МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Конспект лекцій

з дисципліни "РАДІОАВТОМАТИКА"

для студентів усіх форм навчання спеціальностей

7.090702 "Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси";

7.090701 "Радіотехніка",

7.090703 "Апаратура радіозв’язку, радіомовлення та телебачення"

РЕКОМЕНДОВАНО

Науково-методичною радою

університету

Протокол № 3 від 28.11.07.

Харків 2008

Конспект лекцій з курсу "Радіоавтоматика" для студентів усіх форм навчання спеціальності 7.090702 “Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси”, 7.090701 "Радіотехніка", 7.090703 "Апаратура радіозв'язку, радіомовлення та телебачення" / Упоряд. Посошенко В.О. – Харків: ХНУРЕ, 2008.– 64 с.

Упорядник В.О. Посошенко

Рецензент В.П. Шинкаренко, к.т.н., доцент кафедри ОРТ

ЗМІСТ

Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . … . . 5

1 Основні поняття і визначення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Класифікація систем радіоавтоматики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 Типові системи радіоавтоматики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4 Математичний опис автоматичних систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.1 Складання диференціального рівняння елемента автоматичної системи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.2 Статичні і динамічні властивості елементів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.3 Перетворення Лапласа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.4 Перетворення Фур'є . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.5 Передатна функція . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.6 Перехід від передатної функції до частотної характеристики . . . . 12

4.7 Логарифмічні частотні характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

5 Типові вхідні сигнали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.1 Східчаста вхідна дія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.2 Імпульсна вхідна дія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.3 Синусоїдальна вхідна дія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.4 Лінійно-наростаюча вхідна дія . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.5 Білий шум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6 Перехідна й імпульсна перехідна функції . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

7 Типові лінійні ланки і їхні з'єднання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

7.1 Підсилювальна ланка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

7.2 Інерційна ланка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

7.3 Інтегруюча ланка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

7.4 Ланка, що диференціює . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1919

7.5 Ланка чистого запізнювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

7.6 Передатні функції з'єднань ланок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

7.7 Передатна функція для збурювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

8 Перехід від функціональної схеми системи РА до її структурної . . . . . .

схеми . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9 Правила структурних перетворень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

9.1 Правило переносу точки знімання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

9.2 Правило переносу точки підсумовування . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

10 Функціональні і структурні схеми систем радіоавтоматики . . . . . . 27

10.1 Система фазового автопідстроювання частоти . . . . . . . . . . . . . . . . 27

10.2 Системи спостереження за тимчасовим положенням імпульсного сигналу (системи АСД) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

10.3 Системи автоматичного визначення напрямку на джерело радіохвиль (системи АСН) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

10.4 Системи автоматичного регулювання підсилення (АРП) . . . . . . . . . . . . . . 36

10.5 Структурна схема узагальненої (типової) системи радіоавтоматики . . . . 37

11 Імпульсні системи радіоавтоматики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

12 Поняття про дискретні функції і різницеві рівняння . . . . . . . . . . . . . 45

13 Дискретне перетворення Лапласа і Z – перетворення . . . . . . . . . . . . . . 47

14 Передатні функції імпульсних автоматичних систем . . . . . . . . . . . . . . 49

15 Оцінка стійкості імпульсної автоматичної системи . . . . . . . . . . . . . . . . 52

16 Якість процесів у лінійних імпульсних системах. . . . . . . . . . . . . . . . . 54

17 Цифрові системи радіоавтоматики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

18 Цифрова фільтрація . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Предметний покажчик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Рекомендована література . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

ВСТУП

"Радіоавтоматика" є базовою дисципліною, яка вивчає принципи побудови, методи аналізу і синтезу автоматичних радіотехнічних систем і пристроїв.

"Радіоавтоматика" є прикладною дисципліною, що базується на загальній теорії автоматичного регулювання і керування.

Автоматичне керування будь-яким технічним процесом передбачає створення системи, що складається з об'єкта керування і зв'язаного з ним керуючого пристрою. Така система має бути здатною виконувати свої функції з необхідною точністю, незважаючи на її інерційні властивості і дії всіляких перешкод.

Першими технічними пристроями, у яких використовувалися автоматичні регулятори, були годинникові механізми. У 1675 році Н. Гюйгенс вмонтував у годинник маятниковий регулятор ходу. Бурхливий розвиток автоматичних регуляторів почався з винаходом парової машини. У 1765 р. російський механік І.І. Ползунов винайшов регулятор живлення казана парової машини, що автоматично підтримує заданий рівень води в казані. Він також вперше запропонував і принцип регулювання за відхиленням. У 1784 р. англійський механік Дж. Уатт винайшов відцентровий регулятор швидкості парової машини. У 1808 р. французький механік Ж. Жоккар винайшов перший програмний пристрій керування по перфокарті ткацьким верстатом для відтворення заданих візерунків.

Автоматичні регулятори Ползунова, Уатта, Жоккара відкрили шлях потоку винаходів регуляторів і принципів регулювання.

Основи наукового підходу до проектування автоматичних регуляторів були закладені працями англійського вченого Дж. Максвелла (1866 р., "Про регулятори") і російського вченого І.А. Вишнєградського (1876 р., "Про загальну теорію регуляторів").

Максвелл і Вишнєградський здійснили системний підхід до проблеми, розглянувши регулятор і машину як єдину динамічну систему, перейшли до дослідження малих коливань у системі, лініаризували складні диференціальні рівняння. Це дозволило дати загальний методологічний підхід до дослідження найрізноманітніших за принципом дії і конструкції систем, закласти основи теорії стійкості й установити ряд важливих закономірностей регулювання за принципом зворотного зв'язку.

Великий внесок у теорію автоматичного регулювання внесли роботи великого російського вченого М.Е. Жуковського (1909 р., "Теорія регулювання ходу машин") і праці російського математика О.А. Ляпунова, що досліджував стійкість автоматичних систем, що описуються нелінійними диференціальними рівняннями.

Чітке розуміння того, що робота будь-яких автоматичних пристроїв, незалежно від їхньої фізичної природи, заснована на загальних принципах і може розглядатися з єдиних позицій, прийшло в 40-і роки двадцятого сторіччя. У цей час сформувалася автоматика як самостійна наукова дисципліна (радянські вчені А.Н. Колмогоров, Н.А. Крилов, Н.Н. Боголюбов, А.В. Михайлов, Л.С. Понтрягин і ін.)

Сьогодні розвиток автоматики йде шляхом розробки і широкого впровадження цифрових методів, пристроїв і систем, що використовують цифрову техніку та ЕОМ.