Цифровые системы радиоавтоматики

Структурная схема цифровой системы радиоавтоматики

Возрастание требований к качеству систем РА, увеличение объема перерабатываемой информации, усложнение объектов управления привело к тому, что средствами аналоговой техники стало невозможным решение многих практических задач. Важными достоинствами цифровых систем РА являются:

Резкое упрощение настройки и регулирования системы, высокая технологичность изготовления;
Высокая стабильность характеристик, независимость от температуры, напряжения питания;
Высокая надежность;
Возможность использования сложных алгоритмов обработки и изменение алгоритмов в процессе работы системы;
Высокая точность реализации алгоритмов обработки, ограниченная только периодом дискретизации и разрядностью цифровых устройств;
Отсутствие дрейфа нуля

Недостатки цифровых систем РА:

Усложнение системы, необходимость дискретизации входных воздействий во времени и квантованию по уровню

Обобщенная структурная схема цифровой системы РА приведена на рис. 1

Рис. 1. Обобщенная структурная схема цифровой системы РА

Непрерывный входной сигнал в дискретизаторе преобразуется в дискретный, в АЦП преобразуется в цифровой фильтр, преобразующий входной код по заданной микропроцессором программе в код управления. С помощью ЦАП код преобразуется в аналоговый сигнал и поступает на объект управления, изменяя его параметры. Аналоговый выходной сигнал с помощью АЦП отфильтровывается и в виде кода подается на вход микропроцессора, меняя программу управления цифровым фильтром.

Преобразование непрерывного сигнала в дискретный

Эквивалентность представления сигналов

АЦП

Осуществляет периодическое преобразование аналогового напряжения в цифровую форму. Работают на разных принципах – взвешивания последовательного приближения, интегрирования и т. д.

Преобразования производится в два этапа. На первом этапе производится дискретизация во времени, рассмотренная на предыдущей лекции. На втором этапе полученные дискретные значения напряжения квантуются по уровню, полученные величины уровней заменяются числами и представляются в виде кодов. Таким образом, происходит преобразование U(t) в последовательность импульсов с импульсно-кодовой модуляцией U(kT)

Пространственный рисунок

При квантовании значения U(kT) округляются до величин, кратных шагу квантования ΔU, в итоге U_кв(kT)= ΔUn(kT), где n – номер квантованного уровня, в дальнейшем заменяемый числом, обычно в двоичной системе.

Эквивалент АЦП может быть представлен в виде

Устройства выборки и запоминания.

Временную дискретизацию аналогового сигнала с сохранением верхних частот его спектра можно осуществить путем применения устройства выборки-хранения или быстродействующих и точных аналоговых ключей.

По совокупности положительных качеств наибольшее распространение получили структуры аналоговых УВХ с малой постоянной времени цепи заряда запоминающего конденсатора. Среди таких структур УВХ разомкнутого типа занимают особое положение по быстродействию, так как в большей мере удовлетворяют условию , где t_в - время выборки; - время хранения с погрешностью 6.

Рисунок 58. Упрощенная схема УВХ разомкнутого типа

В УВХ разомкнутого типа (рисунок 58) коммутирующий элемент является ключом напряжения, что и определяет его недостатки. Он должен быть рассчитан на коммутацию напряжения, равного полному размаху входного сигнала, а схема управления ключом должна обеспечивать еще больший перепад напряжения управления с короткими фронтами. При размахе входного сигнала ±10 В построение высококачественного ключа напряжения является сложной задачей, поэтому УВХ разомкнутого типа имеют большое апертурное время и значительную (нескомпенсированную) погрешность переключения. В качестве коммутирующего элемента чаще всего используются мостовые схемы на диодах Шоттки.

Выражения для основных параметров схемы на рисунке 56 имеют вид:

;

где ΔU– максимально допустимое изменение напряжения за время t_хр, - время установления в режим хранения,

- время установления буферных усилителей.

Из выражений следует, что для обеспечения большого значения t_хрб требуется большее значение C_xp, с другой стороны, C_xp не может быть произвольно увеличена, так как за этим следует увеличение t_в и снижение частоты дискретизации.

АЦП

Пространственный рисунок