Общая характеристика систем радиоавтоматики (РА)

1.1. Понятие систем РА

Системы РА используются в системах радиолокации, радионавигации, радиоуправления и передачи информации. Среди них наибольшее распространение получили системы фазовой и частотной автоподстройки, системы слежения за временным положением импульсов и угловым положением источника радиосигнала. Системы РА используются в качестве следящих измерителей, демодуляторов частотно-модулированных и фазоманипулированных сигналов, узкополосных перестраиваемых по частоте фильтров, пространственных селекторов, синтезаторов частот и т.д.

К системам РА относится также система автоматической регулировки усиления (АРУ), широко используемая в технике радиоприема.

Кроме перечисленных, в радиотехнических системах находят применение автоматические системы контроля состояния с целью перехода от режима поиска к режиму слежения, от дежурного режима к режиму активной работы, а также автоматические системы поддержания температуры, давления, влажности, которые условно относят к системам радиоавтоматики.

Системы РА относятся к более широкому классу систем автоматического управления и имеют как общие свойства, так и особенности. Выделение их в отдельный класс связано с тем, что в системах радиоавтоматики производится обработка радиосигнала, принимаемого на фоне помех радиотехническими методами и с помощью радиотехнических устройств.

1.2. Принципы построения и классификация систем РА

Классификация систем РА производится по ряду признаков.

По принципу управления различают:

- системы с управлением по рассогласованию;

- системы с управлением по воздействию;

- системы с комбинированным управлением.

Управление по рассогласованию. Функциональная схема, реализующая принцип управления по рассогласованию, представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Функциональная схема системы с управлением по рассогласованию: ЭС – элемент сравнения; ПЭ – преобразующий элемент; У – усилитель; УУ – устройство управления; ОУ – объект управления

Входная величина λ(t) – задающее действие; y(t) – управляемая величина.

Задачей системы является обеспечение равенства

λ(t)=y(t).

Для выполнения этой задачи используется принцип отрицательной обратной связи или принцип управления по рассогласованию.

ЭС определяет рассогласование x(t)= λ(t) - y(t). Эта разность с помощью ПЭ преобразуется в управляющее воздействие, усиливается в усилителе и через Уст.Упр. воздействует на ОУ. U_у(t) является управляющим воздействием. Под воздействием U_у(t) изменяется y(t) и это изменение приводит к уменьшению первоначального рассогласования x(t).

ЭС и ПЭ составляют одно устройство, которое называется дискриминатором.

В радиотехнических системах слежения объектом управления может быть генератор, управляемая линия задержки, антеннаи т.д. Конкретный вид схемы определяется назначением системы.

Приведенная схема соответствует обобщенной схеме автоматической системы. Для систем РА входным сигналом является радиосигнал U_с(t, λ), одним из параметров которого является задающее воздействие λ(t) (частота, фаза, задержка и т.д.). Управляемая величина является одним из параметров опорного сигнала U_оп(t, у).

Управление по воздействию. Управление по воздействию обеспечивается системой без обратной связи (ОС) (рис.1.2). Выбирая параметры регулятора (Рег) и ОУ, можно добиться нужного значения управляемой величины.

Достоинством является принципиальная возможность получения желаемого изменения y(t)с нулевой ошибкой.

Недостатки:

С течением времени изменяются параметры Рег и ОУ, кроме того, Рег и ОУ находятся под случайным воздействием, в результате которого можно не получить нужного значения y(t). Если в предыдущем случае ошибка управления вне зависимости от вызвавших ее причин контролируется, то здесь нет, что приводит к снижению точности.

Рис. 1.2. Система с управлением по воздействию

Комбинированное управление.Комбинированное управление сочетает в себе оба принципа, что является его достоинством.

По характеру задающего воздействия различают:

- системы стабилизации – задающее воздействие является величиной постоянной;

- системы программного управления – задающее воздействие изменяется по известному закону;

- следящие системы – задающее воздействие является величиной случайной.

По параметру радиосигнала, используемому в качестве задающего воздействия:

- системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);

- системы частотной автоподстройки (ЧАП);

- системы слежения за временным положением (за задержкой) (ССЗ);

- системы слежения за угловым положением источника радиосигнала (угломерные следящие системы).

По виду дифференциального уравнения, описывающего работу системы:

- линейные и нелинейные;

- стационарные и нестационарные;

- непрерывные и дискретные.

По поведению в условиях априорной неопределенности статистических характеристик задающего воздействия и помех:

- минимаксные (системы, проектируемые как оптимальные для минимального отношения сигнал/помеха на входе);

- адаптивные ( изменяют свои параметры с изменением статистических характеристик процессов на входе);

- инвариантные ( не учитывают характера процессов на входе системы).

По принципу обработки сигналов и используемой элементной базе:

- аналоговые;

- цифровые.