Принцип действия систем АРУ

Учтойчивость линеаризованных непрерывных систем. Общие положения

Для анализа устойчивости нелинейных РАС, выяснения возможности возникновения автоколебаний, определения их частоты и анализа устойчивости автоколебаний применяется метод гармонического баланса.

Суть метода заключается в использовании модификации критерия Найквиста, который применяется к обратной (инверсной) АФЧХ – ОАФЧХ линейной части разомкнутой системы.

Вернемся к формуле (8.25), которая связывает компоненты линейной и нелинейной частей разомкнутой РАС: .

ЧПФ разомкнутой системы зависит не только от частоты входного сигнала, но и от амплитуды.

Критической точкой при использовании критерия устойчивости Найквиста является точка (–1, i 0).

Если при изменении ω от 0 до ∞ годограф Найквиста проходит через эту критическую точку, то система будет нейтральна.

В этом случае W (i ω, a) = –1, и в РАС могут возникнуть незатухающие колебания (автоколебания). Из формулы (8.25) следует:

или . (8.47)

Анализ на основе выражений (8.47) удобно проводить графически.

Если годографы правой и левой частей не пересекаются, то автоколебания не возникают.

При пересечении годографов (8.47) возможно существование автоколебаний в РАС. Значения частот в точках пересечения годографов определяют частоту автоколебаний. Устойчивость автоколебательного режима оценивается следующим образом.

ЛЧ Im   w = 0 1 a 2     b Re w ® ¥ Рис. 8.19. Оценка устойчивости нелинейной РАС

Режим автоколебаний устойчив, если при увеличении амплитуды (по сравнению с исходным значением) годограф нелинейной части перестает охватываться годографом линейной части. То есть для устойчивых автоколебаний в нелинейной РАС необходимо, чтобы с увеличением амплитуды входного сигнала амплитуда автоколебаний уменьшалась.

На рис. 8.19 приведен пример оценки устойчивости нелинейной РАС. График линейной части (сплошная линия на рис. 8.19) пересекает график 2 ОАФЧХ нелинейной части в точках a и b, но не имеет точек пересечения с графиком 1. Таким образом, годограф нелинейной части 1 соответствует РАС, в которой автоколебания отсутствуют, а в РАС с годографом 2 могут существовать автоколебания. Точка a соответствует устойчивому режиму, а точка b – неустойчивому (увеличенная амплитуда). Значения амплитуды и частоты в точке a определяют соответственно характеристики автоколебаний

 

Принцип действия систем АРУ

 

Система автоматической регулировки усиления (АРУ) предназначена для обеспечения малых изменений уровня сигнала на выходе усилительного тракта при существенных изменениях уровня сигнала на его входе без искажений формы сигнала. Уровень входного сигнала радиоприемных устройств (РПрмУ) непрерывно изменяется по многим причинам: из-за изменения расстояния между источником излучения и РПрмУ, из-за изменения условий распространения радиоволн, а в радиолокации к этим причинам добавляются флуктуации эффективной отражающей поверхности цели, смена целей и т. д.

Динамический диапазон изменения входных сигналов РПрмУ может достигать 60–100 дБ, при этом для нормальной работы оконечных каскадов и выходных устройств РПрмУ желательно получить диапазон изменения выходных сигналов не более 10–20 дБ. В противном случае может появиться перегрузка, которая не только приводит к искажениям передаваемой информации, но и может на значительное время вызвать полную потерю чувствительности РПрмУ.

По характеру выполняемых задач АРУ делятся на три группы: инерционные, безынерционные и программные.

Инерционные АРУ следят за изменением среднего уровня входного сигнала и применяются обычно в вещательных РПрмУ.

Uвх(t) Uвых(t)     Up(t)   Рис. 3.8. Структурная схема АРУ с прямым регулированием

РУ

Детектор

У

Безынерционные АРУ следят за изменением мгновенного значения амплитуды входного сигнала и применяются обычно в радиолокации.

Программные АРУ имеют заранее заданный закон регулирования и используются обычно при приеме импульсных сигналов с известным, периодически повторяющимся распределением уровней во времени.

АРУ могут быть построены по принципу прямого, обратного и комбинированного регулирований.

В АРУ с прямым регулированием (прямая АРУ) коэффициент усиления (КУ) регулируемого усилителя (РУ) определяется его входным сигналом и не зависит от его выходного сигнала. Структурная схема прямой АРУ приведена на рис. 3.8.

прямая система АРУ может обеспечить идеальное регулирование, но для этого следует обеспечить стабильность КУ усилителя АРУ, который должен быть большим, что приводит к усложнению cxeмы АРУ.

Кроме того, АРУ с прямым регулированием непосредственно не контролирует амплитуду U_вых РУ. Следовательно, АРУ с прямым регулированием не может компенсировать изменения амплитуды U_вых, вызванные нестабильностью параметров РУ или воздействиями помех на РУ, и поэтому в чистом виде на практике не используется.

В АРУ с обратным регулированием (обратная АРУ) КУ РУопределяется его выходным сигналом.

Структурная схема обратной АРУ приведена на рис. 3.10. В отличие от системы с прямой АРУ сигнал для формирования управляющего напряжения U_p(t) снимается не со входа, а с выхода РУ. Петля регулирования АРУ содержит детектор, который формирует управляющий сигнал U_p(t) из U_вых РУ.

Uвх(t) Uвых(t)     Up(t)     Рис. 3.10. Структурная схема АРУ с обратным регулированием

РУ

Детектор

Если амплитуда U_вых РУ возрастает, то возрастает и формируемое петлей регулирования управляющее напряжение U_p, в итоге КУ РУ уменьшается, что приводит к уменьшению амплитуды U_вых РУ.

Так как при обратной АРУ РУ представляет собой устройство с обратной связью (ОС) по уровню выходного сигнала, амплитудная характеристика всегда возрастает (график 3 на рис. 3.9), но при этом наклон амплитудной характеристики будет небольшим, и степень приближения к идеальной характеристике АРУ (график 2 на рис. 3.9) обычно получается достаточно высокой.

Одна из проблем обратной АРУ (из-за петли ОС) – обеспечение устойчивости.

Для компенсации недостатков рассмотренных систем применяют АРУ с комбинированным регулированием (комбинированная АРУ).

В комбинированной АРУ усилительный тракт разделен на два РУ, при этом первый РУ охвачен петлей регулирования обратной АРУ (РУ-1 имеет возрастающую характеристику, согласно графику 3 на рис. 3.9), а второй РУ имеет АРУ с прямым регулированием (аналогично рис. 3.8).

Параметры прямой АРУ выбираются так, чтобы обеспечить спадающую амплитудную характеристику РУ-2 (график 4 на рис. 3.9).

Подбирая параметры прямой и обратной АРУ, можно добиться того, чтобы общая амплитудная характеристика РУ была близка к идеальной.

 

23. Параметры качества переходного процесса

На переходный процесс в РАС накладываются определенные ограничения. Например, в системах автоматического сопровождения цели РЛС не допускаются большие углы отклонения антенны от установившегося значения, так как может произойти срыв слежения.

Различают прямые и косвенные оценки показателей качества переходного процесса. Прямые оценки получаются по аналитической или экспериментальной временной характеристике (обычно ПХ).

Косвенные оценки получаются по дополнительным признакам, обычно характеризующим систему в частотной области (АХЧ, резонансная частота контура, добротность и т. п.).