книги из ГПНТБ / Нестеров К.П. Системы автосопровождения [учебное пособие]

Выражая величины R ? и Q через полосу пропускания 2Д/Л,

Необходимо отметить, что при скачкообразном изменении частоты напряжение на выходе дискриминатора устанавливается равным найденному значению спустя некоторое время (время установления ty).

Кроме того, в колебательных контурах дискриминатора имеет место дополнительный переходный процесс.

Расчеты показывают [7], что характер изменения амплитуды ко­ лебаний зависит от величины скачка частоты.

При малых расстройках время установления может быть под­ считано rfo формуле 17]

где В— — полоса пропускания контура.

При больших расстройках время установления равно

+, 0,9

‘ 1== 7ZT ’

Как правило, время установления напряжения па контурах дис­ криминатора имеет тот же порядок, что и время установления на­ пряжения в амплитудном детекторе дискриминатора.

Для хорошего детектирования высокочастотных колебаний по­ стоянная времени детектора RC выбирается значительно больше, чем период высокочастотных колебаний, то есть

ЯС » — . "о

Пусть

RC—50 -“о = 50 /о ,

50

тогда

где t.,~3RC —время спадания напряжения на выходе детектора.

Из приведенного рассуждения видно, что время установления колебаний tx имеет один и тот же порядок, что и время спадания напряжения па выходе детектора /г. Поэтому при подсчете общей длительности переходных процессов время tx нужно учитывать.

Как показано в [7] общее время нарастания напряжения па выходе одного амплитудного детектора равно корню квадратному из суммы квадратов времен в каждой из последовательно соеди­ ненных цепей:

Длительность переходного процесса, естественно, определяет­ ся экспонентой, имеющей большую постоянную времени, то

есть практически t сп:

___t_

Таким образом, частотный дискриминатор можно приближен­ но рассматривать как инерционное звено

«м-v+w- (2-10)

Восстанавливающее устройство

Для управления частотой перестраиваемого гетеродина сигнал лы рассогласования на выходе частотного дискриминатора долж­

51

ны быть сглажены. Это сглаживание может осуществляться при детектировании высокочастотных колебаний и достигается за счет выбора больших постоянных времени фильтра. Для этого необхо­ димо, чтобы каскады, стоящие перед частотным дискриминатором, имели малое выходное сопротивление. В резонансные цепи дискри­ минатора при этом вносятся большие затухания, что ухудшает ка­ чество контуров и понижает тем самым коэффициент передачи дискриминатора. Обычно функции сглаживания и детектирования разделены. Па выходе частотного дискриминатора выделяются ви­ деоимпульсы, амплитуда и полярность которых являются функ­ цией расстройки. Сглаживающие элементы располагаются за дис­ криминатором. Восстановление непрерывного сигнала не может быть осуществлено с большой точностью, поэтому на практике ча­ ше всего используют восстанавливающие устройства нулевого по­ рядка, то есть такие устройства, которые сохраняют постоянное значение сигнала между двумя последовательными импульсами.

Наиболее простым восстанавливающим устройством является восстанавливающее звено типа пикового детектора со сбросом, упрощенная схема которого изображена на рис. 2.9.

Рис. 2.9

На управляющую сетку Л\ поступает сигнал с выхода частот­ ного дискриминатораКонденсатор С2 заряжается до пикового значения. Перед приходом следующего импульсного сигнала па управляющую сетку Л 2 подается импульс «сброса». Конденсатор С2 через открытую лампу Л 2 разряжается. После разряда С2 сле­ дующий входной сигнал заряжает его до нового значения и т. д.

Передаточная функция такого восстанавливающего устройства имеет вид:

Так как данное восстанавливающее устройство реагирует толь­ ко на сигналы одной полярности, то для нормальной работы си-

52

стемы необходимо включить восстанавливающие схемы в каждое плечо дискриминатора, а затем подать на схему разности

(рис, 2.10).

Рис. 2.10

Усилитель постоянного тока

Для обеспечения необходимой точности слежения по частоте, система должна иметь вполне определенный коэффициент усиле­ ния. С этой целью в основной контур дополнительно включается УПТ. С точки зрения динамических свойств УПТ можно считать безынерционным звеном.

Корректирующее устройство

Для того, чтобы обеспечить устойчивость системы и добиться необходимых показателей качества в систему, кро-ме основных эле­ ментов, выбранных исходя из конкретных условий работы, вводят­ ся корректирующие устройства.

В импульсных следящих системах наибольшее распространение получили пассивные интегрирующие контуры (рис. 2.11). Переда­ точная характеристика контура

1+ т1Р

КС{Р> 1+ Т ,р

чь

■а

Рис. 2.11

где

53

Исполнительное устройство

В качестве исполнительного устройства в электронных следя­ щих системах используется электронный интегратор. Один из ва­ риантов принципиальной схемы интегратора приведен в главе 1,

рис- 1.21.

Электронный интегратор представляет собой усилитель по­ стоянного тока, охваченный емкостной обратной связью (рис. 2.12).

,/> ,

■а

3- >

X

Рис. 2.12

При достаточно большом коэффициенте усиления УПТ переда­ точная характеристика интегратора будет

U p) »

Кя(р) = zap) ’

где

Z 2(p) — сопротивление цепи обратной связи; Zx{p) —сопротивление входной цепи.

Тогда

КЯ{Р) — -рсж ~ 1 ^ ’

где

1

К,-- RC •

Объект управления

Как отмечалось выше, слежение по частоте состоит в измене­ нии частоты гетеродина в соответствии с частотой внешних коле­ баний.

Обычно объект управления состоит из гетеродина и управляю­ щего элемента.

Управляющий элемент служит для изменения частоты колеба­ ний автогенератора в соответствии с поступающим на его вход напряжением управления.

Широкое распространение находят управляющие элементы с лампой реактивного сопротивления, подключенной к колебатель­ ному контуру, управляемые емкости и индуктивности.

54

В общем случае реактивные лампы представляют собой экви­ валентное сопротивление емкостного или индуктивного характера, которое подсоединяется параллельно контуру и изменяется по оп­ ределенному закону при изменении управляющего напряжения.

Перечисленным разновидностям управляющих элементов неза­ висимо от конкретной схемы присущи две основные характеристи­ ки: первая из них — крутизна или средняя крутизна статической характеристики управляющего элемента К у ; вторая — максималь­ но возможное изменение частоты перестраиваемого гетеродина управляющим элементом 2Д/макС , которое может быть определено по статической характеристике последнего.

Максимальное изменение частоты 2Д/макс называется также раствором или апертурой статической характеристики управляю­ щего элемента.

Так как перестройка гетеродина может произойти в обе сторо­ ны от номинального значения / г„ , рабочую точку па статической характеристике выбирают обычно в середине и при расчетах поль­ зуются величиной Д/макс, равной половине раствора (рис. 2.13).

Благодаря воздействию управляющего напряжения изменяется величина подключенной к контуру реактивности и соответственно

частота колебаний гетеродина, то есть

V , = сfy(Uy),

где А/г—отклонение частоты гетеродина / 2 от номинального зна­ чения / г0, соответствующего равенству Uу—0;

А/ г= Л -/го - Для линейного участка аб статической характеристики

Д/г==ЛГ,£/

где

55

— коэффициент передачи управляющего элемента, характери­ зующий отклонение частоты колебаний гетеродина при единичном изменении управляющего напряжения.

Так как действие управляющего элемента заключается в изме­ нении величины какого-либо из параметров, определяющих часто­ ту гетеродина, то для расчета К у и А/Макс необходимо знать за­ висимости, характеризующие отклонение частоты контура при из­ менении его параметров-

Эти зависимости действительны для всех типов управляющих элементов.

Рассмотрим контур, состоящий из индуктивности LK и ем- 'кости С* (рис. 2.14).

При изменении индуктивности на величину М к частота кон­ тура

56

Если положить, что h>LK<^LK, то, разлагая первый член ра­ венства (2.12) в ряд и ограничиваясь первыми двумя членами, получим

При подключении к контуру управляющего элемента индук­ тивность контура изменится и станет равной

Последнее выражение справедливо при выполнении неравен­ ства

Определим изменение индуктивности контура Ь>ЬК при изме­ нении эквивалентной индуктивности А/.,.

В соответствии с формулой (2.14) запишем

57

Таким образом, при небольших отклонениях изменение часто­ ты линейно зависит от изменения эквивалентного параметра.

С точки зрения динамических свойств перестраиваемый гетеро­ дин можно считать безынерционным звеном.

§ 2.4. Структурная схема системы авгосопровождения по дальности

Если центральная частота дискриминатора равна /„, а текущее значение частоты на выходе смесителя равно / 3, то, как пока­ зано выше, выходное напряжение дискриминатора f

постоянной, не зависящей от Ue.

Инерционные свойства дискриминатора из-за небольшого вре­ мени установления. можно не учитывать.

Следующие за дискриминатором элементы более подробно рас­ смотрены в § 2.3.

Полученные в § 2.3 выражения определяют структурную схему системы (рис. 2.15).

Рис. 2.15

Дальнейшее упрощение схемы (рис. 2.15) можно провести, если учесть нижеприведенные соотношения

A /~:/s /„. А ^/ср -f А/.

где /с,, —средняя частота входного сигнала в диапазоне измене­ ния частот, соответствующих Uy=0.

58

Тогда

Рис. 2.16

Для анализа импульсной системы выделим отдельно элементы непрерывной части Кн{р) (рис. 2.17).

На рисунке

, \—е~рГп Кв(р) р .

Л/'г

М*(Р)

А/г

Рис. 2.17

Кн(р)=Кд(р)К ус (р)Кс(р)Кн(р)Ку(р),

где

к д{ р )~ к д,

Кус (р) = Кус >

К{ р )= К»

Ку ( Р ) = К у

Передаточная характеристика непрерывной части

59