Radioavtomatika
.pdfСПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регули-
рования. – М.: Наука, 1972. – 768 с.
Воронов А. А. Основы теории автоматического управления. – М.: Энер-
гия. – Т. 1. – 1980. – 312 с.; Т. 2. – 1981. – 304 с. |
|
|
|
|
|||
Коновалов Г. Ф. |
Радиоавтоматика. |
Учеб. |
для |
вузов |
по |
||
спец.Радиотехника, – |
М. Высш. шк. 2003. – 335с. |
|
|
|
|
||
Красовский А. А., Поспелов Г. С. Основы автоматики и технической ки- |
|||||||
бернетики. – М.: ГЭИ, 1962. – 600 с. |
|
|
|
|
|
|
|
Первачев С.В. Радиоавтоматика. Учеб.для вузов, – М.- Радио |
и связь – |
||||||
1982. – 296с. |
|
|
|
|
|
|
|
Первачев С. В., Валуев А. А., Чиликин В. М. Статистическая |
динамика |
||||||
радиотехнических следящих систем. М.: Сов. радио, 1973. – 488 с. |
|
|
|||||
Радиоавтоматика. Учеб.пособие для студ.вузов спец. Радиотехника / |
|||||||
В.А.Бесекерский, |
А.А.Елисеев, |
А.В.Небылов |
и |
др. |
Под |
||
ред.В.А.Бесекерского, – М.- Высш.шк., 1985. – 271с. |
|
|
|
|
|||
Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования и проектиро- |
|||||||
вания печатных плат Design Center (PSpice). – М., 1996. |
|
|
|
||||
Соколов А.И., |
Юрченко Ю.С. Радиоавтоматика: |
учебник, |
– |
||||
М./Изд.центр «Академия», 2011. – 266с. |
|
|
|
|
|
|
|
Теория автоматического управления: В 2 ч. / |
Под ред. А. А. Вороно- |
||||||
ва. – М.: Высш. шк., 1986. – Ч. 1 – 2. – 655 с. |
|
|
|
|
|
||
Юревич Е. И. Теория автоматического управления. – Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1975. – 410 с.
Теорiя автоматичного управлiння / Г. Ф. Зайцев, В. К. Стеклов, О. I. Брiцький; За ред. проф. Г. Ф. Зайцева. – К.: Технiка, 2002. – 688 с.
110
СОДЕРЖАНИЕ |
|
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ..................................................................................... |
3 |
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. |
4 |
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ................................................................................. |
5 |
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЕЙШЕЙ САУ – ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ....... |
5 |
1.1. Описание лабораторной установки............................................................. |
5 |
1.2. Задание по работе.......................................................................................... |
6 |
1.2.1 Предварительные действия..................................................................... |
6 |
1.2.2. Исследование переходных процессов (15 мин)................................... |
6 |
1.2.3. Экспериментальное измерение частоты среза и запаса устойчивости |
|
по фазе................................................................................................................ |
8 |
1.2.4. Экспериментальное измерение АЧХ САУ........................................... |
8 |
1.2.5. Для «шустрых» студентов...................................................................... |
9 |
1.2.6. В уютной домашней обстановке ........................................................... |
9 |
1.3. Содержание отчета...................................................................................... |
10 |
1.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
10 |
2. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ |
|
ЧАСТОТЫ............................................................................................................ |
111 |
2.1. Описание лабораторной установки........................................................... |
11 |
2.2. Задание по работе...................................................................................... |
133 |
2.3. Содержание отчета...................................................................................... |
14 |
2.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
14 |
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТЫ С СИСТЕМОЙ ФАПЧ 155 |
|
3.1. Описание лабораторной установки........................................................... |
15 |
3.2. Задание по работе...................................................................................... |
177 |
3.3. Содержание отчета...................................................................................... |
18 |
3.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
19 |
4. ИССЛЕДОВАНИЕ САУ С МИНИМИЗАЦИЕЙ ШУМОВОЙ ОШИБКИ . 19 |
|
4.1. Описание лабораторной установки........................................................... |
20 |
4.2. Задание по работе........................................................................................ |
21 |
4.3. Содержание отчета...................................................................................... |
22 |
4.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
23 |
5. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ САУ ПРИ НАЛИЧИИ |
|
ДИНАМИЧЕСКОЙ И ШУМОВОЙ ОШИБОК ................................................. |
23 |
5.1. Описание лабораторной установки........................................................... |
23 |
111
5.2. Задание по работе........................................................................................ |
26 |
5.3. Содержание отчета...................................................................................... |
28 |
5.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
28 |
6. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ САУ.................................................... |
299 |
6.1. Описание лабораторной установки........................................................... |
29 |
6.2. Задание по работе........................................................................................ |
31 |
6.2.1. Предварительные действия.................................................................. |
31 |
6.2.2. Исследование переходных процессов. ............................................... |
32 |
6.2.3. Анализ автоколебаний.......................................................................... |
33 |
6.2.4. Исследование линеаризированных САУ............................................ |
33 |
6.2.5. Оценка фильтрующих свойств линейных САУ 3-х типов. .............. |
34 |
6.2.6. Расчетная часть (выполняется в домашних условиях). .................... |
34 |
6.3. Содержание отчета...................................................................................... |
34 |
6.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
35 |
7. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ |
|
СТАТИСТИЧЕСКОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ.......................................................... |
35 |
7.1. Описание лабораторной установки........................................................... |
35 |
7.2. Задание по работе........................................................................................ |
37 |
7.3. Контрольные вопросы ................................................................................ |
37 |
8. СИСТЕМА ФАПЧ НА СИГНАЛЬНОМ ПРОЦЕССОРЕ ADSP(ANALOG |
|
DEVICES SIGNAL PROCESSOR) ....................................................................... |
38 |
8.1. Теоретические сведения ............................................................................. |
38 |
8.2. Описание лабораторной установки........................................................... |
43 |
8.3. Задание по работе........................................................................................ |
48 |
8.3.1. Расчетная часть работы ........................................................................ |
48 |
8.3.2. Экспериментальное исследование помехоустойчивости системы |
|
ФАПЧ (исследовательская часть работы) .................................................... |
50 |
8.3.3. Ознакомительная часть работы ........................................................... |
51 |
8.4. Содержание отчета...................................................................................... |
52 |
8.5. Контрольные вопросы ................................................................................ |
53 |
9. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИВОДА С ТАХОМЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ |
|
СВЯЗЬЮ................................................................................................................. |
53 |
9.1. Описание лабораторной установки........................................................... |
54 |
9.2. Задание по работе........................................................................................ |
57 |
9.3. Обработка результатов эксперимента....................................................... |
59 |
9.4. Содержание отчета...................................................................................... |
60 |
112
9.5. Контрольные вопросы ................................................................................ |
60 |
10. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСКРЕТНОЙ САУ ПЕРВОГО ПОРЯДКА ............. |
61 |
10.1. Описание лабораторной установки......................................................... |
61 |
10.2. Задание по работе...................................................................................... |
65 |
10.2.1. Исследование переходных процессов .............................................. |
65 |
10.2.2. Исследование точности ...................................................................... |
66 |
10.2.3. Исследование помехоустойчивости.................................................. |
66 |
10.2.4. Исследование частотных характеристик.......................................... |
67 |
10.3. Содержание отчета.................................................................................... |
68 |
10.4. Содержание отчета.................................................................................... |
68 |
11. ИССЛЕДОВАНИЕ САУ В СРЕДЕ ELECTRONIC WORKBENCH .......... |
69 |
11.1. Построение схемы..................................................................................... |
69 |
11.1.1. Осциллограф........................................................................................ |
69 |
11.1.2. Источник постоянного напряжения.................................................. |
70 |
11.1.3. Кнопка .................................................................................................. |
71 |
11.1.4. Переключатель .................................................................................... |
71 |
11.1.5. Резистор ............................................................................................... |
71 |
11.1.6. Конденсатор......................................................................................... |
72 |
11.1.7. Функциональный блок ....................................................................... |
72 |
11.1.8. Заземление ........................................................................................... |
74 |
11.1.9. Операционный усилитель .................................................................. |
74 |
11.1.10. Соединение элементов ..................................................................... |
74 |
11.2. Исследование переходных процессов..................................................... |
76 |
11.3. Исследование частотных характеристик ................................................ |
79 |
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ................................................................................ |
82 |
ВОЗМОЖНОСТИ СРЕДЫ «DESIGNLAB 8.0» И КРАТКАЯ ИНСТРУКЦИЯ |
|
ДЛЯ РАБОТЫ В ЭТОЙ СРЕДЕ .......................................................................... |
82 |
1. МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ РАДИОАВТОМАТИКИ МЕТОДОМ |
|
ЗАМЕЩЕНИЯ LCR-ЦЕПЬЮ .............................................................................. |
85 |
1.1. Описание схемы моделирования............................................................... |
85 |
1.2. Задание по работе........................................................................................ |
85 |
1.2.1 Моделирование LCR-цепи. ................................................................... |
85 |
1.2.2. Моделирование RС-цепи (апериодического звена). ......................... |
86 |
1.3. Содержание отчета...................................................................................... |
86 |
1.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
87 |
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ САУ С ЭЛЕКТРОННЫМ ИНТЕГРАТОРОМ .......... |
87 |
113
2.1. Описание схемы моделирования............................................................... |
87 |
2.2. Задание по работе........................................................................................ |
89 |
2.3. Содержание отчета...................................................................................... |
89 |
2.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
89 |
3. КОРРЕКЦИЯ САУ ............................................................................................ |
90 |
3.1. Описание схемы моделирования............................................................... |
90 |
3.1.1. Коррекция САУ с помощью метода ЛХ............................................. |
90 |
3.1.2 Экспериментальные исследования. ..................................................... |
91 |
3.2. Задание по работе........................................................................................ |
91 |
3.3. Содержание отчета...................................................................................... |
91 |
3.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
92 |
4. РЕШЕНИЕ СИСТЕМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ ................ |
92 |
4.1. Описание схемы моделирования............................................................... |
93 |
4.1.1. Описание САУ в пространстве состояний ......................................... |
93 |
4.1.2. Моделирование САУ ............................................................................ |
93 |
4.2. Задание по работе........................................................................................ |
93 |
4.3. Содержание отчета...................................................................................... |
94 |
4.4. Контрольные вопросы ................................................................................ |
94 |
5. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ АПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗВЕНА.................... |
95 |
5.1. Теоретические сведения ............................................................................. |
95 |
5.2. Создание модели источника случайной помехи в графическом |
|
редакторе Schematics ......................................................................................... |
97 |
5.3. Создание программы для стат.обработки результатов моделирования 99 |
|
5.4. Экспериментальное исследование помехоустойчивости звена ........... |
100 |
6. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ СИНХРОНИЗАЦИИ............................. |
102 |
6.1. Моделирование элементов функциональной схемы (2 часа)............... |
102 |
6.1.1 Фазовый дискриминатор, описание схемы моделирования............ |
103 |
6.1.2 Управляемый генератор, описание схемы моделирования ............. |
104 |
6.2. Моделирование системы синхронизации (2 часа)................................. |
105 |
6.3. Содержание отчета.................................................................................... |
107 |
6.4. Контрольные вопросы .............................................................................. |
107 |
7. ЧАСТОТНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЙ В |
|
НЕЛИНЕЙНОЙ САУ.......................................................................................... |
108 |
7.1. Постановка задач исследования .............................................................. |
108 |
7.2. Описание схемы моделирования............................................................. |
108 |
7.3. Задание по экспериментальной части работы ....................................... |
109 |
114
7.4. Содержание отчета.................................................................................... |
109 |
7.5. Контрольные вопросы .............................................................................. |
109 |
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................. |
110 |
СОДЕРЖАНИЕ ................................................................................................... |
111 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. РАСЧЕТ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ
СИНХРОНИЗАЦИИ ........................................................................................... |
116 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ В УЧЕБНОМ |
|
ПРОЦЕССЕ МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИНТЕРАКТИВНЫХ ЗАНЯТИЙ С |
|
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ |
|
(ПРАКТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ДИСЦИПЛИНЫ "РАДИОАВТОМАТИКА").... |
117 |
115
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Расчет точностных характеристик системы синхронизации
Это дополнительное задание может быть рекомендовано студентам, желающим улучшить свое рейтинговое состояние.
Задана передаточная функция разомкнутой системы:
WP ( p) KV (1 pT1) , p(1 pT2 )
где KV 64
M ; T2 M ; T11 T2 
16 ; T12 T2 
4 ; M 2N 1;
N – порядковый номер студента в списке группы.
Структура системы должна быть согласована с формирующим фильтром (ФФ), вырабатывающим случайный процесс с экспоненциальнокоррелированной скоростью (двусторонняя спектральная плотность мощно-
сти шума на входе ФФ – S0 642
M ). Уход фазы синхронизирующего генератора наблюдается на фоне аддитивного белого шума (двусторонняя спектральная плотность мощности шума Sп M ).
Требуется:
1.Построить ЛХ и изобразить переходные процессы (два).
2.Изобразить структуру ФФ и согласованной с ним системы синхронизации. Описать систему в пространстве состояний, решить систему дифференциальных уравнений численным методом с помощью ЭВМ и построить переходные процессы (начальные условия – нулевые, входное воздействие – единичное). Сравнить результаты п.1 и п.2.
3.Записать линейное дисперсионное уравнение системы, представить его в виде системы дифференциальных уравнений, решить численным мето-
дом и построить зависимости дисперсий флюктуационной |
2 |
(t) и динами- |
|||
|
|
|
|
ФЛ |
|
ческой 2 (t) |
составляющих ошибки системы от времени (выбрать начальное |
||||
g |
|
|
|
|
|
|
ap11( ) |
0 |
|
|
|
P(0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
условие |
|
0 |
0 , a 1). |
|
|
4.С помощью частотных методов анализа систем рассчитать ФЛ2 и 2g
вустановившемся режиме. Сравнить результаты п.3 и п.4.
116
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Разработка и применение в учебном процессе методики проведения интерактивных занятий с использованием компьютерных технологий (практический цикл дисциплины «Радиоавтоматика»)
1. Постановка задачи.
1.1. Введение. Реализация основных образовательных программ (ООП) на основе Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) высшего образования предполагает широкое использование активных и интерактивных форм проведения занятий (удельный вес интерактивных форм должен составлять не менее 20% от всех аудиторных занятий [1-4]). Данное требование базируется на том положении, что студенты лучше осваивают учебный материал, который они изучали посредством активного вовлечения в учебный процесс.
При разработке новой методики проведения интерактивных занятий необходимо учитывать особенности современного учебного процесса в ВУЗе:
-широкое использование в учебном процессе информационнокоммуникационных (компьютерных) технологий;
-непрерывное увеличение объема учебного материала, излагаемого в ограниченных временных рамках, что требует оптимизации учебного процесса.
Дополнительно необходимо учитывать особенности конкретной дисциплины.
1.2. Особенности дисциплины «Радиоавтоматика». Дисциплина читается для бакалавров и специалитета в 6-м семестре, когда студенты еще не имеют большого опыта в схемотехнике, программировании, контрольноизмерительной технике. Тем не менее, студентам предлагается выполнить, помимо лекционного курса, циклы лабораторных и практических работ (18 часов на каждый цикл).
Цикл лабораторных работ выполняется в лаборатории радиоавтоматики с использованием специализированных учебных макетов, дополненных
117
контрольно-измерительной аппаратурой (одновременно могут работать до 10 студенческих бригад по 2-3 человека в каждой).
Цикл практических работ выполняется в этой же лаборатории (или в классе ПЭВМ) с использованием доступного программного обеспечения (в лаборатории одновременно могут работать также до 10 студенческих бригад). Однако, в отличие от лабораторного цикла, студенты используют свободно распространяемую версию пакета «DesignLab» (демонстрационную версию) и, поэтому, имеют возможность выполнять задания в домашних условиях, что не стимулирует студентов к активной работе в аудиторные часы практического цикла.
Возникает актуальная задача: повысить активность студентов и эффективность их работы в аудиторные часы практического цикла.
2. Решение задачи (методика проведения занятий в практическом цикле).
Предлагаемая методика базируется на известной в педагогике парадигме усиленного обучения (метод «кнута и пряника») и интерактивной форме проведения занятий (метод «ролевых игр»).
Алгоритм проведения занятий включает в себя подготовку занятий, вступление, основную часть и выводы.
2.1. Подготовка занятий.
1. Проверяется материально-техническое обеспечение занятий (выполняется преподавателем до начала занятий):
-работоспособность ЭВМ,
-проверка (установка) программного обеспечения,
-проверка отсутствия вредоносных программ,
-подготовка обновленной версии методических указаний в электронном виде,
-подготовка дистрибутива рабочей версии среды «DesignLab».
2. Формулируются правила проведения занятий (выполняется преподавателем при первой встрече со студентами):
118
-основные положения техники безопасности,
-разбиение учебной группы на бригады (2-3 человека),
-распределение ролей в бригаде (оператор ЭВМ, математик-теоретик, пиарменеджер),
-условия выполнения текущего задания: демонстрация на экране монитора необходимого набора графиков,
-последствия невыполнения текущего задания: домашняя работа с представлением отчета,
-размножение методических указаний и дистрибутива среды «DesignLab».
Замечание. В ходе выполнения практического цикла роли в бригаде могут меняться. Например, в случае неудачного выбора оператора ЭВМ («не дружит» с ЭВМ) возможно перераспределение ролей. Если в бригаде менее 3-х человек, роли совмещаются.
3. Подготовка студентов к занятиям:
-формируют рабочие бригады (могут отличаться от бригад лабораторного цикла),
-выбирают рабочее место за ЭВМ,
-получают методические указания и дистрибутив среды «DesignLab»,
-уточняют правила проведения занятий,
-расписываются в ведомости инструктажа по технике безопасности.
2.2. Вступление (в начале каждого занятия).
Преподаватель формулирует задание с указанием:
-темы занятия,
-исходных данных,
-перечня требуемых графиков.
Студенты уточняют (при необходимости) задание.
2.3. Основная часть.
119