Тема 12. Цифровые системы радиоавтоматики

12.1 Общая характеристика цифровых следящих систем

Цифровыми обычно называют следящие системы, все или часть блоков которой (дискриминаторы, фильтры, генераторы опорных сигналов) построены на базе цифровых вычислительных машин (ЦВМ) или в виде отдельных цифровых устройств реализованных на базе микропроцессоров или микроконтроллеров. Противоположность им – системы не использующие цифровую технику принято называть аналоговыми.

Важным достоинством цифровых следящих систем является:

1. резкое упрощение их настройки и регулировки, делающие такие системы технологичными;

2. высокая стабильность их характеристик и параметров;

3. высокая надежность;

4. удобство изменения их параметров в процессе работы , позволяет реализовывать в них сложные алгоритмы обработки сигналов;

5. гарантированная точность полученных результатов .

При построении цифровых систем возникают определенные сложности. Характерными особенностями этих систем является обработка процессов подвергающихся дискретизации по времени и квантованию по уровню, что в общем случаи приводит к возрастанию ошибок слежения.

12.2 Функциональные и структурные схемы цифровых систем ра

Рассмотрим цифроаналоговую радиотехническую следящую систему наиболее близкую к рассматриваемым ранее аналоговым системам.

В этой системе используется аналоговый дискриминатор (ДИС), аналоговый генератор опорного сигнала (ГОС), цифровой фильтр (ЦФ).Связь между цифровыми и аналоговыми блоками системы обеспечивается с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Для ограничения ширины спектра поступающего на АЦП , на выходе дискриминатора включается аналоговый фильтр нижних частот (Ф). Специфическими элементами рассмотренной системы являются АЦП, ЦФ и ЦАП. Поясним несколько подробнее их назначение и дадим математическое описание.

12.2.1 Аналогово-цифровой преобразователь (ацп)

АЦП предназначен для преобразования аналогового напряжения в цифровую форму. Для получения математического описания работы АЦП удобно представить выполняемое им преобразование как двух этапный процесс.

На первом этапе напряжение подвергается дискретизации по времени .

На втором этапе оно квантуется по уровню и заменяется числами, представленными в виде кодов. В процессе временной дискретизации входное непрерывное напряжение преобразуется в дискретную по времени последовательность ,

где

Т – период временной дискретизации.

Преобразование непрерывной функции в дискретную является нелинейной операцией и может рассматриваться как прохождение напряжения через ключ, коэффициент передачи которого изменяется по закону :

.

Квантование по уровню выполняемое на следующем этапе преобразования АЦП состоит в округлении значений процесса до величин , величин с шагом квантованию по уроню.

Полученные при этом квантованные величины ,

где n – номер квантованного уровня, заменяется дальше числами n(KT) записанными в некоторой системе счисления (чаще всего двоичной) и отображенными кодовыми группами.

Операция квантования по уровню и замены квантованных величин числами, описываются нелинейными функциями и имеют вид:

Учитывая все преобразования выполняемые АЦП его эквивалент можно представить в виде двух последовательно включенных звеньев.

ДЭ- дискретный элемент с коэффициентом передачи ,описываемым выражением K(t). Второе безынерционное нелинейное звено с характеристикой Q(u).