Коррекция систем радиоавтоматики

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

КОРРЕКЦИЯ 
СИСТЕМ 
РАДИОАВТОМАТИКИ

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано
методическим советом УрФУ для студентов,
обучающихся по направлениям
11.04.01 «Радиотехника»
и 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы»

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2016

УДК 519.6:681.513.3(075.8)
ББК 32.965.84-016.4я73
          С17
Рецензенты: 
Уральский технический институт связи и информатики (фили-
ал) СибГУТИ (зам. завкафедрой общепрофессиональных дисци-
плин технических специальностей доц., канд. техн. наук Н. В. Бу-
дылдина);
проф. кафедры общей физики, д-р физ.-мат. наук А. Д. Ивлиев (Рос-
сийский государственный профессионально-педагогический уни-
верситет)

Научный редактор проф., канд. техн. наук Д. В. Астрецов

 
Самусевич, Г. А.
С17    Коррекция систем радиоавтоматики : учебно-методическое 
пособие / Г. А. Самусевич. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 
2016. — 140 c.

ISBN 978-5-7996-1833-9

Содержит краткое описание теоретического материала, необходимо-
го для практического изучения непрерывных систем и систем с прерыви-
стым режимом работы. Приведено подробное описание особенностей ана-
лиза и коррекции, проиллюстрированное на многочисленных примерах 
систем радиоавтоматики, аналогичных примерам индивидуальных зада-
ний. Большое внимание уделяется обсуждению полученных результатов 
и оформлению работы.
В прил. 1–3 учебно-методического пособия приведены варианты ин-
дивидуальных домашних заданий. Выполненные работы рассматривают-
ся как материалы для подготовки к лабораторному практикуму по дисци-
плине «Радиоавтоматика».
Библиогр.: 8 назв. Табл. 6. Рис. 50. Прил. 4.
УДК 519.6:681.513.3(075.8)
ББК 32.965.84-016.4я73

ISBN 978-5-7996-1833-9 
© Уральский федеральный
 
     университет, 2016

Предисловие

П

редставленное учебно-методическое пособие по дис-
циплине «Радиоавтоматика» предназначено для сту-
дентов направления: С. 11.03.01 «Радиотехника», уро-
вень подготовки — бакалавр, С. 11.05.01 «Радиоэлектронные 
системы и комплексы», уровень подготовки — специалисты.
Дисциплина «Радиоавтоматика» посвящена изучению сле-
дящих радиосистем — аналоговых и систем с прерывистым режимом 
работы (дискретных и цифроаналоговых). Представлены 
методы анализа, основанные на использовании основных 
характеристик, которые позволяют определить основные показатели 
качества системы. Предпочтение отдается применению 
частотных характеристик систем и по возможности их графическому 
представлению. Демонстрируется применение коррекции 
в тех случаях, когда аналоговые или цифроаналоговые 
системы не удовлетворяют заданным техническим условиям 
на проектирование систем радиоавтоматики.
На всех стадиях изучения дисциплины применяются программные 
продукты, разработанные на кафедре РТС.

1. Принципы автоматического управления

1.1. Классификация автоматических систем управления
З

накомство с основными принципами построения 
и функционирования систем автоматического управления (
САУ), применяемых в радиотехнике, удобно проводить 
в форме краткой классификации таких систем.
В зависимости от способа формирования управляющего 
воздействия различаются принципы управления:
· по возмущению (разомкнутые системы);
· по задающему воздействию (разомкнутые системы);
· по рассогласованию — отклонению управляемой величины 
от требуемого значения (замкнутые системы);
· принцип комбинированного управления.

1.1.1. Разомкнутые САУ

При управлении по возмущению решается задача компенсации 
влияния возмущения (помех) на управляемую величину, 
но только по тем основным возмущениям, по которым имеется 
возможность получить непосредственную информацию.
Принцип управления по задающему воздействию применяется 
тогда, когда требуемая управляемая величина y(t) в значительной 
мере изменяется под действием задающего воздействия 
х(t). В частном случае управляемая величина должна 
воспроизводить задающее воздействие (рис. 1.1).

1.1. Классификация автоматических систем управления

х(t)
y(t)
u(t)

ЗУ
АУУ
ОУ

Рис. 1.1. Функциональная схема САУ в разомкнутом состоянии

Задающее устройство (ЗУ) вырабатывает задающее воздействие 
х(t), в соответствии с которым должна изменяться управляемая 
величина y(t) на выходе объекта управления (ОУ). Автоматическое 
управляющее устройство (АУУ) в зависимости 
от воздействия х(t) формирует управляющее воздействие u(t), 
влияющее на объект управления и, следовательно, изменяю-
щее управляемую величину y(t).
Недостаток разомкнутой системы заключается в том, что 
в ней не производится никаких действий, если управляемая ве-
личина y(t) не соответствует требуемой из-за некомпенсируе-
мых возмущений или изменений характеристик объекта управ-
ления или элементов системы.

1.1.2. Замкнутые САУ

В рассматриваемых системах используется принцип 
управления по отклонению. Требуемое значение управ-
ляемой величины yтр(t) определяется задающим воздействием 
х(t), а в изучаемом частном случае (в рассматриваемой дисци-
плине) совпадает с ним yтр(t) = х(t). Отклонение (рассогласо-
вание) ∆(t) управляемой величины от ее требуемого значения 
вызывается как возмущающими воздействиями (помехами), 
изменением управляемой величины от ее требуемого значе-
ния, так и изменением х(t). В соответствии с ним вырабатыва-
ется управляющее воздействие u(t), которое, влияя на объект 
управления, должно уменьшить это отклонение. Таким обра-
зом, принцип работы замкнутой САУ можно сформулировать 
как процесс сведения рассогласования к нулю.

1. Принципы автоматического управления

На рис. 1.2 представлена функциональная схема такой си-
стемы. В состав системы входят следующие элементы:
· задающее устройство (ЗУ), определяющее входное воз-
действие х(t);
· выходная величина y(t), подаваемое на звено обратной 
связи (ЗОС);
· элемент сравнения, предназначенный для вычисления 
рассогласования, т. е. разности D( )
( )
( )
t
x t
y
t
=
-
ос
;
· автоматическое управляющее устройство (АУУ), в зави-
симости от рассогласования вырабатывающее управляю-
щую величину u(t), под действием которой объект управ-
ления (ОУ) изменяет свое состояние.

х(t)
∆(t)
u(t)
y(t)

ЗУ
АУУ
ОУ

ЗОС

yос(t)

Рис. 1.2. Функциональная схема САУ в замкнутом состоянии

Элемент сравнения — это элемент с двумя входными и од-
ной выходной величинами. Выходная величина может быть как 
суммой, так и разностью входных величин. В данной системе 
вычисляется разность входных величин, т. е. рассогласование. 
Такая система называется системой с отрицательной об-
ратной связью. САУ с положительной обратной связью рас-
сматриваться не будут.
Достоинства замкнутых систем:
· управление осуществляется такое же, как при действии 
внешних возмущений, изменении параметров системы 
или задающего воздействия;
· управление осуществляется по малому рассогласованию, 
которое должно быть хотя бы на порядок меньше вычи-
таемых величин;

1.1. Классификация автоматических систем управления

· замкнутые системы менее чувствительны к изменению 
параметров элементов системы, чем разомкнутые систе-
мы, в которых эти изменения не компенсируются;
· в замкнутых системах возникает проблема устойчивости.
Однако, благодаря существенным преимуществам, систе-
мы с отрицательной обратной связью имеют широкое приме-
нение в технике, и именно они будут изучаться в дальнейшем.

1.1.3. Принцип комбинированного управления

В этих системах сочетаются принципы управления по откло-
нению и по возмущению. Принцип управления по отклонению 
реализуется с помощью главной обратной связи, а по возмуще-
нию — с помощью компенсационных связей.

1.1.4. Самонастраивающиеся САУ

САУ подразделяются на системы с полной и неполной ин-
формацией о свойствах самой системы, задающего воздействия 
и возмущений. Недостающая информация, если она существу-
ет, должна быть восполнена тем или иным способом в процес-
се функционирования системы. В качестве примера описания 
систем с неполной информацией приводится описание принципов 
работы самонастраивающихся систем.
Наиболее часто применяются системы:
· экстремального типа;
· с эталонной моделью.
Назначение системы экстремального типа заключается в достижении 
максимального или минимального значения заданного 
параметра. В систему вводится дополнительный поисковый 
сигнал, и по реакции на него звено анализа вырабатывает 
сигнал управления.
В самонастраивающейся системе с эталонной моделью осуществляется 
автоматическая настройка объекта управления, па-

1. Принципы автоматического управления

раметры которого должны совпасть с параметрами эталонной 
модели. Поисковый сигнал воздействует и на объект управления, 
и на эталонную модель. По результатам анализа вырабатывается 
сигнал, действующий на объект управления.
Классифицировать САУ можно по алгоритмам функционирования 
и методам математического описания.
Классификация САУ по алгоритмам функционирования такова:


1. Системы стабилизации. Задающее воздействие постоянно 
х(t) = const. Задача системы заключается в поддержании по-
стоянной управляемой величины, несмотря на действие помех.

2. Программные системы. Необходимо обеспечить изменение 
управляемой величины в соответствии с заданной программой, 
определяемой задающим воздействием х(t) — заранее 
заданной функцией времени.

3. Следящие автоматические системы. Задающее воздействие 
х(t) — заранее неизвестная функция времени. Система 
должна воспроизводить его. Например, антенна радиолокатора 
поворачивается, следуя за самолетом, траектория движения 
которого заранее неизвестна.
В следящих системах управляемая величина по физической 
природе может отличаться от задающего воздействия. Например, 
задающим воздействием может быть напряжение, а управляемой 
величиной — напряжение, угловое или линейное перемещение, 
частота напряжения и т. д.
Классификация САУ по методам математического описания 
следующая:

1. Непрерывные (аналоговые) системы. Для описания 
их в общем виде используется система обыкновенных дифференциальных 
уравнений. Различают нелинейные, линеари-
зованные и линейные уравнения.

2. Системы с прерывистым режимом работы. В предлагаемой 
работе подразделяются на импульсные (дискретные), 
цифровые и цифроаналоговые.

1.2. Системы радиоавтоматики

1.2. Системы радиоавтоматики

Рассматриваются принципы функционирования четырех 
систем радиоавтоматики:
· системы автоматического сопровождения по направле-
нию движущихся объектов (АСН);
· системы автоматического сопровождения по дальности 
(АСД);
· системы автоматической подстройки частоты (ЧАП);
· система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

1.2.1. Система автоматического сопровождения 
по направлению движущихся объектов (АСН)

Положение движущегося объекта (цели) в земной систе-
ме координат (рис. 1.3, а) задается радиусом-вектором r(t) 
(рис. 1.3, б), имеющим три сферические координаты:
· расстояние до цели (модуль вектора r(t));
· угол места φ(t) — угол наклона вектора r(t) к плоскости 
горизонта в вертикальной плоскости;
· угол азимута ψ(t) — угол в горизонтальной плоскости меж-
ду направлением на север (ось 0x) и проекцией вектора 
r(t);
· Vц (t) — вектор скорости цели.
Для измерения положения цели служит РЛС, которая в дан-
ном случае выполняет роль датчика: на входе — действитель-
ный радиус-вектор r(t), на выходе — его измеренное значение 
rи(t) (рис 1.3, а). Этот датчик является элементом какой-то боль-
шой системы, но, в свою очередь, и сам представляет собой си-
стему автоматического управления.
Рассматриваемая измерительная система состоит из трех 
независимых каналов измерения сферических координат цели: 
канала наклонной дальности (АСД) и двух угломерных каналов