Самолетни двигатели Административно право Административно право на Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог“ Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидравлични системи и хидромашини История на Украйна Културология Културология Логика Маркетинг Машиностроене Медицинска психология Метали и заваръчни инструменти Метали и метали икономика Описателни геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура Социална психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория теорията на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерно производство Физика физични явления Философски хладилни агрегати и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации VKontakte Odnoklassniki My World Facebook LiveJournal Instagram

Цифрови системи за радиоавтоматизация




10.1 Общи характеристики на цифровите системи

В системите за цифрова радиоавтоматизация обработката на сигнала се извършва по цифрови методи, а тяхното изпълнение се основава на елементи на цифрова схема.

Помислете за предимствата и недостатъците на цифровите системи.

Предимствата включват висока технологична адаптивност, висока надеждност, възможност за прилагане на оптимални алгоритми за обработка, сравнително ниска цена, гарантирана точност и стабилност на параметрите.

Недостатъците на цифровите системи са свързани с вземане на проби във времето и квантоване по ниво, което води до появата на квантови шумове.

Функционална схема на цифрова система е показана на фиг. 10.1

Фиг. 10.1. Функционална схема на цифрова система за проследяване:

CD - цифров дискриминатор; DF - цифров филтър; TsGOS - генератор на цифров референтен сигнал.

Системите за цифрова радиоавтоматизация се класифицират по същите критерии като аналоговите системи. Допълнителен признак за класификация е мястото на аналогово-цифрово преобразуване. Разграничете системите, в които АЦП се произвежда извън контролния контур и вътре в него. В първия случай цифровите сигнали се изпращат към дискриминатора, във втория - аналогов, докато аналогово-цифровото преобразуване се извършва в дискриминатора и на изхода на дискриминатора се генерира цифров сигнал.

10.2. Аналогова цифрова система за проследяване

Фиг. 10.2. Функционална схема на аналогово-цифрова система за проследяване

Функционалната схема на аналогово-цифровата система за проследяване е показана на фиг. 10.2.

Филтър Ф ограничава широчината на спектъра на сигнала на изхода на дискриминатора, което е необходимо за по-нататъшно преобразуване между аналогови и цифрови. Основното филтриране се извършва чрез цифров филтър на цифровия филтър, който позволява перфектна интеграция, за прилагане на оптимални алгоритми за филтриране. Помислете за функциите на ADC.

ADC е проектиран да преобразува напрежение, пропорционално на сигнала за грешка, в цифров код. ADC извършва две операции:

дискретизация във времето, докато U ( t ) - непрекъсната функция се преобразува в дискретна функция U ( kT ); квантоване по ниво:

където Δ U kv - ниво на дискретно квантоване; n е числото, съответстващо на това ниво.

Операцията на квантоване по ниво и заместване на квантовото напрежение с код може да бъде представена като нелинейна операция (фиг. 10.3)

Фигура 10.3.

Цифровият филтър DF преобразува последователността от числа, получени на входа в гладка последователност , Без да се взема предвид операцията на закръгляване, нейната работа може да бъде описана чрез уравнението на разликата


border=0


,

където W ( c ) е коефициентът на предаване на оператора на цифровия филтър;

n ( kT ) е преобразуваната последователност от числа; ,

ЦАП преобразува код в напрежение

,

където Δ U е стъпката на преобразуване, определя нарастването на изходното напрежение, когато кодът се промени с едно; h ( t - kT ) е импулсният отговор на скобата.

Ако се използва заключване с нулева поръчка, тогава

Процесът на цифрово-аналогово преобразуване може да бъде разделен на две операции:

формиране на последователност от δ-функции, модулирани от входно число;

подаването на тези модулирани δ-функции към филтъра, реакцията на които е импулсната реакция (функция на тегло).

Всички останали елементи на системата функционират подобно на непрекъсната система.

Блок-схемата на аналогово-цифровата серво система е показана на фиг. 10.4.

Фигура 10.4. Блок-схема на аналогово-цифрова система за проследяване

10.3. Дигитални дискриминатори на времето

В случай на аналогово-цифрово преобразуване вътре във веригата, регулацията намира приложение във верига (фиг. 10.5).

Фиг. 10.5. Схема за временен дискриминатор

Временните диаграми на веригата са показани на фиг. 10.6.

Фигура 10.6. Временни диаграми на функционирането на дискриминатора

Ако временната грешка за проследяване е нула, тогава импулсите 4 и 5 ще бъдат равни по продължителност. Големината на грешката е пропорционална на разликата в продължителността на импулси 4 и 5. За да се преобразува грешката в код, се използва генератор на импулсни броячи GSI, който формира честотата на запълване. На изхода на обратимия брояч се генерира код, пропорционален на разликата в продължителността 4 и 5, т.е. сумата на проследяващата грешка.



Схемата, използвана за аналогово-цифрово преобразуване извън контролния контур, е показана на фиг. 10.7.

Фиг. 10.7. Дискриминаторната схема за аналогово-цифрово преобразуване извън управляващия контур: U s - пулсов импулс, свързан във времето към излъчения сигнал; U y е импулсът на приемника.

Преди да започне измерването, в брояча се въвежда оценка за забавяне, генерирана във филтъра ( n 1 ). Counter изчислява разликата ,

където

;

─ забавяне на отразения пулс; ─ период на броене на импулси.

Забавеният импулс, обвързан със сигнала на приемника, прочита числото n и записва нова стойност n 1 . Еквивалентна схема е показана на фиг. 10.8.

Фиг. 10.8. Еквивалентна схема на дискриминатор

10.4. Цифрови фазови дискриминатори

От достатъчно голям брой съществуващи цифрови фазови дискриминаторни вериги, нека се запознаем с две вериги, които формират дискриминационни характеристики на триъгълна и релейна форма.

Фазовият дискриминатор (фиг. 10.9) е приложен на модула две на схемата на добавката. Временните диаграми, обясняващи принципа на формирането на дискриминационни характеристики, са представени на фиг. 10.10.

Фиг. 10.9. Цифрова фазова диаграма Фиг.10.10. Графики на времето

дискриминатор работа дискриминатор

Стационарният (във фаза) режим съответства на постоянна фазова несъответствие между входните и референтните сигнали, равна на и в контролната точка 3 продължителността на импулса е равна на продължителността на паузата. За да се определи разликата между продължителността на импулсите и паузите, пропорционална на величината на грешката, тези продължителности се преобразуват в код, като ги запълват с отброяващи импулси, генерирани от генератора на преброяващи импулси на GSI. Кодът за броене на импулси се подава към обратимия брояч PCch, на изхода на който се генерира код за грешка.

Еквивалентна схема е показана на фиг. 10.11. Схемата се състои от два последователно свързани елементи: дискретен елемент, DE и нелинейна характеристика елемент с N ( ).

Фиг. 10.11. Еквивалентна цифрова фазова дискриминационна схема

Диаграмата и времевите диаграми на дискриминатора, формиращ характеристиката на релейния тип, са показани на фиг. 10.12.

Фиг. 10.12. Схеми и времеви диаграми на работата на цифров фазов дискриминатор от релеен тип

Сигналът от изхода на квантователя преминава към елементите "И" директно и през инвертора. Останалите входове на елементи „И“ се подават с последователност от къси импулси, следващи честотата на сигнала. В зависимост от знака на фазовото несъответствие между входното и референтното напрежение, към съответния елемент А се прилага високо ниво на напрежение, а импулсите на референтния сигнал преминават към неговия изход.

Формирайки релейна характеристика (фиг. 10.13), дискриминаторът определя само знака на фазовото несъответствие.

Фиг. 10.13. Характеристика на релейния дискриминатор

Схемата на дискриминатора, показана на фиг. 10.14 може да се използва в системи за синхронизация на часовник за генериране на часовник сигнал с цел определяне на границите на чиповете на цифров двоичен сигнал.

Фиг. 10.14. Схема и времеви диаграми на функционирането на дискриминатора за синхронизацията на часовника

Използването на спусъка T 1 регенерира входния сигнал чрез метода на изтриване. В общ режим, решетката съответства на средата на елементарно предаване на импулс. Информацията от Т1 се записва в Т2, така че на изхода на Т1 и Т2 имаме 2 импулсни потока, изместени с полуцикъл. Използвайки схеми на добавка по модул два, се определя фазовото несъответствие (диаграми 6.7), което се преобразува в код за броене на импулси, подаден към обратния брояч.

10.5. Цифрови честотни дискриминатори

Известни са два типа честотни дискриминатори:

- цифрово внедряване на аналогов прототип дискриминатор с разстроени контури;

- честотен дискриминатор, който прилага принципа на честотен измервател или периодометър.

Разстроен цифров диск за дискриминация

показано на фиг. 10.15. +

Фиг. 10.15. Цифров дискриминатор на честотата

ADC преобразува сигнала в код.Честотата на дискретизация се определя от спектъра на сигнала. На следващо място, сигналът в цифрова форма се подава към два цифрови филтъра с компенсирани резонансни честоти, които са аналог на разрушените вериги; изместването на резонансните честоти трябва да осигури необходимата стръмност на дискриминационната характеристика.

Фиг. 10.16 илюстрира формирането на дискриминационна характеристика.

Фигура 10.16. Формиране на дискриминационни характеристики:

z 1 ( f ) и z 2 ( f ) са модулите на сложното съпротивление на филтрите

След това сигналът се подава към квадратични преобразуватели, суматор и устройство, което ви позволява да натрупвате проби от входния сигнал.

Дискриминаторът, който използва принципа на преброяване на нулеви пресечни точки (фиг. 10.17), работи на принципа на честотен метър, използвайки метода за отчитане на броя на пресичанията чрез сигнал за нулево ниво за фиксиран интервал от време и сравнявайки числото с референтния.

Фиг. 10.17. Схеми и времеви диаграми на честотния дискриминатор

Броят на натрупаните импулси в интервала

; ; ,

където - време за натрупване

За време броят на пресечните точки N се изчислява и сравнява с референтен номер N 0, предварително записан в брояча. След това кодът на разликата в числата се чете от брояча и се подава към цифров филтър. Управляващото устройство осигурява брояч за нулиране и записва нов номер. Дискретното квантоване на честотата може да бъде определено по следния начин

Нека броят на импулсите, записани в брояча, с честота F 1 е равен

, (10.1)

и броят на импулсите с честота F2 е

(10.2)

Изваждане (10.1) от (10.2):

(10.3)

От израза (10.3) определяме дискретното квантоване на честотата, което определя точността на преобразуването на честотата в код

= ,

Намаляването на преценката за квантоване се осигурява чрез използване на принципа на периодометъра, в който интервалът от време се определя, съответстващ на фиксиран брой периоди от входния сигнал, като се запълва този интервал с преброяване на импулси с висока честота. Тогава този интервал се сравнява с еталон, съответстващ на честотата на прехода на дискриминатора.

10.6. Цифрови филтри

Синтез на трансферната функция на цифров филтър. За синтезиране на функцията за прехвърляне на цифров филтър често се използва методът за вземане на проби на аналогов прототип филтър.

Въз основа на теорията на аналоговите филтри се определя функция за прехвърляне, която отговаря на дадените изисквания. След това се извършва дискретизация в съответствие с горната диаграма (фиг. 10.18). Непрекъснат филтър се преобразува в дискретна система чрез включване на входния импулсен елемент и формиращия филтър. Включването на импулсния елемент и формиращия филтър на входа осигурява сходство на процесите на изхода на цифровия филтър и прототипа на аналоговия филтър.

Фиг. 10.18. Примерен филтър за аналогов прототип филтър

Предавателната функция на цифровия филтър се дефинира като z-изображение на функцията за прехвърляне на получената връзка на връзката:

Когато използвате скоба като формиращ филтър:

; ,

Вторият метод на синтез, основан на функцията за прехвърляне на аналогов прототип филтър, се състои в замяна на операции за непрекъснато разграничаване и интегриране с дискретни операции за диференциране и интегриране.

Интеграцията на аналозите се извършва според израза , (10.4)

където 1 / p е интеграционният оператор;

и дискретна интеграция по метода на правоъгълника ─ в съответствие с израза

, (10.5)

където Т е основата на правоъгълника (фиг. 10.19).

Фиг. 10.19. Дискретна интеграция на правоъгълник

Въвеждаме оператора на забавяне c , в резултат на което изразът (10.6) се записва във формата:

, (10.6)

където ,

Сравнявайки (10.4) и (10.6), ние дефинираме еквивалентните оператори за интегриране и диференциация.

За да определите функцията за прехвърляне на цифров филтър, трябва да направите следните промени:

- операция на диференциация ─ ;

- операция за интеграция ─ ,

Чрез замяна на операторите ( ), получаваме кореспонденцията:

,

По същия начин променливата s се заменя с променливата z в съответствие с равенството

Трапецоидна интеграция в съответствие с равенството

,

също ви позволява да определите подходящите оператори.

Внедряването на цифрови филтри. Цифровите филтри могат да бъдат реализирани в директни, канонични, паралелни и последователни форми.

Директната форма се основава на уравнението на разликата

,

където - код на номера на изхода на филтъра; - код на номера на входа на филтъра;

a i , b i са коефициентите.

Блок-схемата на филтъра е показана на фиг. 10.20.

Каноничната форма се характеризира с това, че за забавяне на входните и изходните последователности се използва един ред закъснение.

В последователна форма за изпълнение сложните връзки или сложната функция за прехвърляне са разделени на няколко прости връзки, така че всяка връзка се описва с диференциално уравнение не по-високо от втори ред. Преносните функции на тези връзки, свързани последователно, формират необходимата функция за прехвърляне на филтъра.

При паралелна форма на изпълнение сложните функции за прехвърляне на филтрите се формират като сбор от функциите за прехвърляне на паралелно свързани връзки; всяка връзка се описва с диференциално уравнение не по-високо от втори ред. Всяка от тези елементарни единици се реализира в пряка или канонична форма.

Фигура 10.20. Цифрова филтърна верига

Обратните или конвенционалните двоични броячи често се използват като филтри. Използват се следните схеми за превключване:

- обратим брояч без нулиране;

- обратим брояч с нулиране след преливане;

- обратим брояч с натрупване и нулиране

, Реверсивният брояч, който не е нулиран, е цифров интегратор. Дефинираме неговата функция на прехвърляне и коефициент на трансфер на оператора.

където ,

Чрез замяна на променлива

,

получите функция за прехвърляне

Към брояча с натрупване и нулиране във времето г е въвеждане на числа с период Т, след това броячът се нулира. Еквивалентната броячна схема представлява последователна връзка на елемент с ограничена памет T H и дискретен елемент (фиг. 10.21).

Уравнението на разликата, описващо работата на брояча:

;

,

където W ( c ) е функцията за прехвърляне:

,

Дискретният елемент се затваря след време T H.

Фиг. 10.21. Еквивалентна обратима брояч с натрупване и нулиране

10.7. Цифрови референтни генератори

Генераторът на референтен сигнал в цифрови системи на фазова и честотна синхронизация осъществява функцията на честотен синтезатор. Синтезираната честота се определя от израза

, (10.7)

където f е честотата на изходния сигнал на генератора ; f 0 - номинална честота на генератора; Δ f - дискретна настройка на честотата; n 1 - контролен код, идващ от изхода на филтъра.

Такъв генератор може да бъде реализиран с помощта на цифро-аналогов преобразувател и генератор, управляващ напрежение. Недостатъкът на такъв генератор, наречен директно управляван генератор, е неговата ниска стабилност, като същевременно осигурява достатъчен честотен диапазон за настройка. Използването на кварцова стабилизация за увеличаване на стабилността значително намалява диапазона на настройка.

Поради това генераторите с индиректен честотен контрол се използват широко, което позволява да се избавим от този недостатък. В този случай е възможно да се използва кварцова стабилизация на честотата и в същото време да се осигури широк диапазон на настройка на честотата.

Генератор на базата на контролиран делител (фиг. 10.22).

Фиг. 10.22. Цифров контролиран генератор

DS декодерът определя нулевото състояние и на изхода се генерира импулс, според който числото n d се записва на брояча с помощта на управляващото устройство UU. Ако като разделител се използва обратим брояч, тогава импулсите с честота f zg се подават към изваждането на изваждането, в резултат на което числото n d се чете на нула. На изхода импулс последователност се генерира с честота F:

, (10.8)

Недостатъкът е нелинейната зависимост на честотата от кода n d .

За да се осигури линейна връзка, е необходимо да се преизчисли контролния код. За да определим формулата за преизчисляване, приравняваме изрази (10.7) и (10.8):

, (10.9)

От израза (10.9) намираме n d :

,

Цифров референтен осцилатор с контролиран дискретен фазов превключвател (Фиг. 10. 23.) Високо стабилен кварцов главен осцилатор генерира последователност от импулси, които се подават на входа на устройство за добавяне и премахване на импулс. Изключването или добавянето на импулс към последователността води до изместване на фазата 2 π . Намаляването на преценката за настройка се постига чрез свързване на разделител, който образува референтен сигнал. В резултат на това фазовото регулиране е дискретно ,

Фиг. 10.23. Цифров референтен осцилатор с контролиран дискретен фазов превключвател

Генератор на референтен сигнал за система за проследяване на забавяне на импулса. Когато се използва последователност от проследяващи импулси като референтен сигнал, преобразувателят на забавяне на кода и времето е основният елемент на референтния генератор. Этот преобразователь преобразует число n 1 , формируемое в фильтре, во временную задержку следящих импульсов. Преобразование кода во временную задержку реализуется на управляемой линии задержки или счетчике-формирователе. Рассмотрим схему, выполненную на счетчике-формирователе (рис. 10.24).

Фиг. 10.24. Генератор опорного сигнала для системы слежения за задержкой импульсного сигнала

В регистр памяти записывается код , соответствующий оценке задержки.

Синхроимпульсом, связанным по времени с излучением зондирующего импульса, RS – триггер устанавливается в состояние «0». При этом на вход схемы И подается разрешающий уровень напряжения и с генератора счетных импульсов проходят импульсы на вход счетчика. Как только число в счетчике сравнивается с числом (рис.10.25),

Фиг. 10.25. Временные диаграммы