чужие файлы / Ravt_Goncharuk (1)

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОГОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра

Радиотехнические системы

Курсовая работа по дисциплине «Радиоавтоматика»

Выполнил студент

группы БРА2101:

Гончарук. А.А.

Вариант 2

Проверил: Минаева О.Н.

Цель: формирование современного инженерного подхода к проектированию систем управления, при котором аналитические методы подкрепляются и дополняются экспериментальными исследованиями систем на вычислительных машинах.

Индивидуальное задание:

Таблица 1. Вводные данные

№

Вид СА Р

W(S) неизменяемой части САР

Кд

Кн

Рт-62 по- стоянные времени

Хвх(t)

(Xош)уст от Хвх(t) град

Ту

Хмв1

Хмв2

Sш(ω)= S0 В2 / Гц

В/гр ад

1/ с

Ту3

Тан

2

АСН

1

30

0

0. 8

8 Град/ с2

0.23

0. 5

0.0 2

4

4*10-4

Теоретические данные

Положение движущихся объектов (ДО) в какой-либо системе координат определяется расстоянием Д от начала координат до этого объекта и направлением из начала координат на этот объект:

Рисунок 1 – Система АСН

Направление на объект определяется двумя угловыми координатами: азимутом и углом места.

Азимутом объекта называют угол в горизонтальной (азимутальной) плоскости между прямой, соединяющей начало координат с проекцией объекта на эту плоскость, и координатной осью.

Углом места объекта называют угол в вертикальной плоскости (угломерной) между прямой, соединяющей начало координат с проекцией объекта на плоскость, и прямой, проходящей через начало координат и объект.

Измерение угловых координат движущихся объектов осуществляется системой АСН. Система АСН (рис.1, Б) - это система радиоавтоматики, состоящая из приемопередающего устройства, антенны направленного действия А и двухканального следящего привода этой антенны, посредством которого осуществляется поворот антенны в двух плоскостях- азимутальной (горизонтальной) и угломестной (вертикальной).

Таким образом, система АСН состоит из двух следящих систем, в каждой из которых входной величиной является соответствующая угловая координата (азимут или угол места) движущегося объекта, а выходной величиной - угол, определяющий положение равносигнального направления (РСН) в азимутальной или угломестной плоскости. Обычно такие радиотехнические системы работают в импульсном режиме т. е. излучают в пространство короткие (τ~ 1мкс и менее) радиоимпульсы с частотой повторения 102 – 104 имп/с. При этом антенна работает на прием и на передачу: посредством антенного переключателя она подключается поочередно то к передатчику, то к приемнику.

Антенна системы АСН является антенной направленного действия. Из теории антенн известно, что если перед излучателем электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты поместить параболический отражатель, размеры которого превышают длину волны этих колебаний, то излученная электромагнитная энергия будет распространятся лишь в узкой конусообразной области пространства, симметричной относительно электрической оси антенны. При этом интенсивность излучения внутри этой области зависит от направления излучения: по мере удаления от электрической оси антенны интенсивность излучения падает.

Зависимость относительной интенсивности излучения от направления характеризуется диаграммой направленности антенны. Плоская диаграмма направленности, показанная на рис. 2, характеризует распределение интенсивности излучения (Δθ) в плоскости, проходящей через электрическую ось антенны.

Максимум излучения соответствует направлению электрической оси антенны. Кроме того, диаграмма направленности антенны устанавливает зависимость коэффициента усиления антенны (при работе ее наприём) от направления прихода сигнала Δθ, отраженного от цели.

Антенна направленного действия совместно с приемопередатчиком образует угловой дискриминатор (УД) системы АСН. При этом внутри диаграммы направленности формируется равносигнальное направление, обладающее тем свойством, что при совпадении его с направлением на объект напряжение на выходе дискриминатора равно нулю. Если же равносигнальное направление не совпадает с направлением на объект, т.е. если возникает угловое рассогласование е(t), то на выходе дискриминатора появляется напряжение ошибки, пропорциональное рассогласованию Ug = Kgp * E, где Kgp - коэффициент передачи радиотехнического углового дискриминатора.

Рисунок 2 – Диаграмма направленности

На рис. 3 приведена функциональная схема одной из следящих систем, образующих систему АСН, состоящая из измерителя рассогласования или углового дискриминатора УД, усилительного устройства У и исполнительного двигателя ИД с редуктором Р. Объектом управления ОУ является следящая антенна А системы АСН. Кроме того, для получения требуемых динамических характеристик следящей системы в ее состав введено корректирующее устройство (звено) КУ. Оно состоит из тахометрического моста, вырабатывающего напряжение, пропорциональное скорости вращения ротора исполнительного двигателя и дифференцирующей цепи, и представляет собой цепь гибкой обратной связи - связи по ускорению, охватывающей усилитель и исполнительный двигатель следящей системы.

Рисунок 3 – Функциональная схема следящей системы в составе АСН

Возникающее в результате движения объекта рассогласование е(t) преобразуется угловым дискриминатором в напряжение ошибки Ug(t), которое поступает на вход усилителя следящей системы.

Выходное напряжение усилителями подводится к цепи управления исполнительного двигателя. Под действием этого напряжения ротор двигателя начинает вращаться с угловой скоростью Ωy(t) и через редуктор поворачивает антенну в соответствующей плоскости в сторону уменьшения рассогласования.

Для обеспечения поворота антенны в двух плоскостях выходные оси двигателей азимутальной и угломерной следящих систем соединены с антенной посредством карданного подвеса. Если с неподвижным основанием антенны совместить систему координат, то угловое положение антенны относительно этого основания определит азимут объекта в горизонтальной плоскости и угол места объекта и вертикальной плоскости.

Заметим, что исполнительный двигатель с редуктором совместно со следящей антенной представляет собой неизменяемую часть АСН с заданными динамическими характеристиками. Эти характеристики должны быть учтены при разработке управляющего устройства - усилителя с корректирующими цепями - для получения требуемых динамических характеристик всей системы. Поэтому в качестве объекта управления системы АСН целесообразно рассматривать не одну антенну, а антенну и исполнительный двигатель с редуктором, как единое целое (в динамическом отношении). При этом динамические свойства антенны, характеризуемые ее моментом инерции относительно выходной оси следящей системы, учитывают при расчете постоянной времени исполнительного двигателя.

Если упростить рисунок 3, можно представить схему радиотехнического устройства в общем виде следующим образом:

Рисунок 4 – Структурная схема РТС в общем случае

На рисунке 5 представлена принципиальная схема углового дискриминатора. В ней выходные сигналы высокой частоты суммарного и разностного каналов моноимпульсной РЛС сравниваются таким образом, что что один диод детектирует сигнал , а другой – сигнал . На выходе диодов напряжения постоянного тока, пропорциональные амплитудам соответствующих сигналов, на сопротивлении R взаимно вычитаются, в результате чего формируется напряжение сигнала ошибки , определяемое формулой:

, где – коэффициент передачи (предполагается, что оба диода линейные). Выходные фильтрующие и усилительные цепи улучшают характеристики сигнала ошибки.

Рисунок 5 – Принципиальная схема углового дискриминатора

Исполнительное устройство фактически является прибором, компенсирующим ошибку, вычисленную дискриминатором. То есть, оно доворачивает антенну так, чтобы её ось излучения совпадала с направлением на цель. Простейшем примером такого механизма является двигатель с редуктором. Его схема представлена на рисунке 6. В качестве мотора могут использоваться двигатели переменного и постоянного тока. Для повышения срока службы мотора путём снижения числа оборотов в систему встраивается редуктор.

Рисунок 6 – Исполнительное устройство

Расчёт:

Рисунок 7. Логарифмические амплитудно-частотные характеристики первого звена.

Рисунок 8. Логарифмические фазо-частотные характеристики первого звена

Рисунок 9.Годографы первого звена.

Рисунок 10. Переходные характеристики.

Рисунок 11. Реакция первого звена на линейное воздействие.

Рисунок 12. Логарифмические амплитудно-частотные характеристики второго звена.

Рисунок 13. Логарифмические фазо-частотные характеристики второго звена.

Рисунок 14. Годографы второго звена.

Рисунок 15. Переходные характеристики второго звена

Рисунок 16. Реакции второго звена на линейное воздействие

Моделирование в MATLAB

Рисунок 17 . Схема для исследования первого звена без ООС

Рисунок 18. Характеристики h(t) и l(t) для интегрирующего звена без ООС

Рисунок 19. Схема для исследования первого звена с ООС

Рисунок 20. Характеристики h(t) и l(t) для интегрирующего звена с ООС

Рисунок 21. Схема для исследования второго звена без ООС

Рисунок 22.Характеристики h(t) и l(t) для второго звена без ООС

Рисунок 23.Схема для исследования второго звена с ООС

Рисунок 24.Характеристики h(t) и l(t) для второго звена с ООС

Логарифмические характеристики для:

К₀₀₅= 0.05 Кн = 30

Кφ = 0.8 Ккр = 60

Рисунок 25. Логарифмические Амплитудно-частотная фазо-частотная характеристики разомкнутой части системы.

Рисунок 26. Годографы разомкнутой части системы

Рисунок 27. Исследуемая схема

Рисунок 28. Переходная характеристика полученная в расчётах

Рисунок 29. Переходная характеристика полученная в MATHLAB

Рисунок 30. Исследуемая схема

Рисунок 31. Переходная характеристика полученная в расчётах

Рисунок 32. Переходная характеристика полученная в MATHLAB

Рисунок 33. Исследуемая схема

Рисунок 34. Переходная характеристика полученная в расчётах

Рисунок 35. Переходная характеристика полученная в MATHLAB

Рисунок 36. Исследуемая схема

Рисунок 37. Переходная характеристика полученная в расчётах

Рисунок 38. Переходная характеристика полученная в MATHLAB

Рисунок 39. График зависимости расчета перерегулирования и времени установления от коэффициента усиления.

Рисунок 40. Желаемая ЛАЧХ

Рисунок 41. ЛФЧХ системы

Рисунок 42. АФЧХ желаемой системы

Схема для получения переходных характеристик:

Полученные переходные характеристики:

Для скачка:

Для линейно меняющегося воздействия:

Схемы для определения ошибки Хмв2 при Хвх(t) = 0

Для линейно меняющегося воздействия:

Для скачка:

Схема подключения нелинейных звеньев:

статические характеристики нелинейных звенье:

График модуля зависимости эквивалентного нормированного коэффициента I0 передачи от относительной амплитуды для НЗ₂ :

График модуля зависимости эквивалентного нормированного коэффициента Z0 передачи от относительной амплитуды для НЗ₂ :

График модуля зависимости эквивалентного нормированного коэффициента Z0 передачи от относительной амплитуды для НЗ₂ в логарифмическом масштабе:

График модуля зависимости эквивалентного нормированного коэффициента I0 передачи от относительной амплитуды для НЗ₁:

График модуля зависимости эквивалентного нормированного коэффициента Z0 передачи от относительной амплитуды для НЗ₁:

График модуля зависимости эквивалентного нормированного коэффициента Z0 передачи от относительной амплитуды для НЗ₁ в логарифмическом масштабе:

Согласно методу гармонического баланса автоколебания в замкнутой динамической системе возможны в том случае, если удовлетворяются условия баланса фаз и баланса амплитуд.

ФЧХ желаемой системы никогда не пересекает значение , поэтому автоколебания невозможны при любых коэффициентах усиления.

Для возникновений автоколебаний, необходимо ещё одно инерционное звено. После добавления инерционного звена, передаточная характеристика принимает вид:

ЛФЧХ и частота пересечения графиком -180⁰:

ω_ак = 53

ЛАЧХ и |20lg(Z₀(A/a))|

Баланс фаз и баланс амплитуд соблюдается, возникновение автоколебаний возможно.

Предельные значения задающего воздействия:

Схема нелинейного звена:

Осциллограмма при подаче на нелинейность линейно возрастающего воздействия:

Схема полной системы:

Реакция системы на ступенчатое воздействие с А= 9.9:

Реакция системы на ступенчатое воздействие с А= 10 :

Осциллограмма реакции системы на линейно меняющееся воздействие при А = 101.8:

Осциллограмма реакции системы на линейно меняющееся воздействие при А = 101.9:

Схема полной системы со смешанным входным воздействием:

Аstep = 5 Aramp = 77.3

Аstep = 5 Aramp = 77.4

График рабочей зоны полной системы:

Метод неопределённых коэффициентов:

Полученные уравнения и численные значения коэффициентов:

W-Преобразование:

После раскрытия скобок получим:

Для нахождения корней, необходимо преобразовать выражение в единую дробь:

Рекомендованные значения Td:

Найдём корни с помощью Mathcad корни числителя и знаменателя:

Для Td =0.04

Для Td =0.05

Для Td =0.06

Для Td= 0.5 составим передаточную функцию: