Что понимают под автоматическим управлением

Электронный учебник по ТАУ (теория автоматического управления)

Принцип управления составляет основу функционирования любой САУ. Под принципом управления понимают правило формирования управляющим устройством управляющего воздействия u(t) на основании информации о воздействиях g(t) и z(t), приложенных к САУ, и реакции системы на них y(t).
В технике автоматического управления нашли применение три принципа управления. Каждый из них реализуется определенным УУ и соответствующей структурой САУ.

2) Принцип управления по отклонению (по ошибке)

Сущность этого принципа состоит в том, что фактическое значение управляемой (выходной) величины y(t) сравнивается с её заданным значением g(t), и при наличии рассогласования (ошибки регулирования)
(t) = g(t) – y(t) (1.1)
в САУ вырабатывается управляющее воздействие u(t), направленное на устранение возникшего отклонения ((t) = 0) или уменьшения его до некоторого допустимого значения доп.
Принцип управления по отклонению – основной принцип функционирования САУ в самых различных областях техники. Система совершенно «не интересуется» тем, какие причины, какие конкретно возмущения вызвали ошибку. САУ регистрирует сам факт появления ошибки и предпринимает меры для её ликвидации. Это свойство (точность) считают главным достоинством САУ, работающих по ошибке. К недостаткам этих систем относят склонность их к колебаниям при управлении, а также внутреннюю противоречивость, связанную с появлением управляющего воздействия u(t).
Главной особенностью САУ, работающих по отклонению, является наличие обратной связи (ОС). Поэтому такие САУ называют замкнутыми системами в связи с тем, что ОС образует замкнутый контур передачи воздействия (рисунок 1.2).
Любая замкнутая САУ имеет хотя бы одну ОС, с помощью которой выходная (управляемая) величина y(t) подается на вход УУ системы. Такую ОС называют главной, а САУ с одной (главной) ОС называют одноконтурными.

3) Принцип управления по возмущению (принцип компенсации возмущения)

Принцип действия САУ по возмущению состоит в том, что вместо измерения рассогласования  измеряется само возмущение z1, и воздей-ствует на УУ, которое преобразует этот сигнал и компенсирует его, т.е. прикладывает к ОУ воздействие u(t), обратное действию возмущения z1, (рисунок 1.3). Такое УУ обеспечивает инвариантность (независимость) управляемой величины y(t) от возмущаю¬щего воздействия z1.
Быстродействие таких САУ выше в сравнении с САУ, работающими по отклонению. Другим достоинством САУ является их простота. Недостатком САУ, работающих по возмущению, считают компенсацию только одного основного возмущения, что снижает их точность. По сравнению с САУ, работающими по отклонению, САУ по возмущению являются разомкнутыми системами.

4) Принцип комбинированного управления

САУ, в основу работы которых положен названный принцип, представляют собой сочетание разомкнутой и замкнутой САУ. Первая обеспечивает инвариантность управляемой величины по отношению к одному из основных возмущений. Вторая – ликвидирует отрицательное влияние остальных возмущающих воздействий.

САУ комбинированного управления (рисунок 1.1) сочетают быстродействие разомкнутых систем с точностью замкнутых.

Основные понятия ТАУ

• Понятие об автоматическом управлении
• Принципы автоматического управления
• Примеры промышленных систем управления

• Функциональная схема типовой одноконтурной САУ

• Классификация САУ

Cайт о ТАУ

Теория автоматического управления сформировалась как самостоя-тельная наука на основе изучения процессов управления техническими устройствами. Науку об управлении техническими устройствами называют технической кибернетикой.
Разделами технической кибернетики являются теория информаци-онных устройств, связанная со сбором и переработкой информации, необходимой для управления системой человеком, и теория автоматического управления, связанная с управлением системой без непосредственного участия человека.
В основу ТАУ положена теория автоматического регулирования, ставшая самостоятельной наукой к середине XX столетия. Регулирование считают простейшей разновидностью управления.
Автоматическим регулированием называют поддержание постоянной некоторой заданной величины, характеризующей процесс, или изменение ее по заданному закону, осуществляемое с помощью измерения состояния объекта или действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган объекта.
Управление охватывает больший круг задач. Под автоматическим управлением понимают автоматическое осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления.
Сравнение определений регулирования и управления показывает, что все задачи регулирования входят в состав задач управления как более простые варианты. Кроме того, типовыми задачами автоматического управления считают адаптацию или самонастройку системы управления в соответствии с изменением ее параметров или внешних воздействий, оптимальное управление и другие, не входящие в круг задач автоматического регулирования.
Теория автоматического регулирования (ТАР) сыграла большую роль в развитии технической кибернетики. Автоматическое регулирование представляло собою наиболее совершенный принцип автоматики в недавний период частичной автоматизации, когда технические средства автоматики осуществляли лишь простые функции управления, связанные с измерением, анализом, контролем различных величин и отработкой решений, принятых оператором в виде уставок, программ или других сигналов управления. В настоящее время комплексной автоматизации автоматизированы не только простые функции управления, связанные с отработкой сигналов управления, но и значительно более сложные, связанные с самой выработкой этих сигналов или с принятием решений, исходя из цели управления.
Сложность автоматических систем значительно возросла. Если в период частичной автоматизации они обычно состояли из отдельных (локальных) САР, взаимная координация действия которых осуществлялась оператором, то теперь возникла необходимость в автома¬тической координации их действий и, следовательно, в создании сложных взаимосвязанных САУ. В основе их построения лежит ступенчатый принцип. На первой ступени автоматизируются сравнительно простые локальные процессы управления, на второй – процессы управления, имеющие более общий и сложный характер и т.д.
С этой точки зрения ТАР представляет собою основы построения систем первой ступени, а ТАУ – теоретические основы построения всей иерархической лестницы процессов управления, необходимых для комплексной автоматизации сложных объектов.
Таким образом, ТАУ рассматривают как обобщение и дальнейшее развитие ТАР, требующее, в частности, широкого использования понятия информации, которое в ТАР играет сравнительно небольшую роль.
В настоящее время интенсивно развиваются теория и техника иерархических многоуровневых САУ технологическими процессами и объектами. Однако, теория и техника САР, непосредственно связанных с процессами промышленного производства и играющих в этих сложных системах роль подсистемы нижнего уровня, остается базой для их построения.
Основные понятия, принципы, задачи и методы классической ТАУ сохраняют свою актуальность и получают дальнейшее развитие в современной теории интеллектуальных систем управления. Новым в этих подходах является существенное возрастание значения понятия информации и компьютеризация процессов обработки информации, поскольку любая САУ представляет собой систему, выполняющую поставленную перед ней задачу путем сбора, передачи, обработки и использования информации на основе принципа обратной связи.
В ТАУ ключевым является понятие модели – определенной математической абстракции, описывающей процесс управления любой природы. Задачи анализа и синтеза САУ решаются методом математического моделирования. Математическое описание объекта управления, функциональных блоков САУ позволяет прогнозировать поведение объекта, возможность достижения поставленных целей управления при различных внешних условиях и т.д. Более того, поскольку самые разнообразные реальные процессы могут быть описаны в рамках одних и тех же математических структур, общая теория управления может оперировать не с конкретными техническими описаниями, а с классами математических моделей. Это обстоятельство придает ТАУ внешний облик математической дисциплины.

Электронный учебник по Теории Автоматического Управления

Раздел первый Основные понятия ТАУ

• Понятие об автоматическом управлении
• Принципы автоматического управления
• Примеры промышленных систем управления
• Функциональная схема типовой одноконтурной САУ
• Классификация САУ

Раздел второй Линейные непрерывные модели СУ

• Модели «вход-выход»
• Модели «вход-состояние-выход»
• Преобразование форм представления моделей
• Анализ основных свойств линейных САУ

Раздел третий Задачи и методы синтеза САУ

Третий раздел содержит постановку задачи и обзор методов синтеза линейных САУ, а также примеры параметрической оптимизации типовых одноконтурных и двухконтурных систем автоматического регулирования (САР).

• Задачи синтеза САУ
• Методы синтеза САУ
• Метод синтеза типовых одноконтурных САР
• Метод синтеза многоконтурных САУ

1.2. Понятие управления. Системы управления

Под управлением понимается воздействие на какую-то систему с целью достижения желаемых изменений в ее состоянии или поведении.

Всякое управление предполагает наличие цели, т.е. модели желаемых изменений. Система, на которую оказываются целенаправленные воздействия, называется управляемой или – объектом управления. Носителем цели управления является субъект управления. Обобщенная структура системы управления показана на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Обобщенная структура системы управления

На рис.1.4. используются следующие обозначения: УС – управляющая система; СУ – субъект управления (говорят также «управляющий орган»); ИМ – исполнительный механизм (исполняющий орган); ОУ – объект управления (управляемая система); U – прямая управляющая связь для передачи управляющих воздействий; Iос – обратная информационная связь.

Показанная на рис.1.4 система является системой замкнутого управления, где УС вырабатывает свои управляющие воздействия U с учетом информации от самого объекта Iос и информации о той среде, в которой он находится. В общем виде Iос представляет собой сведения о состоянии ОУ и о том, как он реагирует на управляющие воздействия. Субъект управления принимает решения о выборе того или иного управляющего воздействия на основе комплекса сведений: об окружающей среде, об имеющихся ресурсах, о существующих ограничениях (нормативных, технологических, законодательных, морально-этических и т.д.), информации Iос, цели управления и, возможно, своих собственных предпочтений.

В общих чертах в процессе управления можно выделить три основные этапа:

— сбор и анализ информации, необходимой для управления;

— принятие решения о целесообразном управляющем воздействии;

— реализация решения – выработка и применение к ОУ управляющих воздействий.

В зависимости от степени участия человека в процессе управления различают следующие виды систем управления:

— системы ручного управления. В этих системах человек выполняет все функции управления. При этом не исключается применение механизмов для реализации управляющих воздействий, каких либо инструментов для сбора информации (например, измерения параметров ОУ);

— системы автоматического управления (САУ). В этих системах управляющая часть – УС не содержит в себе человека, выработка управляющих воздействия выполняется автоматически на основе запрограммированных алгоритмов поведения системы. Человек присутствует на этапе создания алгоритмов и программ, которые и отражают в себе цель управления.

Первыми автоматическими системами управления были автоматические регуляторы температуры паровых котлов на паровозах, которые отслеживали значение контролируемых параметров и вносили поправку при отклонении их от заданной величины. Характерными и достаточно сложными примерами современных САУ являются автоматические системы управления полетами, применяемые в гражданской или военной авиации. Однако, несмотря на сложность взаимосвязей с различными бортовыми и наземными системами здесь в основном также используется принцип работы регулятора – задается и отслеживается выполнение программы полета воздушного судна. Перспективы развития САУ связаны с использованием в них методов искусственного интеллекта, позволяющие осуществлять автоматическое управление в сложных, изменяющихся условиях, при недостатке или неточности имеющейся информации, подстраиваясь под особенности окружающей среды и объекта управления;

— автоматизированные системы управления (АСУ). В АСУ человек остается главным действующим лицом процесса управления. Можно выделить два основных канала автоматизации, в которых ряд функций от человека передается ЭВМ: информационный канал (автоматизация сбора, представления, анализа информации); управляющий канал (автоматизация генерации, передачи и применения управляющих воздействий). Широкое применение АСУ находят в управлении организационно-экономическими системами (предприятиями), где процессы управления отличаются значительной сложностью и связаны с большими объемами используемой информации. Такие АСУ сами отличаются сложностью структуры и наличием большого числа подсистем, выполняющих различные функции. К числу подсистем комплексной АСУ предприятием относятся системы поддержки принятия решений (СППР). Эти системы предназначены для автоматизации наименее формализуемого и наиболее интеллектуального этапа процесса управления, связанного с принятием решений о необходимых воздействиях на ОУ. Функционирование СППР в зависимости от объема выполняемых функций опирается на методы аналитической и интеллектуальной обработки данных (факторный, корреляционный и другие виды анализа, технологии OLAP, Data Mining), методы экспертных систем, ситуационного управления и др.

В контексте экономических информационных систем наибольший интерес представляют системы управления предприятиями.

Рассмотрим некоторые характерные черты процессов управления предприятиями.

Читать дальше: #a href=»http://www.systematy.ru/articles/13_upravlenie_v_organizatsionno-ekonomicheskih_sistemah____»# 1.3. Управление в организационно-экономических системах #/a#

Похожие статьи:

Тема 1. Основы систем управления предприятиями. Общее понятие системы. ч.1

06 мая 2012,

Среди многообразия различных по назначению информационных систем (ИС) важное место занимают автоматизированные ИС, предназначенные для решения разного рода задач управления экономическими объектами . Читать полностью

Что понимают под автоматическим управлением

Основные определения, термины
и понятия по военно-технической подготовке

• Военно-техническая подготовка
• Тактитка зенитных ракетных войск
• Боевое применение зенитного ракетного комплекса

6.1. Системы автоматического управления

6.1.1. Принципы автоматического управления

Система, в которой все рабочие и управленческие операции выполняются без непосредственного участия человека, называется системой автоматического управления (САУ). Если же часть операций выполняется людьми, то говорят об автоматизированной системе управления (АСУ).

В основу построения САУ положены общие принципы управления, реализация которых позволяет увязать заданный алгоритм функционирования с фактическим состоянием системы. К ним относятся:

— принцип управления по задающему воздействию;

— принцип управления путем компенсации возмущения (помехи);

— принцип управления с учетом обратной связи;

— принцип комбинированного управления.

Суть первого из них, называемого также принципом разомкнутого управления, состоит в том, что управляющий сигнал U(t) формируется путем функционального преобразования входного сигнала X(t) без учета значения сигнала на выходе системы:

САУ, реализующая подобный принцип, называется разомкнутой .

При использовании второго принципа управляющий сигнал U(t) формируется с учетом возмущающего воздействия f(t), то есть помехи. Этот принцип обеспечивает более гибкое управление, но применим лишь в том случае, когда помеху можно измерить. Специальное устройство, воспринимающее помеху, не только определяет ее параметры, но и формирует дополнительный сигнал, подаваемый на объект управления. Алгоритм управления в данном случае содержит информацию как о задающем, так и о возмущающем воздействии:

Принцип управления по обратной связи обеспечивает формирование управляющего воздействия U(t) с учетом фактического значения выходного сигнала Y(t), часть которого в виде контрольного сигнала Z(t) возвращается на вход системы. Его называют также принципом замкнутого управления или принципом управления по замкнутому контуру . Его алгоритм может быть представлен в следующем виде:

В САУ, реализующих подобный принцип, автоматическое управляющее устройство стремиться ликвидировать все отклонения выходного сигнала Y(t) от желаемого значения независимо от причин, вызвавших эти отклонения, включая любые внешние помехи f(t), а также изменения параметров самой системы.

Поэтому такие системы нашли широкое распространение в технике, а понятие об обратной связи является одним из основных в автоматике и кибернетике.

Комбинированное управление представляет собой сочетание принципов управления по разомкнутому и замкнутому циклам одновременно.

6.1.2. Классификация систем автоматического управления

Классификация систем автоматического управления (САУ) осуществляется по наиболее важным их свойствам.

В зависимости от цели управления различают стабилизирующие, программные и следящие системы.

Стабилизирующей называется автоматическая система, алгоритм которой обеспечивает поддержание управляемой величины на постоянном уровне. Примерами могут служить регуляторы скорости, напряжения, температуры, самолетные автопилоты, системы автоматического управления частотой автогенераторов, автоматической регулировки усиления и др.

Программной называется автоматическая система, алгоритм которой изменяет управляемую величину в соответствии с заранее заданной функцией. Примерами являются различные тренажеры, станки с числовым программным управлением, системы слепой посадки самолетов, автономного управления полетом ракеты на начальном участке траектории и др.

Следящей называется автоматическая система, алгоритм которой изменяет выходной сигнал в зависимости от значения неизвестного заранее переменного сигнала на входе. На этом принципе построены системы автосопровождения целей по дальности, скорости и направлению, силовые следящие системы управления положением антенн и пусковых установок ракет, радиотехнические системы телеуправления и самонаведения ракет и т.д.

По источнику управляющего сигнала различают замкнутые и разомкнутые САУ.

САУ, в которой управляющий сигнал U(t) вырабатывается только на основе внешних сигналов, называется системой с разомкнутой цепью управления.

Если же сигнал U(t) формируется с учетом как внешних, так и внутренних сигналов, то система называется замкнутой . В подобных системах управляющий сигнал чаще всего вырабатывается в результате сравнения выходной величины Y(t) с задающим сигналом X(t):

U(t) = e(t) = F[X(t) — Y(t)].

Такой способ управления называется управлением по отклонению (по ошибке, рассогласованию). Сами же системы называются системами автоматического регулирования (САР).

Рис. 1. Функциональная схема САР

В замкнутых САУ в зависимости от типа обратной связи различают системы с положительной обратной связью , усиливающие входное воздействие и системы с отрицательной обратной связью , компенсирующие входное воздействие.

В зависимости от наличия или отсутствия ошибки в установившемся (статическом) режиме работы САУ подразделяются на статические и астатические.

В САУ, обеспечивающих управление не только по значению исследуемого параметра, но и по его производным, в зависимости от порядка отрабатываемых производных различают САУ различного порядка астатизма:

САУ с астатизмом первого порядка обеспечивает управление по параметру и его первой производной;

САУ с астатизмом второго порядка обеспечивает управление по параметру и его первой и второй производным;

6.1.3. Следящие системы

Следящей системой (СС) называется система автоматического управления, алгоритм которой изменяет выходной сигнал в зависимости от значения неизвестного заранее переменного сигнала на входе. На этом принципе построены системы автосопровождения целей (ракет) по дальности, скорости и направлению, силовые следящие системы управления положением антенн, радиотехнические системы телеуправления и самонаведения ракет и т.д.

При следящем измерении координат в радиолокационных измерителях используется дискретная замкнутая САУ с астатизмом второго порядка и отрицательной обратной связью .

В дискретной СС с периодом обращение к объекту Т уравнение движения цели по произвольной координате x имеет вид:

xn = xn-1 + x’n∙T + 1/2∙x»n∙T2, (1)

где: xn – истинное значение координаты в текущем такте n;

x’n = (xn – xn-1)/Т– скорость ее изменения;

x»n = (x’n – x’n-1)/Т – ускорение .

Экстраполированное (ожидаемое) значение координаты определяется как:

xn э = n-1 + ‘n-1∙T, (2)

где: n-1 — измеренное значение координаты, хранится в памяти СС;

‘n-1 — измеренная скорость ее изменения, хранится в памяти СС.

Ожидаемое значение координаты определено с ошибкой Δxn:

Δxn = xn — xn э = (x’n — ‘n-1) T + 1/2∙x»n∙T2≈ 1/2∙x»n∙T2 . (3)

Приближенное равенство в (3) обусловлено тем, что выражение

(x’n — ‘n-1) стремится к нулю при малых значениях T и x».

Измеряя в текущем периоде обращения к объекту значение Δxn, именуемое сигналом ошибки (СО), СС рассчитывает текущее измеренное значение координаты n:

n = xn э + Δx. (4)

Таким образом, рекуррентный алгоритм (4) измерения координат целей СС позволяет последовательно уточнять значения оцениваемого параметра по результатам измерений сигнала ошибки в каждом периоде обращения к цели.

Структура СС, реализующий такой алгоритм, не зависит от измеряемой координаты (рис. 1).

Рис. 1. Структура следящей системы

В каждой СС присутствует измеритель сигнала ошибки, вычисляющий значение выражения (3), он называется дискриминатором и реализуется, как правило, в аналоговой форме .

Вычисление экстраполированных значений координаты в соответствии с выражением (2), текущих измеренных значений координаты в соответствии с выражением (4) и хранение измеренных значений координаты и скорости ее изменения осуществляется в формирователе сглаженных оценок , он реализуется, как правило, алгоритмически (программно) в специализированных вычислителях или в ЭВМ.

Последним элементом в составе СС является исполнительное устройство , где формируется опорный сигнал для дискриминатора со значением измеряемого параметра, определяемым кодом экстраполированной координаты.

Сигнал с выхода СС подается на ее вход для вычисления и последующей минимизации сигнала ошибки, следовательно, в рассматриваемой замкнутой САУ использована отрицательная обратная связь .

Простейшая цифровая СС.

Система уравнений, описывающая алгоритм работы СС, имеет вид:

где: К1 и К2 – коэффициенты определяющие как устойчивость работы СС, так и ее постоянную времени, а также случайные и динамические ошибки;

x0 и x’0 – начальные значения координаты и ее производной, задаваемые в режиме поиска цели.

Структурная схема цифровой следящей системы, реализующая приведенный алгоритм имеет вид, представленный на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема цифровой следящей системы

На схеме дискриминатор показан как устройство вычитания. Начальные значения параметра ₀ и ‘ ₀ вводятся в систему перед началом автоматического сопровождения и соответствуют моменту времени t ₀ . В дискриминаторе реализуется вычисление СО. Сформированное значение сигнала ошибки домножается на коэффициенты К1 и К2 поступает на

фильтр оценки текущего параметра сигнала. При необходимости с выхода первого сумматора может быть снято значение оценки скорости изменения параметра х.

Полученная схема следящего измерителя представляет собой простейшую дискретную одноканальную систему автоматического управления второго порядка астатизма с отрицательной обратной связью .

В многоканальных СС для хранения полученных значений используются не линии задержки, а ячейки ОЗУ. Поскольку обращение к различным целям происходит в разные моменты времени, следящие системы по каждой из координат выполнены по схемам подобным одноканальным СС, а многоканальность достигается наличием нескольких ячеек ОЗУ (по количеству сопровождаемых целей).

6.1.4. Дискриминаторы следящих систем

Важнейшим элементом следящей системы (СС) является измеритель сигналов ошибок – дискриминатор . Для описания дискриминатора и анализа его свойств используют дискриминаторную характеристику (ДХ) (рис. 1).

Рис. 1. Дискриминаторная характеристика

ДХ описывается двумя основными параметрами:

ширина рабочего участка (размах) — Dxp;

крутизна рабочего участка S = tga.

Размах ДХ определяет максимально допустимые ошибки наведения СС.

Крутизна ДХ определяет потенциальную точность измерения координаты.

Для стабилизации точности измерения необходимо обеспечить выполнение условия S = const при любых условиях измерений.

Техническая реализация дискриминаторов, как правило, основывается на принципе суммарно-разностной обработки сигналов.

Технически для формирования ДХ, как правило, используется фазовый детектор (ФД), использующий два входных сигнала:

где U max амплитуда сигнала, ψ фаза сигнала.

Выходной сигнал ФД:

зависит от произведения амплитуд входных сигналов и косинуса разности их фаз.

6.1.5. Системы автоматического регулирования, применяемые в приемных и передающих устройствах РЛС

В радиопередающих устройствах (РПУ) РЛС системы автоматического регулирования (САР), как правило, предназначены для стабилизации частоты зондирующего сигнала.

САР приемника (РПрУ) позволяют обеспечить требуемую точность определения координат целей в пространстве.

Кроме того, системы автоматического регулирования РПрУ позволяют в автоматическом режиме (без участия человека) поддерживать требуемые значения коэффициентов усиления и фазовых сдвигов в каналах.

Точность измерения сигналов ошибок по всем измеряемым РЛС координатам напрямую зависит от настройки приемника. Количественно эту зависимость позволяет оценить дискриминаторная характеристика — UCOjD.

Для малых угловых рассогласований (jD) дискриминаторная характеристика угловой следящей системы (ССφ) выражается соотношением:

где: К _ФД – коэффициент передачи фазового детектора (ФД) по напряжению;

Kφ,К _Σ — коэффициент передачи по напряжению разностного и суммарного каналов;

Uo – амплитуда сигнала опорного канала;

γφ-γΣ — фазовые сдвиги в разностном и суммарном каналах;

μ — коэффициент, характеризующий суммарную диаграмму направленности антенны;

φΔ — угол между направлением на цель и равносигнальным.

Точность измерения угловых координат существенно зависит от соотношения Kj и КS, стабильности амплитуды Uo, и разности электрических длин приемных каналов (gj-gS), которые в процессе функционирования могут меняться по случайному закону.

Для повышения точности измерения необходимо обеспечить :

равенство во времени коэффициентов передачи Kj и КS,

равный фазовый сдвиг в каналах.

Аналогичные задачи возникают при обеспечении точности измерения Д. Дискриминационная характеристика СС Д имеет вид

UCOД» КФД ×(KД/КS)×Uo×Cos(gД-gS)D×Д.

Для стабилизации указанных параметров в состав РПрУ введены системы автоматического регулирования:

АРУ – автоматической регулировки усиления (Uo);

АВУ – автоматического выравнивания усиления (Kj = KД = КS);

АРФ – автоматического регулирования фазы опорного сигнала (gД=gj=gS).

АРУ, АВУ и АРФ построены по однотипным схемам, рассмотрим принцип из работы на примере АРУ.

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) обеспечивает стабильность уровня сигнала на выходе усилителя при изменении уровня входного сигнала. В современных приёмниках уровень входного сигнала может изменяться в широких пределах: от 60 дБ в приёмниках радиосвязи и до 120 дБ в радиолокационных. Нормальная работа аппаратуры требует, чтобы изменения выходного сигнала приёмника не превышали 4-6 дБ. Для выполнения этих требований глубина регулировки усилителя системой АРУ должна составлять 56-116 дБ.

В зависимости от решаемых АРУ задач рассматривают:

— быстрые АРУ (БАРУ) для защиты приемника от мощных помеховых сигналов;

— шумовые АРУ (ШАРУ) — для регулирования уровня усиления приемника по шумовому сигналу;

— АРУ измерительных радиолокационных приемников для обеспечения точности измерений координат.

Систему АРУ измерительного приемника рассмотрим на примере РПрУ РЛС с КППРИ. АРУ представляет собой цифровую САР с астатизмом 1-го порядка.

Задача системы АРУ – стабилизировать выходной сигнал главного усилителя приемника точно на значении Uo.

Дискриминатором в АРУ служат: фазовый детектор (ФД), работающий в режиме амплитудного детектора, преобразователь напряжения в цифровой код (ПНК) и логарифмический преобразователь. ФД позволяет измерить напряжение на выходе главного усилителя, подать измеренное значение на ПНК а полученный код на логарифмический преобразователь (на рис.1 – синий цвет).

Рис. 1. Упрощенная структурная схема АРУ

Характеристика логарифмического преобразователя (ЛП) подобрана таким образом (рис. 3), что номинальному значению Uo соответствует входной код ЛП – 21, которому соответствует выходной код «0».

Рис. 2. Характеристика ЛП АРУ

Если же значение Uo не соответствует номиналу, выходной код ЛП отличается от нуля и поступает на сглаживающее устройство – сумматор и набор ячеек ОЗУ (на рис. 1 – красный цвет).

В ОЗУ хранятся управляющие коды АРУ для объекта управления – главного усилителя (на рис. 1 – зеленый цвет). Количество ячеек определяется максимальным возможным числом целей, которые одновременно может обрабатывать приемник.

В случае получения ненулевого кода ошибки с выхода ЛП, этот код в сумматоре складывается с управляющим кодом АРУ из ячейки ОЗУ и полученная сумма записывается в ОЗУ. Новое значение управляющего кода поступает на объект управления – главный усилитель (ГУС). Особенностью ГУС является возможность оперативно менять коэффициент усиления под действием управляющего цифрового кода за что его назвали электронным цифровым аттенюатором (ЭЦА ГУС). Изменение коэффициента усиления приводит значение Uo к номиналу.