- •Конспект лекцій
- •7.090702 "Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси";
- •7.090701 "Радіотехніка",
- •7.090703 "Апаратура радіозв’язку, радіомовлення та телебачення"
- •1 Основні поняття і визначення
- •2 Класифікація систем радіоавтоматики
- •3 Типові системи радіоавтоматики
- •4 Математичний опис автоматичних систем
- •4.1 Складання диференціального рівняння елемента автоматичної системи
- •4.2 Статичні і динамічні властивості елементів
- •4.3 Перетворення Лапласа
- •4.4 Перетворення Фур'є
- •4.5 Передатна функція
- •4.6 Перехід від передатної функції до частотної характеристики
- •4.7 Логарифмічні частотні характеристики
- •Контрольні запитання
- •6 Перехідна й імпульсна перехідна функції
- •7 Типові лінійні ланки і їхні з'єднання
- •7.1 Підсилювальна ланка
- •7.2 Інерційна ланка
- •7.4 Ланка, що диференціює
- •7.5 Ланка чистого запізнювання
- •7.6 Передатні функції з'єднань ланок
- •7.7 Передатна функція для збурювання
- •8 Перехід від функціональної схеми системи ра до її структурної схеми
- •9 Правила структурних перетворень
- •9.1 Правило переносу точки знімання
- •9.2 Правило переносу точки підсумовування
- •10 Функціональні і структурні схеми систем радіоавтоматики
- •10.5 Структурна схема узагальненої (типової) системи радіоавтоматики
- •11 Імпульсні системи радіоавтоматики
- •12 Поняття про дискретні функції і різницеві рівняння
- •13 Дискретне перетворення лапласа і
- •Звичайне пряме перетворення
- •14 Передатні функції імпульсних автоматичних систем
- •15 Оцінка стійкості імпульсної автоматичної системи
- •16 Якість процесів у лінійних імпульсних системах
- •17 Цифрові системи радіоавтоматики
- •18 Цифрова фільтрація
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Конспект лекцій
з дисципліни "РАДІОАВТОМАТИКА"
для студентів усіх форм навчання спеціальностей
7.090702 "Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси";
7.090701 "Радіотехніка",
7.090703 "Апаратура радіозв’язку, радіомовлення та телебачення"
РЕКОМЕНДОВАНО
Науково-методичною радою
університету
Протокол № 3 від 28.11.07.
Харків 2008
Конспект лекцій з курсу "Радіоавтоматика" для студентів усіх форм навчання спеціальності 7.090702 “Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси”, 7.090701 "Радіотехніка", 7.090703 "Апаратура радіозв'язку, радіомовлення та телебачення" / Упоряд. Посошенко В.О. – Харків: ХНУРЕ, 2008.– 64 с.
Упорядник В.О. Посошенко
Рецензент В.П. Шинкаренко, к.т.н., доцент кафедри ОРТ
ЗМІСТ
Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … . . 5
1 Основні поняття і визначення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Класифікація систем радіоавтоматики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3 Типові системи радіоавтоматики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4 Математичний опис автоматичних систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.1 Складання диференціального рівняння елемента автоматичної системи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.2 Статичні і динамічні властивості елементів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.3 Перетворення Лапласа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.4 Перетворення Фур'є . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.5 Передатна функція . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.6 Перехід від передатної функції до частотної характеристики . . . . 12
4.7 Логарифмічні частотні характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5 Типові вхідні сигнали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5.1 Східчаста вхідна дія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.2 Імпульсна вхідна дія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.3 Синусоїдальна вхідна дія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.4 Лінійно-наростаюча вхідна дія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5.5 Білий шум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
6 Перехідна й імпульсна перехідна функції . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
7 Типові лінійні ланки і їхні з'єднання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
7.1 Підсилювальна ланка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
7.2 Інерційна ланка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
7.3 Інтегруюча ланка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
7.4 Ланка, що диференціює . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1919
7.5 Ланка чистого запізнювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
7.6 Передатні функції з'єднань ланок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
7.7 Передатна функція для збурювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
8 Перехід від функціональної схеми системи РА до її структурної . . . . . .
схеми . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
9 Правила структурних перетворень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
9.1 Правило переносу точки знімання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
9.2 Правило переносу точки підсумовування . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
10 Функціональні і структурні схеми систем радіоавтоматики . . . . . . 27
10.1 Система фазового автопідстроювання частоти . . . . . . . . . . . . . . . . 27
10.2 Системи спостереження за тимчасовим положенням імпульсного сигналу (системи АСД) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
10.3 Системи автоматичного визначення напрямку на джерело радіохвиль (системи АСН) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
10.4 Системи автоматичного регулювання підсилення (АРП) . . . . . . . . . . . . . . 36
10.5 Структурна схема узагальненої (типової) системи радіоавтоматики . . . . 37
11 Імпульсні системи радіоавтоматики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
12 Поняття про дискретні функції і різницеві рівняння . . . . . . . . . . . . . 45
13 Дискретне перетворення Лапласа і Z – перетворення . . . . . . . . . . . . . . 47
14 Передатні функції імпульсних автоматичних систем . . . . . . . . . . . . . . 49
15 Оцінка стійкості імпульсної автоматичної системи . . . . . . . . . . . . . . . . 52
16 Якість процесів у лінійних імпульсних системах. . . . . . . . . . . . . . . . . 54
17 Цифрові системи радіоавтоматики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
18 Цифрова фільтрація . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Предметний покажчик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Рекомендована література . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
ВСТУП
"Радіоавтоматика" є базовою дисципліною, яка вивчає принципи побудови, методи аналізу і синтезу автоматичних радіотехнічних систем і пристроїв.
"Радіоавтоматика" є прикладною дисципліною, що базується на загальній теорії автоматичного регулювання і керування.
Автоматичне керування будь-яким технічним процесом передбачає створення системи, що складається з об'єкта керування і зв'язаного з ним керуючого пристрою. Така система має бути здатною виконувати свої функції з необхідною точністю, незважаючи на її інерційні властивості і дії всіляких перешкод.
Першими технічними пристроями, у яких використовувалися автоматичні регулятори, були годинникові механізми. У 1675 році Н. Гюйгенс вмонтував у годинник маятниковий регулятор ходу. Бурхливий розвиток автоматичних регуляторів почався з винаходом парової машини. У 1765 р. російський механік І.І. Ползунов винайшов регулятор живлення казана парової машини, що автоматично підтримує заданий рівень води в казані. Він також вперше запропонував і принцип регулювання за відхиленням. У 1784 р. англійський механік Дж. Уатт винайшов відцентровий регулятор швидкості парової машини. У 1808 р. французький механік Ж. Жоккар винайшов перший програмний пристрій керування по перфокарті ткацьким верстатом для відтворення заданих візерунків.
Автоматичні регулятори Ползунова, Уатта, Жоккара відкрили шлях потоку винаходів регуляторів і принципів регулювання.
Основи наукового підходу до проектування автоматичних регуляторів були закладені працями англійського вченого Дж. Максвелла (1866 р., "Про регулятори") і російського вченого І.А. Вишнєградського (1876 р., "Про загальну теорію регуляторів").
Максвелл і Вишнєградський здійснили системний підхід до проблеми, розглянувши регулятор і машину як єдину динамічну систему, перейшли до дослідження малих коливань у системі, лініаризували складні диференціальні рівняння. Це дозволило дати загальний методологічний підхід до дослідження найрізноманітніших за принципом дії і конструкції систем, закласти основи теорії стійкості й установити ряд важливих закономірностей регулювання за принципом зворотного зв'язку.
Великий внесок у теорію автоматичного регулювання внесли роботи великого російського вченого М.Е. Жуковського (1909 р., "Теорія регулювання ходу машин") і праці російського математика О.А. Ляпунова, що досліджував стійкість автоматичних систем, що описуються нелінійними диференціальними рівняннями.
Чітке розуміння того, що робота будь-яких автоматичних пристроїв, незалежно від їхньої фізичної природи, заснована на загальних принципах і може розглядатися з єдиних позицій, прийшло в 40-і роки двадцятого сторіччя. У цей час сформувалася автоматика як самостійна наукова дисципліна (радянські вчені А.Н. Колмогоров, Н.А. Крилов, Н.Н. Боголюбов, А.В. Михайлов, Л.С. Понтрягин і ін.)
Сьогодні розвиток автоматики йде шляхом розробки і широкого впровадження цифрових методів, пристроїв і систем, що використовують цифрову техніку та ЕОМ.