 |
Аналого-цифровая следящая система
|
|
|
|
Характеристика цифровых систем
В цифровых системах радиоавтоматики обработка сигналов производится цифровыми методами, а их реализация – на элементах цифровой схемотехники.
Рассмотрим достоинства и недостатки цифровых систем.
К достоинствам можно отнести высокую технологичность настройки, высокую надежность, возможность реализации оптимальных алгоритмов обработки, достаточно низкую стоимость, гарантированную точность, стабильность параметров.
Недостатки цифровых систем связаны с дискретизацией по времени и квантованию по уровню, что приводит к возникновению шумов квантования.
Функциональная схема цифровой системы представлена на рис.1.
Рис.1. Функциональная схема цифровой следящей системы:
ЦД – цифровой дискриминатор; ЦФ – цифровой фильтр; ЦГОС – цифровой генератор опорного сигнала.
Цифровые системы радиоавтоматики классифицируют по тем же признакам, что и аналоговые системы. Дополнительным признаком классификации является место аналого-цифрового преобразования. Различают системы, в которых АЦП производится вне контура регулирования и внутри его. В первом случае на дискриминатор поступают цифровые сигналы, во втором – аналоговые, при этом в дискриминаторе производится аналого-цифровое преобразование и на выходе дискриминатора формируется цифровой сигнал.
Аналого-цифровая следящая система
Рис.2. Функциональная схема аналого-цифровой следящей системы.
Функциональная схема аналого-цифровой следящей системы приведена на рис.2.
Фильтр Ф ограничивает ширину спектра сигнала на выходе дискриминатора, что необходимо для дальнейшего аналого-цифрового преобразования. Основная фильтрация производится цифровым фильтром ЦФ, который позволяет обеспечить идеальное интегрирование, реализовать оптимальные алгоритмы фильтрации. Рассмотрим функции АЦП.
|
|
|
АЦП предназначен для преобразования напряжения, пропорционального сигналу ошибки, в цифровой код. АЦП выполняет две операции:
дискретизацию по времени, при этом U(t) – непрерывная функция преобразуется в дискретную функцию U(kT); квантование по уровню:
где ΔUкв – дискрет квантования по уровню; n – число, соответствующее данному уровню.
Операция квантования по уровню и замена квантованного напряжения кодом, может быть представлена как нелинейная операция (рис.3)
Рис.3.
Цифровой фильтр ЦФ преобразует последовательность чисел, поступающую на вход 
, в сглаженную последовательность 
. Без учета операции округления его работу можно описать разностным уравнением
,
где W(c) – операторный коэффициент передачи цифрового фильтра;
n(kT) – преобразованная последовательность чисел; 
.
ЦАП осуществляет преобразование кода в напряжение
,
где ΔU – шаг преобразования, определяет приращение напряжения на выходе при изменении кода на единицу; h(t - kT) – импульсная характеристика фиксатора.
Если применяется фиксатор нулевого порядка то
Процесс цифро-аналогового преобразования можно разделить на две операции:
формирование последовательности δ-функций, модулированных входным числом;
подача этих модулированных δ-функций на фильтр, реакцией которого является импульсная характеристика (весовая функция).
Все остальные элементы системы функционируют аналогично непрерывной системе.
Структурная схема аналого-цифровой следящей системы приведена на рис.4.
Рис.4. Структурная схема аналого-цифровой следящей системы.
Цифровые временные дискриминаторы
При аналого–цифровом преобразовании внутри контура регулирование находит применение схема (рис.5).
|
|
|
Рис.5. Схема временного дискриминатора.
Временные диаграммы работы схемы приведены на Рис.6.
Рис.6. Временные диаграммы функционирования дискриминатора.
Если временная ошибка слежения равна нулю, то импульсы 4 и 5 будут равной длительности. Величина ошибки пропорциональна разности длительностей импульсов 4 и 5. Для преобразования ошибки в код используется генератор счетных импульсов ГСИ, формирующий частоту заполнения. На выходе реверсивного счетчика формируется код, пропорциональный разности длительностей 4 и 5, т.е. величине ошибки слежения.
Схема, используемая при аналого-цифровом преобразовании вне контура регулирования, приведена на рис.7.
Рис.7. Схема дискриминатора при аналого-цифровом преобразовании вне контура регулирования: Uз – импульс запуска, привязанный по времени к излучаемому сигналу; Uу – импульс приемника.
Перед началом измерения в счетчик заносится оценка задержки, формируемая в фильтре (n1). Счетчик вычисляет разность 
,
где
;
─ задержка отраженного импульса; 
─ период счетных импульсов.
Задержанным импульсом, привязанным к сигналу приемника, производится считывание числа n и запись нового значения n1. Эквивалентная схема приведена на рис.10.8.
Рис.8. Эквивалентная схема дискриминатора.
|
|
|
