з дискриминатора Дис., фильтра , опорного (подстраиваемого) генератора ОГ. Рис.1. Обобщенная структурная схема радиотехнической следящей си с темы На вход поступает смесь сигнала и шума . Одним из параметров сигнала явл я ется задающее воздействие л( t ). ОГ генерирует сигнал, одним из параметров которого является оценка о т слеживающего параметра. Выходной сигнал ОГ зависит от назначения сист е мы. В результате нелинейного преобразования входного и опорного сигналов в дискриминаторе формируется напряжение, пропорциональное разности , где л – за дающее воздействие; y – управляемая величина. Напряжение на выходе дискриминатора: , где F ( x ) – завис имость среднего значения напряжения на выходе дискримин а тора от ошибки слежения, называемая дискриминационной характеристикой ; о( t , x ) – флюкту ационная составляющая (результат нелинейного преобразования опорного и входного сигналов в дискримин а торе). Форма дискриминационной хар актеристики приведена на рис. 2 . Рис.2. Дискриминационная характ е ристика При малых значениях ошибки слежения х дискриминационная характеристика м о жет быть аппроксимирован а линейной зависимостью: , где при х =0. S д – крутизна, которая зависит от типа дискриминатора, отношени я сигнал/шум и дру гих факт о ров. , где Р с – мощность сигнала; у 2 ш – дисперсия шума. . Крутизна дискриминационной характеристики зависит от амплитуды си г нала. Для исключения этой зависимости на входе производят ограничение либо автоматическую регул ировку усиления ( АРУ). Дискриминационная характер и стика имеет ограниченный раствор п о оси х . Если ошибка превышает грани ч н ую, обратная связь размыкается и система выходит из режима слежения ( ). Для ввода в синхро низм используется устройство ввода , обеспеч и вающее . Фильтр осуществляет сглаживание высокочастотных составляющих. Он може т содержать интегрирующие звенья, его передаточная функция определяет качественные характеристики системы. Обобщенная структурная схема приведена на рис. 3. Рис. 3. Структурная схема радиотехнической следящей сист емы Математический эквивалент дискриминатора включает элемент сравн е ния, нелинейное безинерционн ое звено F ( x ) и сумматор . Звено W ( p ) опр еделяется передаточной функцией опорного генератора и фильтра. Характеристики составляющей шума о( t , x ) завися т от параметров ди с кримин атора и предшествующих цепей, отношения сигнал/шум, метода норм и ровки сигнала и шума по амплитуд е, характера амплитудных флюктуаций си г нала. Изменение ошибки во времени описывается нелинейным стохастическим диф ференциальным уравнением х( t ) + W ( p ) F ( x ) + о( t , x ) - л ( t ) = 0. Нелинейность уравнения определяется нелинейност ью функции F ( x ) и н е линей ной зависимостью характеристик процесса о( t , x ) от ошибк и слежения х . Стохастичность – наличием случайного процесса о( t , x ) и случайной с о ставляющей задающего воздействия л ( t ). Если напряжение флюктуационной составляющей имее т равномерную спектральную плотность в полосе, значительно превышающе й полосу пропу с кания след ующих за дискриминатором цепей, шум о( t , x ) мо жно считать белым и характеризовать его величиной спектральной плотно сти на нулевой частоте S о( w , x ) = S о( o , x ) , в общем случае зависящей от ошибки слеж ения. Завис и мость спектра льной плотности флюктуационной составляющей от ошибки слежения называ ется флюктуационной характеристикой дискриминатора. Эквивалент дискриминатора можно существенно упростить при условии ма лости ошибки слежения х. При м алой ошибке слежения дискриминацио н ная характеристика линейна , а спектральн ую плотность флюктуационной с о став ляющей можно принять с достаточным приближением не зависящей от ошибки слежения, то есть S о( о, x ) = S о( x ) , о( t , x ) = о( t ) . В этом случае сл е дящая сист ема описывается линейным дифференциальным уравнением с постоя н ными коэффициентами, что упрощает ее анализ. Системы автоматической регулировки усиления (АРУ) Системы автоматической регулировки усиления пред назначены для стаб и ли зации уровня выходного сигнала усилит еля. Необходимость в АРУ обусло в лена значительным динамическим диапазоном сигнала на входе приемника (60…100дБ), что без принятия мер по стабилизации уровня сигнала при вело бы к перегрузке каскадов приемника и искажению полезной амплитудн ой модул я ции сигнала. Если на вход сис темы слежения пост упает сигнал с таки м дин а ми ческим диапазоном, то это приведет к увеличению коэффициента ус иления ко н тура и может слу жить причиной нарушения устойчивости. Таким образом, система АРУ необходима для расширения динамического диа пазона, чтобы избежать перегрузки каскадов и искажения амплитудной м о дуляции и обеспечить усто йчивость следящей системы. В качестве примера рассмотрим построение схемы АРУ с управле нием по рассогласованию (рис. 4 ). Рис.4. Функциональная схема АРУ Выходное напряжение регулируемого усилителя РУ де тектируется (Дет.) и через фильтр нижних частот ФНЧ поступает на РУ в виде регулирующего н а пряжения U p , которое изменяет крутизну усиления активного элемента, шунт и рует нагрузку или управл яет аттенюатором, в конечном итоге уменьшая ур о вень выходного сигнала РУ при его увеличении и увел ичивая при уменьшении. Например, при использовании транзистора в качестве активного элемента U p подае тся на базу тр анзистора (рис. 5) и , изменяя его крутизну (пр я мую проводимость), изменяет коэф фициент усиления. Напряжение задержки U зад используется для того, что бы повыс ить уровень стабилиз и руемого напряжения (рис. 6 ). Рис.5 Рис.6. Зависимость выходного напряжения от входного : 1 – АРУ отсутств у ет; 2