Система частотной автоподстройки МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Система частотной автоподстройки (ЧАП) Пояснительная записка к курсовой работе по курсу "Теория управления и радиоавтоматика" Студент Гарюн В.И. Группа Р - 404А Преподаватель Маевская Е.А. 2008 Задание на курсовую работу 1. Тип системы - ЧАП. 2. Порядок астатизма - I. 3. Постоянная времени Т, сек. - 0,4сек. 4. Максимальное воздействие: 4.1. по скорости - 5*104 сек-2 ; 4.2. по ускорению - 800Гц (1/с2 ). 5. Отношение сигнал - шум 6. Граница апертуры Ха - 5 ×10 3 Гц. 7. Перехватывающий режим - 5*10 4 Гц/сек. 8. Форма сигнала - непрерывный. 9. Вид передаточной функции системы в разомкнутом состоянии: 10. Рассчитать: 1. Номинальное значение петлевого усиления (добротности) Кпо из условий: 1.1. Динамическая ошибка в стационарном режиме не превышает 5% полуапертуры (полиномиальное воздействие); 1.2. Амплитуда ошибки в стационарном режиме при действии эквивалентной синусоиды с заданными максимальными значениями скорости и ускорения воздействия не превышает указанных выше значений; 1.3. Максимальное значение ошибки в переходном режиме при скачке скорости не превышает 50% полуапертуры. 2. Параметры сглаживающих цепей из условий: 2.1. Запас устойчивости по фазе не меньше 30°; 2.2. С. К.О. ошибки слежения, вызванной действием помехи с заданным q2 макс , не превышает 20% полуапертуры. Содержание Задание на курсовую работу Введение Расчет основных параметров системы Выбор корректирующих цепей Выводы Библиографический список Введение Примеры использования. Системы частотной автоподстройки (ЧАП) применяются в радиоприёмных устройствах для поддержания постоянной промежуточной частоты сигнала, используются для стабилизации частоты генерируемых колебаний, применяются в качестве узкополосных перестраиваемых по частоте фильтров и в качестве демодуляторов частотно-модулированных колебаний с обратной связью по частоте. Упрощенная функциональная схема супергетеродинного приёмника, в котором для стабилизации промежуточной частоты сигнала используется система ЧАП, показана на рис.1. В этом приёмнике входной сигнал uc (t ) преобразуется в смесителе (СМ) на промежуточную частоту, усиливается усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и поступает на следующие каскады приёмника (детектор, УНЧ). Рис.1. При отсутствии системы автоподстройки взаимная нестабильность частот входного сигнала и гетеродина может приводить к уходу промежуточной частоты сигнала за пределы полосы пропускания УПЧ и нарушению нормальной работы приёмника. Система ЧАП, включаемая в состав приёмника для устранения этого явления, работает следующим образом. Напряжение с выхода УПЧ подаётся на устройство, называемое частотным дискриминатором (ЧД). При появлении отклонения Dwпромежуточной частоты сигнала от её номинального значения, которое совпадает с центральной частотой УПЧ, на выходе дискриминатора возникает напряжение, зависящее от величины и знака отклонения Dw. Выходное напряжение дискриминатора, пройдя через фильтр нижних частот (ФНЧ), поступает на подстраиваемый генератор (ПГ) и изменяет его частоту, а следовательно, и промежуточную частоту сигнала так, что исходное рассогласование Dw уменьшается. В результате работы системы ЧАП промежуточная частота сигнала поддерживается близкой к центральной частоте УПЧ. Это позволяет существенно уменьшить влияние взаимной нестабильности частот передатчика и гетеродина, сузить полосу УПЧ и повысить качество приёма. Система ЧАП применяются также в качестве автоматически перестраиваемых по частоте (следящих) фильтров, осуществляющих частотную селекцию сигнала. Точка съёма отфильтрованного напряжения при этом выбирается в зависимости от того, требуется ли сохранить в процессе фильтрации неизменной амплитуду сигнала или такое требование не предъявляется. Если полезная информация заключена в амплитуде сигнала и её необходимо сохранить, то отфильтрованное напряжение снимается с выхода УПЧ. Полоса пропускания фильтра, построенного с использованием системы ЧАП, равна при этом полосе пропускания УПЧ. При изменении центральной частоты входного сигнала в результате работы системы ЧАП изменяется частота гетеродина и фильтр автоматически настраивается на новое значение частоты сигнала [1]. Расчет основных параметров системы 1. Сначала рассчитаем значение петлевого коэффициента усиления исходя из трёх ограничений. Два из них относятся к стационарному режиму. Первое условие требует, чтобы динамическая ошибка в стационарном режиме не превышала 5% от заданного значения полуапертуры. 1.1. , , 1/с. , Второе условие требует выбора петлевого усиления таким образом, чтобы амплитуда ошибки в стационарном режиме не превышала 5% от заданного значения полуапертуры. 1.2 Определим амплитуду эквивалентного динамического воздействия LМ и его частоту W. , Lм = 31,25×105 1/с. , W= 0.016 1/с. Амплитуда ошибки слежения в стационарном режиме может быть найдена из выражения , т.к. у нас Lм >> XД1 , то , тогда отсюда находим КП0 . , . Третьим условием является то, что максимальное значение ошибки в переходном режиме при скачке скорости не превышает 50% полуапертуры. 1.3. Хмах =1250 1/с. Максимальное значение ошибки слежения при ступенчатом изменении скорости параметра l (t) приближённо равно (при КП0 ×Т>10 ) [1]: . Найдём из этого выражения коэффициент передачи КП0 . Преобразованием вышеизложенного выражения получаем квадратичное уравнение для вычисления КП0 . .заменим ; ; , тогда выражение примет вид: частотная автоподстройка радиоприемное устройство , берем больший корень данного уравнения x= 12.55, отсюда КПО = 12,552 =157,5 1/с. Исходя из вышеперечисленных условий берём коэффициент усиления не корректированной системы равным КП0 = 450 1/с. Выбор корректирующих цепей Для начала построим не скорректированные характеристики и посмотрим, что не удовлетворяет требованиям для системы. ЛАЧХ ЛФЧХ , , . wср »32Гц. По построенным характеристикам определили, что система не удовлетворяет требованиям задания (т.е. запас по фазе в районе частоты среза равен 3°, вместо 30° и наклон ЛАХ в районе частоты среза равен - 40 дБ/дек) и требует коррекции. Передаточная функция скорректированной системы будет иметь следующий вид: Для построения логарифмические амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик системы воспользуемся программой, разработанной на кафедре РЭС и методом подбора получим необходимую коррекцию. Рассчитаем параметры корректирующего звена. Т=0,4с, зададим φзап =45о , тогда βс =π/2 - φзап = π/4 и из формулы Т= , найдём wср : ; ; , отсюда =50 Гц. Далее по формулам Т1= и Т2= найдём Т1 и Т2. Т1=0,045 с.; Т2=0,0078с., получим wср =50 Гц . Мы использовали фильтр вида: . Построим ЛАЧХ данной системы. ЛАЧХ ЛФЧХ jзап »47,40 и ЛАХ в районе частоты среза имеет наклон - 20дБ/дек, что удовлетворяет техническим требованиям. Проверим, удовлетворяет ли полученное С. К.О. заданному условию, т.е. не превышает 20% полуапертуры. 1/с, С. К.О. расч = , в нашем случае Seпредставляет зависимость от w и W. , где, - нормированная спектральная плотность мощности низкочастотного эквивалента помехи на выходе линейной части приёмника: , W - расстройка частоты сигнала относительно переходной частоты частотного дискриминатора, tк - постоянная времени каждого из контуров в частотном дискриминаторе, - параметр, называемый среднеквадратичной шириной спектра квадрата низкочастотного эквивалента помехи и выражающийся формулой: . В связи с тем, что зависимость спектральной плотности эквивалентной помехи на выходе частотного дискриминатора от частоты в общем случае имеет неравномерный характер, то для расчёта дисперсии ошибки следует пользоваться равенством: . Приближённое выражение может быть использовано, как правило, при относительно больших ошибках слежения W или небольших отношениях сигнал/помеха q2 , что соответствует нашей задаче. В последнем случае можно использовать значение эквивалентной спектральной плотности на нулевой частоте: = 0,2 Это равенство можно использовать в приближённом выражении для расчёта дисперсии ошибки подстройки частоты системой ЧАП. При этом параметр спектральной плотности W полагается фиксированным, равным значению динамической ошибки слежения. DFэ = = ; С0 = КП; С1 = КП Т1; d0 = KП; d1 = 1+ КП Т1; d2 = T+T2 Исходя из выше приведенных формул С. К.О. расч » 0,738 Из полученных значений видно, что данное условие соблюдается. Выводы В данной работе была проведена коррекция системы ЧАП первого порядка астатизма, с условием выполнения требований изложенных в техническом задании. Исходя из условий обеспечения требуемых показателей точности слежения в стационарном режиме, был взят 1/c. При этом построенные ЛАЧХ не удовлетворяли условиям задания, т.е. наклон в районе частоты среза равен - 40дБ/дек. Применив параллельную коррекцию в виде пропорционально-интегрирующего звена, рассчитанную по методике из [2] с использованием программ [4] и [5], были получены запас по фазе 47,4°и наклон ЛАЧХ в районе частоты среза - 20дБ/дек, т.е. была получена устойчивая система. Расчет эквивалентной шумовой полосы замкнутой системы проводился из литературы [2]. Через расчет дисперсии ошибки слежения была найдена СКО ошибки слежения, которая удовлетворяет требованиям, т.е. меньше 20% полуапертуры. Библиографический список 1. Первачёв С.В. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. - М. Радио и связь, 1982. 2. Астрецов Д.В. Системы радиоавтоматики. Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу "Теория управления и радиоавтоматика" Екатеринбург. Издательство УГТУ, 1997, 36 с. 3. Гольденберг Цифровые фильтры 4. Программа, подготовленная на кафедре РТС, под руководством Самусевич Г. А.