Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ ЗВ'ЯЗКУ УКРАЇНИ
Українська державна академія зв`язку ім. О.С. Попова
На правах рукопису
. Охрущак Віталій Петрович
УДК 621.396.662.072.6.078
Підвищення точності і швидкодії систем фазового автопідстроювання в пристроях зв`язку”
05.12.13 - пристрої радіотехніки та засобів телекомунікацій
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Одеса -1999
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Київському інституті зв`язку Української державної академії зв`язку ім.О.С.Попова.
Науковий керівник: Заслужений діяч науки і техніки України,
доктор технічних наук, професор
СТЕКЛОВ Василь Купріянович, ректор
Київського інституту зв`язку
Офіційні опоненти: Заслужений діяч науки і техніки України,
доктор технічних наук, професор
ЗАЙЦЕВ Григорій Фролович (Київський
військовий інститут управління та зв`язку)
Кандидат технічних наук, доцент
КОЗАЧЕНКО Михайло Терентьйович
(Українська державна академія зв`язку
ім. О.С.Попова).
Провідна організація –ВАТ Науково-виробниче пiдприємство “Сатурн”
Міністерства промислової полiтики України (м.Київ).
Захист відбудеться “ 17 ” червня 1999р. о 15-00 год.
На засіданні Спеціалізованої ради К. 41.816.02 при Українській державній академії зв`язку ім.О.С.Попова за адресою: 270021, Одеса–, вул. Кузнєчна,1.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці академії.
Автореферат розіслано “ 11 ” травня 1999 року.
Вчений секретар
спеціалізованої Ради ФОМІНА Г.Т.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми та стан питання. Системи фазового автопідстро–ювання (ФАП) використовуются в різних пристроях зв`язку: для демодуляції частотно та фазомодульованих сигналів; при компенсації фазових зсувів в підсилювачах; в пристроях тактової синхронізації апаратури передачі інформації; в синтезаторах частоти в різних приймально-вимірювальних комплексах. Застосування систем ФАП дозволяє підвищити завадостійкість систем зв`язку.
Основними показниками якості систем ФАП є точність та швидкодія. Точність систем ФАП оцінюється в усталених (синхронних) режимах при повільній зміні задавальних діянь, а швидкодія –при стрибкоподібних.
До точності та швидкодії систем ФАП пред`являються високі вимоги. Тому тема дисертації, присвячена розробці та дослідженню систем ФАП високої точності та швидкодії в класі комбінованих систем та систем з масштабуючими корегуючими пристроями, є актуальною.
Розробці систем ФАП та їх дослідженню присвячено багато робіт вітчизняних та закордонних вчених. Серед них відомі роботи Капранова М.В., Капланова М.С., Шахгільдяна В.В., Коновалова Г.Ф., Стеклова В.К., Зайцева Г.Ф., Ліндсея В., Вітербі Е.Д., Жодзішського М.І., Скляренко С.М., Мацепури О.Л., Мартинова Ю.М., Стіфлера Дж. та інш.
В відомих роботах вирішуются задачі покращення показників якості систем ФАП в класах систем з управлінням по відхиленню, комбінованих та двозв`язаних. Одержані певні результати, які дозволяють покращити показники якості систем ФАП. В системах ФАП з управлінням по відхиленню підвищення показників якості зв`язано з умовами компромісного настроювання, тому що, наприклад, підвищення точності в усталених режимах веде до збільшення тривалості перехідного процесу і до зменьшення запасу стійкості. Більш суттєві результати досягнуті в класі комбінованих систем і систем ФАП з діференціальними зв`язками, коли використання розімкнених компенсаційних каналів дозволяє підвищіти точність в усталених та перехідних режимах без зменшення стійкості замкненого контура управління системи ФАП . З точки зору аналіза та сінтеза систем ФАП розглядались різні аспекти їх роботи, однак система ФАП має свої особливості, зв`язані з об`єктом управління (фазообертачем) і вимірюванням задавального діяння та керованої величини (фазові дискримінатори).
До теперішнього часу не досліджені системи ФАП з масштабуючими корегуючими пристроями (ФАП з МКП) при випадкових збуреннях, не–достатньо розглянуті комбіновані оптимальні за швидкодією системи ФАП, недостатньо досліджені можливості підвищення швидкодії комбінованих систем ФАП з урахуванням обмежень та завад.
Мета роботи та задачі дослідження. Як виходить від викладеного вище, багато які задачі, здатні для вирішення проблеми покращення основних показників якості системи ФАП, не вирішені. Так не досліджені системи ФАП з МКП при врахуванні умов фізичної реалізації МКП при детермінованих та випадкових діяннях, не вирішена задача підвищення швидкодії систем ФАП в класі комбінованих систем з урахуванням обмежень і завад.
Таким чином метою дисертаційної роботи є розробка та дослідження систем ФАП високої точності та швидкодії при детермінованих і випадкових діяннях. При цьому вирішуються такі задачі: розробка методики синтеза параметрів оператора масштабуючого корегуючого пристроя із умови мінімізації середньоквадратичної похибки (СКП) при випадковому вхідному сигналі з накладеною завадою і при врахуванні умов фізичної реалізації МКП; порівнювальний аналіз системи ФАП з МКП та без нього при випадкових діяннях; визначення умов застосування принципа максимума Л.С.Понтрягіна при побудові оптимальних за швидкодією комбінованих систем ФАП і одержання формули розкладення експоненційної функції в степеневий ряд при визначенні моментів переключення сигналів управління; розробка інженерного метода синтеза оптимальних за швидкодією комбінованих систем ФАП та алгоритма машинного проектування пристроя управління; розробка структури оптимальних за швидкодією систем ФАП при врахуванні нелінійностей замкненого контура та завад; розробка структури самонастроюваної оптимальної за швидкодією комбінованої системи ФАП.
Методика виконання досліджень. Дисертаційні задачі розв`язувались із застосуванням загальних методів теорії автоматичного управління, теорії електрозв`язку, теорії інваріантності, методів оптимального управління, метода рішення різницевих рівняннь при програмній реалізації окремих корегуючих пристроїв системи ФАП, операторного метода вирішення неоднорідних діференціальних рівнянь та метода дискретного перетворення Лапласа, метода моделювання на ЕОМ.
Наукова новизна роботи полягає в розробці:
Вирогідність наукових результатів, висновків та рекомендацій, викладених в дисертаційній роботі, обгрунтована результатами експериментальних досліджень, та моделюванням на ЕОМ.
Особистий внесок автора. В дисертаційній роботі особисто автором проведені слідуючі дослідження:
шення СКП при врахуванні умови фізичної реалізації МКП та розроб–
лені структурні схеми алгоритмів програмної реалізації МКП;
В співавторстві із співробітниками кафедри передачі дискретних повідомлень Київського інституту зв`язку проведені дослідження систем фазової синхронізації високої точності та швидкодії, які використовуються в синхронних системах передачі інформації.
Апробація роботи. Основні теоретичні та практичні результати доповідались на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу та наукових співробітників Української державної академії зв`язку ім.О.С.Попова–К.: 1996–р.р., на науково-методичних конференціях професорсько-викладацького складу КІЗ УДАЗ (1996-1998р.р.), на науковому семінарі кафедри передачі дискретних повідомлень, Київ: КІЗ УДАЗ 1998р.
Реалізація результатів дисертаційної роботи. Тема дисертаційної роботи безпосередньо зв`язана з виконанням Національної програми розвитку зв`язку України відносно до розробок локальних систем фазового автопідстроювання в Київському інституті зв`язку УДАЗ ім.О.С.Попова.
Результати дисертаційної роботи знайшли застосування в розробках
Київського інститута зв`язку.
Теоретичні і практичні результати дисертаційної роботи використо-вуються в учбовому процесі Київського інститута зв`язку УДАЗ ім.О.С.Попова.
Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 15 наукових праць, з них два навчальні посібника.
СТРУКТУРА ТА ОБ`ЄМ ДИСЕРТАЦІЇ
Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох глав, заключення, переліка використаної літератури та додатків. Загальний об`єм роботи складає 174 стор., в тому числі 27 стор. рисунків та таблиць, 9 стор. переліка літератури та 46 стор. додатків.
Основні тези, які виносяться на захист:
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета та задачі дослідження, перераховані основні наукові результати дисертації, викладена їх коротка характеристика.
Перша глава присвячена вирішенню задачі підвищення точності систем ФАП в усталених (синхронних) режимах в класі систем з масштабуючими корегуючими пристроями з урахуванням умови фізичної реалiзацiї МКП.
Функціональна схема системи ФАП з МКП зображена на рис.1,а. Система містить фазовий дискримінатор ФД для вимірювання задавального діяння (t), елемент порівняння ЕП, фільтр нижніх частот Ф, підсилювач П, інтегратор І, фазообертач ФО, та додатковий фазовий дискримінатор ФД1 для вимірювання регульованої величини (t)(різниці фаз напруг на вході і виході фазообертача). Система ФАП призначена для узгодження фаз змінних напруг і застосовується, наприклад, в пристроях тактової синхронізації апаратури передачі інформації з часовим поділом каналів.
На входи 1 та 2 надходять задавальна та керована напруги однакової частоти, зсунуті по фазі на кут . Цей кут вимірюється за допомогою ФД. Між ФД і ЕП включено МКП. Структурна схема системи ФАП з МКП, яка відповідає функціональній рис.1,а, зображена на рис.1.б.
Рівняння елементів системи рис.1.б визначаються так
(1)
де –оператор системи ФАП в розімкненому стані; –оператори фільтра, підсилювача, інтегратора і фазообертача відповідно; –оператор МКП; –задавальне діяння (різниця фаз двох напруг), регульована величина та похибка системи відповідно; .
З рівнянь (1) маємо рівняння системи ФАП з МКП відносно похибки
. (2)
В загальному випадку оператор МКП має вигляд
. (3)
Дисперсія фазової похибки системи ФАП з МКП має вигляд
де
і усі корені А(j) розміщені у верхній напівплощині комплексної площини, що відповідає стійкій системі ФАП.
Параметри чисельника оператора МКП визначаються з системи рівнянь
Параметри знаменника оператора МКП визначаються з умови, щоб найбільший корінь по абсолютному значенню характеристичного рівняння
МКП був більший, чим найбільший корінь по абсолютному значенню характеристичного рівняння замкненого контура системи ФАП без МКП.
В главі показано, що в системі ФАП з МКП є додаткові можливості мінімізації СКП порівняно з системою ФАП без МКП.
В другій главі розроблений інженерний метод синтеза алгоритмів оптимального управління для систем ФАП і алгоритм машинного проектування пристроя управління оптимальних за швидкодією комбінованих систем ФАП при будь-яких коренях характеристичного рiвняння замкненого контура. Запропонований метод розрахунку моментів переключення tj сигнала управління, заснований на одержані спрощених виразів для tj. Значення tj отримані шляхом заміни основного елемента системи трансцедентних рівнянь розкладенням Фур`є –Чебишева.
При вирішенні задачі розрахунку моментів переключення сигнала управління оптимальної за швидкодією системи ФАП враховуться загальні умови
(4)
де –інтервал управління сигнала управління; –тривалість перехідного процесу оптимальної за швидкодією комбінованої системи ФАП; –тривалість перехідного процесу замкненого контура системи ФАП без пристроя керування.
Перша умова виразу (4) визначає неперервність плину часу. Друга вказує на те, що тривалість перехідного процесу оптимальної за швидкодією комбінованої системи ФАП визначається часом оптимального управління. Третя умова констатує суть оптимального управління: тривалість перехідного процесу завжди меньше тривалості перехідного процесу замкненого контура.
Для замкненого контура системи ФАП маємо
де –частота зрізу ЛЧХ розімкненої системи ФАП.
Для оптимальної за швидкодією системи ФАП маємо
де k –коефіцієнт пропорційності.
Розроблений метод на відміну від відомих методів має прийнятну точність обчислення приблизних моментів переключення сигналів управління для перехідних процесів замкнених контурів систем ФАП, які описуються диференційними рівняннями вище другого порядку. На основі цього методу розрахунку моментів переключення розроблений алгоритм визначення масива початкових наближень рішення початкової системи трансцендентних рівнянь.
Третя глава присвячена розробці структур систем ФАП, які дозволяють виключити вплив нелінійності типу обмеження на моменти переключення сигналу управління. Показано, що нелінійність типу обмеження, яка міститься в замкненому контурі системи ФАП, погіршує швидкодію оптимальної комбінованоі системи ФАП і впливає на величину моментів переключення сигналу управління. Одержані залежності величин моментів переключення сигналу управління від рівня обмеження нелінійності (рис.2.а,б).
Для системи ФАП другого порядку моменти переключення сигналу управління визначаються (рис.2.,в)
де –допустиме значення швидкості змiни регульованої величини; Т –стала часу; S –шлях руху з постійною швидкістю.
1(t)
(t)
U'2(t)
Umax
0
-Umax
t1 t2 t3 t