Система автоподстройки частоты - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Выбор и расчет параметров системы автоматической подстройки частоты. Определение передаточной функции, спектральной плотности шума и оптимального значения шумовой полосы. Построение графиков амплитудно- и фазо-частотной характеристик разомкнутой системы.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
Институт инженерной физики и радиоэлектроники
2. Расчет параметров следящей системы
2.1 Определение передаточной функции
2.2 Определение спектральной плотности шума
3.1 Оптимизация следящей системы по параметру
3.2 Определение оптимального значения шумовой полосы
3.3 График зависимости ошибок от полосы пропускания схемы
4. Построение ЛАХ и ЛФХ разомкнутой системы
4.1 Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика
4.2 Логарифмическая фазо-частотная характеристика
4.3 Определение запаса устойчивости
5. Построение АЧХ замкнутой системы
7. Функциональная схема следящей системы
Коэффициент передачи дискриминатора
Рисунок 1 - Структурная схема следящей системы 2-го порядка астатизма
2 . Расчет параметров следящей системы
2.1 Определение передаточной функции
Найдем передаточные функции разомкнутой системы , а также замкнутой системы , используя параметры системы, описанные в задании.
Порядок астатизма системы , передаточная функция разомкнутой системы определяется по формуле:
Передаточная функция замкнутой системы:
2.2 Определение спектральной плотности шума
Используя правило преобразования структурных схем (перенос сумматора с выхода на вход звена), для спектральной плотности эквивалентного шума приведенного ко входу дискриминатора можно записать:
3.1 Оптимизация следящей системы по параметру
Оптимизация системы по критерию минимума среднего квадрата ошибки сводится к нахождению параметра , при котором обеспечивается минимум величины . Составляющая определяет динамическую ошибку, обусловленную инерционностью следящей системы по отношению к меняющемуся задающему воздействию, а составляющая определяет дисперсию ошибки , обусловленную помехой .
В данном случае порядок астатизма равен 2, следовательно, динамическая ошибка определяется как:
Случайная составляющая ошибки определяется статистическими характеристиками помехи n(t), структурой и параметрами системы. В качестве помехи используем модель белого шума с равномерной в полосе частот спектральной плотностью. Дисперсию шумовой ошибки рассчитываем по формуле:
где - шумовая полоса следящей системы, - АЧХ замкнутой системы.
Выражение для комплексного коэффициента передачи замкнутой системы:
3.2 Определение оптимального значения шумовой полосы
3.3 Графика зависимости ошибок от полосы пропускания схемы
Рисунок 2 - График зависимости ошибок от шумовой полосы системы
4 . Построение ЛАХ и ЛФХ разомкнутой системы
Определим запас устройчивости системы, используя метод логарифмических частотных характеристик, суть которого сводится к построению ЛАХ и ЛФХ разомкнутой следящей системы
4.1 Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика
Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:
Рисунок 3 - ЛАХ разомкнутой системы
4.2 Логарифмическая фазо-частотная характеристика
Рисунок 4 - ЛФХ разомкнутой системы
4.3 Определение запаса устойчивости
Запас по амплитуде (усилени) численно равен значению ЛАХ на критической частоте, т.е. частоте, на которой ЛФХ равен -р рад. Из рисунка 3 видно, что ЛФХ в пределе стремится к горизонтали , ЛАХ при уменьшении частоты возрастает, соответственно запас по амплитуде не имеет смысл определять. Запас устойчивости определяется одним показателем - запасом по фазе.
Считаем, что система является устойчивой, так как полученый запас по фазе удовлетворяет условию
5 . Построение АЧХ замкнутой системы
Для моделирования линейной неприрывной системы по ее передаточной функции воспользуемся методом билинейного преобразования. Суть его состоит в том, что непрерынве интегрирующие звенья, входящие в систему, заменяют дискретными интеграторми, осуществляющими интегрирование по методу трапеций.
Дискетная передаточная функция цифровой модели слдящей системы при использовании метода билинейного преобразования получается из передаточной функции замкнутой неприрывной системы путем замены оператора непрерывного интегрирования:
где - интервал дискретизации, выбираемый в соответствии с теоремой Котельникова из условия:
Передаточную функцию цифровой модели системы представляем в виде:
Этой передаточной функции соответствует разностное равнение:
Для определения характеристик следящей системы в переходном режиме воспользуемся уравнением записанным относительно ошибки слежения:
Произведем моделирование при ступенчатом воздействии, которое определяется формулой:
Поскольку характеристика переходного процесса не зависит от значения , то при моделировании удобно принять . Значит:
Переходной процесс относительной ошибки:
Рисунок 6 - График зависимости e[k] для ступенчатого воздействия
Быстродействие системы определяется временем переходного процесса, в течении которого ошибка уменьшатся по абсолютной величине до начения 0.01:
Перерегулирование определяется величиной максимального выброса в переходной характеристике. Величина максимального выброса:
Для автоматических систем принимается допустимым , полученное значение находится в пределах допуска.
Формирование дискретных значений квадратичного воздействия производится по формуле:
Переходной процесс относительной ошибки:
Рисунок 7 - График зависимости e[k] для квадратичного воздействия
Установившееся значение ошибки примерно равно 0.14, что совпадает с расчитаной ранее (16) динамической ошибкой.
7 . Функциональная схема следящей системы
Система АПЧ относится к классу следящих систем, система следящая за частотой.
Рисунок 8 - Функциональная схема системы АПЧ
Сигнал промежуточной частоты поступает на вход частотного дискриминатора (ЧД), назначением которого является формирование сигнала ошики U как функции частотной раастройки . Зависимость U() носит название дискриминационной характеристки.
Рисунок 9 - Дискриминационная характеристика
Если начальная расстройка не превышает по абсолютной величине некоторого значения , называемого полосой захвата, то под действием управляющего напряжения снимаемого с выхода ФНЧ, частота подстраиваемого генератор изменится таким образом, что частотная расстройка . Полоса захват является важной характеристикой системы АПЧ. Она определяется шириной раскрыва дискриминационной характеристик, усилением предшествующего дискриминатору тракта, характеристиками подстраиваемого генератора и другими факторами.
В качестве элемента, управляющего частотой ПГ, обычно используют варикап - полупроводниковый прибор, емкость которого зависит от управляющего напряжения. Зависимость частоты ПГ от управляющего напряжения носит название регулировочная характеристика.
Рисунок 10 - Дискриминационная характеристика
При начальной расстройке на выходе дискриминатора формируется сигнал ошибки (постоянное напряжение). Под действием этого напряжения частота возрастает. При этом частота подстройки уменьшается, поскольку . При начальной расстройке другого знака частота ПГ, наоборот, уменьшается, что также приводит к устранению частотной расстройки.
Фильтр нижних частот отфильтровывает мешающие сигналы и высокочастотные составляющие шума, пропуская без искажения низкочастотную составляющую напряжения частотного дискриминатора, обусловленную медленным изменением частоты (вследствие нестабильностей частот передатчика и гетеродина, а также эффекта Доплера). Для повышения эффективности работы системы АПЧ в цепь обратной связи обычно включают УПТ.
Таким образом, система АПЧ обеспечивает постоянство промежуточной частоты, компенсирую уход частоты из-за нестабильности. Это позволяет использовать УПЧ с узкой полосой пропускания (равной ширине спектра сигнала), а, следовательно, существенно ослабить мешающее влияние шумов и таким образом повысить помехозащищенность приемника.
Доплеровские СРНС относятся к системам 1-го поколения. Примером доплеровской СРНС является разработанная в США и введенная в 1964 г. В эксплуатацию система “Транзит”.
Метод определения местоположения потребителей доплеровской СРНС представлен на рисунке 10.
Рисунок 11 - Определение координат потребителя доплеровской СРНС: Ci; ti - последовательные положения НИСЗ на орбите, разделенные интервалом времени Т; П - потребитель (определяющийся объект); Ri (i = 1,2…) - расстояние между П - и i-м положением НИСЗ.
Измеряя разность расстояний ДR1=R2-R1, получают одну линию положения - гиперболу, соответствующую постоянному навигационному параметру ДR1 (гипербола получается, как линия пересечения гиперболоида вращения с фокусом в точках С1 и С2 и геоида - поверхности Земли). Второе измерение ДR2=R3-R2 дает вторую линию положения. Пересечение двух линий положения определяет координаты потребителя. Для определения местоположения потребителя в пространстве (самолета, космического аппарата) требуется дополнительное измерение ДR3=R4-R3. Местоположение потребителя находится как точка пересечения трех поверхностей положения - гиперболоидов.
Разности расстояний ДRi (i = 1,2,3) измеряют интегральным доплеровским методом. Суть его состоит в том, что интегрируется доплеровский сдвиг частоты принятого от НИСЗ радиосигнала за фиксированное время Т.
Доплеровский сдвиг частоты F определяется относительно частоты опорного генератора потребителя:
где f 0 - номинальная частота передатчика НИСЗ;
Дf 0 - фиксированный сдвиг частоты, выбираемый из условия Дf 0 >F макс (F макс - максимально возможный доплеровский сдвиг частоты);
Дf - неизвестный частотный сдвиг, обусловленный нестабильностью частоты передатчика НИСЗ и опорного генератора потребителя.
С учетом вводимого сдвига и нестабильности частот генераторов разность расстояний:
где N 0 =Дf 0 T - постоянная составляющая доплеровского отсчета, обусловленная известным сдвигом частоты Дf 0 ;
N T - системная ошибка отсчета, обусловленная неизвестным сдвигом частот Дf.
Принцип работы навигационной аппаратуры спутника “Транзит” заключается в следующем, высокостабильный кварцевый стандарт частоты 5 МГц формирует метки времени для блока памяти, коммутирующего устройства, фазового модулятора и приемника. Несущие частоты 400 и 150 МГц формируются путем умножения частоты в 80 и 30 раз. Фазовый модулятор осуществляет манипуляцию несущих данными, хранящимися в БП. Методом фазовой модуляции двоичным кодом предаются: код идентификации НИСЗ, двухминутные метки времени (синхросигнал), постоянные и переменные параметры орбиты спутника на каждую четную минуту 16- часового интервала, телеметрическая и др. информация.
Коммутирующее устройство подключает БП к фазовому модулятору при передаче данных о параметрах орбиты НИСЗ (при передаче меток времени, телеметрической информации блок памяти отключается).
Рисунок 12 - Структурная схема навигационной аппаратуры спутника “Транзит”: СЧ - синтезатор частот; БП - блок памяти; Пр - приемник; КУ - коммутирующее устройство; ФМ - фазовый модулятор; xm - умножитель частоты в m раз
Принцип работы навигационной аппаратуры потребителя доплеровской СРНС заключается в следующем.
Антенная система включает две антенны (для каналов 400 и 150 МГц), два пассивных фильтра и антенных усилителя. Стандарт частоты и синтезатор формирует сетку высокостабильных частот, используя колебание опорного кварцевого генератора. Имитатор используют для испытания приемника и проверки точности определения местоположения в отсутствие радиосигнала от спутника.
Устройство поиска обеспечивает автоматический поиск сигнала по частоте и слежения за ним во время приема. Кроме того, он имитирует слежение при потере сигнала (во время замирания) до тех пор, пока сигнал вновь не появится.
Приемник выполняется по схеме супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты. Основу приемника составляет система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), отслеживающая доплеровский сдвиг частоты F1 и F2 для каналов 400 и 150 МГц относительно опорного колебания, вырабатываемого синтезатором. Эквивалентная шумовая полоса системы ФАПЧ выбирается из условия минимизации полной ошибки измерения радионавигационного параметра. Уменьшение шумовой полосы влечет уменьшение шумовой составляющей ошибки. Однако при этом возрастает динамическая ошибка, обусловленная инерционностью системы ФАПЧ (система не успевает отслеживать перемещения потребителя). Оптимальные значения шумовой полосы зависят от типа потребителя, его маневренных возможностей, уровня помех и прочих факторов и составляет 20-50 Гц.
Сигналы с выхода приемника (доплеровские сдвиги частоты, двухминутные метки времени и т.д.) преобразованные в двоичный код, поступают в вычислительное устройство. На основании этих данных, а также данных о скорости, курсе и высоте потребителя, получаемых от других бортовых навигационных средств, ЭВМ решает навигационные уравнения, определяя координаты потребителя и текущее время.
Факторы, определяющие точность доплеровских СРНС:
- ошибки вычисления и прогнозирования параметров орбит НИСЗ;
- естественные и искусственные помехи;
- нестабильность частоты бортовых опорных генераторов НИСЗ и потребителя;
- многолучевость распространения радиоволн;
- рефракция радиоволн в ионосфере и тропосфере;
- неточность вводимых в ЭВМ данных о скорости, курсе и высоте потребителя.
Рисунок 13 - Структурная схема аппаратуры потребителя доплеровской СРНС: АС - антенная система; СЧ - стандарт частоты и синтезатор; Пр - приемник; ИФ - интерфейс; ТТ - телетайп с печатающим устройством; Им - имитатор; УП - устройство поиска
В результате проделанной работы, я ознакомился и овладел методикой, а также навыками анализа, выбора и расчета основных параметров типовых радиотехнических систем. Также изучили принцип действия типовых систем радиоавтоматики.
Для исследования была предложена система автоматической подстройки частоты (АПЧ). Автоматическая подстройка частоты широко применяется во входных каскадах бытовых радиоприёмников, в том числе телевизионных. Ее задача заключается в автоматическом изменении частоты гетеродина (АПЧГ), в небольшом диапазоне: при уходе частоты гетеродина от необходимой для качественного приёма сигнала (например, вызванное изменением температуры), АПЧГ изменяет управляющий сигнал, подаваемый на гетеродин, таким образом, чтобы частота гетеродина соответствовала наилучшему приёму.
Были рассчитаны параметры радиотехнической следящей системы, проведена ее оптимизация, а также ее цифровое моделирование.
По ЛАХ и ЛФХ разомкнутой системы добились, чтобы запас устойчивости системы удовлетворял условию достаточной устойчивости системы (Дц>30°).
В результате цифрового моделирования системы, были получены графики переходных процессов при ступенчатом и квадратичном воздействиях. Также определили качественные показатели системы в переходном режиме (быстродействие, перерегулирование). Полученная установившаяся ошибка очень точно совпадает с динамической ошибкой пункта 3, подтверждая этим правильность расчетов.
Оценка качества переходного процесса показала, что переходной процесс имеет хорошие показатели качества (т.е. малую колебательность, небольшое перерегулирование и малое время переходного процесса).
1. Бондаренко В.Н. Радиоавтоматика: Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 2301 - «Радиотехника». Красноярск. КрПИ, 2011г.
2. Бондаренко В.Н. Системы радиоавтоматики. Основы теории и принципы построения: Учебное пособие. Красноярск: КГТУ, 2010г.
3. Первачёв, С.В. Радиоавтоматика / С.В. Первачёв. - М.: Радио и связь, 1982.
Характеристика принципа действия следящей радиотехнической системы. Выбор номинального значения петлевого коэффициента передачи. Расчет основных параметров системы частотной автоподстройки частоты. Определение вероятности срыва слежения за заданное время. курсовая работа [926,5 K], добавлен 08.01.2014
Расчет номинального значения петлевого усиления, параметров сглаживающих цепей и минимального значения отношения мощности сигнала к мощности помехи. Системы автоматической подстройки частоты на примере функциональной схемы супергетеродинного приемника. курсовая работа [211,3 K], добавлен 24.04.2009
Предварительный расчет модели системы. Анализ формы и масштаба дискриминационной характеристики. Уменьшение полосы захвата, полосы удержания и коэффициента автоподстройки частоты. Анализ влияния коэффициента передачи разомкнутой системы на устойчивость. контрольная работа [840,0 K], добавлен 17.10.2011
Применение систем частотной автоподстройки (ЧАП) в радиоприёмных устройствах для поддержания постоянной промежуточной частоты сигнала. Расчет основных параметров системы. Выбор корректирующих цепей. Коррекция системы ЧАП первого порядка астатизма. реферат [168,5 K], добавлен 15.04.2011
Определение аналитических выражений для комплексного коэффициента передачи по напряжению, амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристикам. Расчет частоты, на которой входные и выходные колебания будут синфазны. построение графиков АЧХ И ФЧХ. контрольная работа [217,3 K], добавлен 18.09.2013
Расчет передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы автоматического регулирования при отрицательной единичной обратной связи. Исследование характеристик САР: амплитудно-фазовой частотной, АЧХ, ФЧХ, логарифмической амплитудно-частотной и ЛФЧХ. контрольная работа [709,2 K], добавлен 06.12.2010
Определение передаточной функции разомкнутой системы и представление её в канонической форме. Построение её логарифмической частотной характеристики. Оценка показателей качества замкнутой системы, определение нулей и полюсов передаточной функции. курсовая работа [1,2 M], добавлен 07.08.2013
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Система автоподстройки частоты курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Аттестационная Работа На Тему Любовная Лирика В Творчестве С. Есенина
Контрольная Работа На Тему Анатомия И Физиология Человека
Курсовая работа по теме Система государственного управления в сфере труда и занятости
Методическое указание по теме Гидропривод промышленного оборудования
Реферат: Михайло Горбачов
Реферат: Болезнь Альцгеймера. Скачать бесплатно и без регистрации
Аргументы К Сочинению 9.1
Сочинение На Тему История Моего Имени Даниил
Курсовая работа по теме Семантическая слитность фразеологизмов
Дипломная работа по теме Проектирование фундаментов силосного корпуса
Реферат: Робота за сумісництвом Тимчасове виконання обов язків на посаді Переведення на іншу роботу Пе
Дипломная работа по теме Разработка компонент для среды структурно-визуального программирования
Дипломная работа по теме Бизнес-стратегия как инструмент антикризисного развития компании
Реферат: Первые предприниматели Владивостока
Реферат: Базы данных Asses
Реферат по теме Лапароскопическая холэцистоэктомия
Понятие договора аренды в зарубежных странах
Реферат: Тоталитаризм и авторитаризм как политические режимы диктаторского типа
Реферат по теме Возможности физкультуры и спорта в воспитании личности человека
Правовое Регулирование Медицинского Страхования В Рф Реферат
Арбитражный суд - Государство и право презентация
Работа над английским текстом "Economic growth" - Иностранные языки и языкознание контрольная работа
Предмет сравнительного правоведения - Государство и право контрольная работа