Система управления в радиозоне (стр. 2 из 3)
Первый элемент радиозвена преобразует угловое отклонение
ЛА от радиозоны в коэффициент амплитудной модуляции mA несущей частоты частотой манипуляции FMH. Коэффициент передачи первого элемента равен угловой чувствительности равносигнальной зоны 
Вторым элементом радиозвена является преобразователь коэффициента амплитудной модуляции mA в командное напряжение. Коэффициент передачи преобразователя
Третий элемент радиозвена – фильтр командного сигнала с передаточной функцией
, при этом 
.Выработанное командное напряжение подается на звено автопилот - корпус, передаточная функция которого
, а выходной величиной является поперечное ускорение 
. Новое угловое положение ЛА связывается с поперечным ускорением динамическим звеном. Передаточная функция динамического звена (ДЗ) 
.Выходная координата контура – угол
.Передаточнаяфункция контура управления
Расчет энергетического потенциала радиолинии.
Рассчитаем минимальную мощность передатчика, обеспечивающую управление со средней квадратической ошибкой
.Для системы управления в радиозоне рассматриваются две группы ошибок – аппаратурные и шумовые. Для системы управления, построенной на основе информационного параметра mA, обе группы ошибок связаны с анализом работы фазового детектора.
Если уровень шумов невелик, то влияние шума будет сказываться в основном на канале сигнала ошибки, приводя к появлению в контуре управления помехи на выходе безынерционной части контура со спектральной плотностью
где
– спектральная плотность шумов на входе приемника.Средняя квадратическая ошибка управления, обусловленная шумами,
, где Подставив в это выражение
и 
, получим: 
,где
– максимальный угол отклонения ЛА от радиозоны, при котором система еще может управляться; 
– коэффициент модуляции, соответствующий .С помощью программы MathCad проведем расчет по вышеприведенным формулам.
Мощность передающей антенны, Вт:
Максимальное расстояние, на которое рассчитано управление, м:
Максимальный угол отклонения снаряда, на который рассчитано управление (выберем равным 30°):
Максимальный коэффицент модуляции:
Коэффициент чувствительности радиозоны:
Входное сопротивление антенны, Ом:
Коэффициент направленного действия антенны передатчика:
Эффективная площадь приемной антенны ЛА:
Спектральная плотность шума на входе приемника, Вт/Гц:
Максимальное опорное напряжение, В:
Коэффициент делителя передаточной функции динамического звена:
Передаточная функция фильтра сигнала ошибки:
Коэффициент передачи фазового детектора:
Коэффициент усиления канала сигнала ошибки (включает в себя коэффициент усиления АРУ, коэффициент чувствительности радиозоны, коэффициент передачи амплитудного детектора и дополнительное усиление, компенсирующее потери в полосовом фильтре и амплитудном детекторе):
Коэффициент передачи преобразователя коэффициента амплитудной модуляции в командное напряжение при максимальном удалении ЛА от ПУ:
Передаточная функция контура управления
Эквивалентная полоса пропускания контура управления, Гц:
Средняя квадратическая ошибка управления, обусловленная шумами:
Система очень чувствительна к помехам, так как в качестве информационного параметра используется коэффициент амплитудной модуляции. Тем не менее плюсом является то, что сигнал модулируется не на передатчике, а на борту системы, что снижает ошибку управления по сравнению с обычной амплитудной модуляцией. Также достаточно точно можно выделить опорный сигнал, промодулированный способом ЧМн-АМ и обладающий высокой помехоустойчивостью.
В общем, при высоком отношении сигнал/шум (около 60 дБ) система будет работать на максимальном расстоянии с заданной точностью.
Разработка и описание функциональной схемы радиолинии.
Блок-схема и описание передатчика:
0, 2 – генераторы поднесущих частот; 1 –генератор частоты манипуляции; 15 – переключатель поднесущих частот; 16 – амплитудный модулятор. К выходу амплитудного модулятора подключается антенна, которая переключает положение диаграммы направленности с частотой манипуляции.
Принцип работы:
Равносигнальная зона создается за счет переключения диаграммы направленности передающей антенны. Частота переключений (манипуляции) FМН=1/TМН задается генератором манипуляционной частоты 1. Диаграмма направленности находится в положениях 1 и 2 одинаковое время, равное TМН/2. Модуляция несущего колебания осуществляется с помощью генераторов поднесущих частот 0 и 2, которые подключаются к модулятору 16 передатчика через переключатель 15.
Временная диаграмма сигнала на выходе передатчика:
Блок-схема и описание приемника.
16 – система АРУ (в данной работе не проектировалась в целях упрощения и уменьшения инерционности модели); 36, 37 – амплитудный детектор; 46 – полосовой фильтр, настроенный на частоту манипуляции; 47 – линия задержки; 18 – потенциометр расстояния; 38, 41 – полосовые фильтры поднесущих частот; 42,43 и 39,40 – амплитудные детекторы поднесущих; 44 – компаратор; 45 – фильтр опорного напряжения; 50 – фильтр командного сигнала; 51 – дополнительный усилитель сигнала ошибки.
| Token 36 Parameters: Function: Rectify Zero Point = 0 v Token 37 Parameters: Operator: Linear Sys Butterworth Lowpass IIR 5 Poles Fc = 10e+3 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode DisabledToken 46 Parameters: Operator: Linear Sys Chebyshev Bandpass IIR 1 Poles Low Fc = 18 Hz Hi Fc = 22 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = 0 DSP Mode Disabled Token 47 Parameters: Operator: Delay Non-Interpolating Delay = 6e-3 sec Output 0 = Delay Output 1 = Delay - dT Token 50 Parameters: Operator: Linear Sys Butterworth Lowpass IIR 3 Poles Fc = 3 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled Token 51 Parameters: Operator: Gain Gain = 5,35 Gain Units = Linear | Token 41 Parameters: Operator: Linear Sys Chebyshev Bandpass IIR 1 Poles Low Fc = 2,95e+3 Hz Hi Fc = 3,05e+3 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = 0 DSP Mode Disabled Token 42 Parameters: Function: Rectify Zero Point = 0 v Token 43 Parameters: Operator: Linear Sys Butterworth Lowpass IIR 3 Poles Fc = 100 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled | Token 38 Parameters: Operator: Linear Sys Chebyshev Bandpass IIR 1 Poles Low Fc = 5,95e+3 Hz Hi Fc = 6,05e+3 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = 0 DSP Mode Disabled Token 39 Parameters: Function: Rectify Zero Point = 0 v Token 40 Parameters: Operator: Linear Sys Butterworth Lowpass IIR 3 Poles Fc = 100 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled | Token 44 Parameters: Operator: Compare Comparison = '>=' True Output = 10 v False Output = 0 v A Input = t43 Output 0 B Input = t40 Output 0 Token 45 Parameters: Operator: Linear Sys Butterworth Bandpass IIR 1 Poles Low Fc = 18 Hz Hi Fc = 22 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled |
Сигнал, принятый приемной антенной, после усиления и преобразования в ВЧ тракте детектируется амплитудным детектором. Низкочастотная часть приемника разделена на два канала: канал сигнала ошибки и канал опорного сигнала. Сигнал с выхода амплитудного детектора 37 параллельно подается на фильтр сигнала ошибки и фильтры поднесущих частот. С выхода фильтра сигнала ошибки снимается гармоническое колебание, амплитуда которого пропорциональна коэффициенту модуляции mA, то есть угловому отклонению
ЛА от радиозоны, а фаза зависит от направления отклонения. Полосовые фильтры поднесущих частот, компаратор и фильтр опорного сигнала образуют опорный канал. Линия задержки в канале сигнала ошибки нужна из-за неодинаковых аппаратурных задержек в опорном канале и канале сигнала ошибки. Опорный сигнал и сигнал ошибки поступают на фазовый детектор, который осуществляет их перемножение. После фильтра командного сигнала выделяется командное напряжение, величина и знак которого определяется величиной и направлением отклонения ЛА от радиозоны. В данной модели после фильтра командного сигнала стоит еще дополнительный усилитель, для более точной подстройки коэффициента усиления.