microbik.ru
1
АРМЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет радиотехники и систем связи
Кафедра радиоустройств

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины


Радиоавтоматика


Радиотехника, бакалавриат

Факультет радиотехники и систем связи

Курс 3, семестр 6

Лекции 12 час.

Практические работы 8 час.

Лабораторные работы 17 час.

РГР 6 семестр

Самостоятельная работа 63 час.

Экзамен 6 семестр

Всего 100 час.

ЕРЕВАН

2010

1. Требования

Таблица 1

Шифр

дисциплины

Содержание учебной дисциплины

Часы

ОПД.Ф.04.01

Принципы построения и классификация систем радиоавтоматики (РА); функциональные и структурные схемы систем радиоавтоматики; элементы систем РА; математическое описание непрерывных систем РА; анализ устойчивости систем РА; анализ процессов в системах РА при внешних воздействиях; анализ нелинейных систем РА; дискретные системы РА; цифровые системы РА.

100


2. Особенности (принципы) построения дисциплины


Таблица 2

Особенности (принципы) построения дисциплины

Особенность (принцип)

Содержание

Адресат курса

Студенты 3 курса, обучающиеся по направлению Радиотехника.

Главная цель

Изучение принципов построения систем радиоавтоматики, методов их анализа и синтеза по требуемым техническим характеристикам

Ядро курса

Ядро курса составляют методы анализа линейных и нелинейных систем радиоавтоматики, их устойчивости и качества регулирования

Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения Вашего курса

Табл. 3.

Уровень требований по сравнению с ГОС

Уровень требований соответствует ГОС.

Объём курса в часах

Лекции - 34 ч,

Лабораторные работы- 17 ч,

Самостоятельная работа - 49 ч.

Основные понятия курса

Структурная схема, передаточная функция, дифференциальное уравнение, устойчивость, качество регулирования.

Направленность курса на развитие общепредметных, общеинтеллектуальных умений, обладающих свойством переноса

Анализ, синтез, классификация и моделирование радиотехнических систем и сигналов.

Обеспечение последующих дисциплин

Табл. 3.

Практическая часть курса

В течение семестра в рамках практических занятий студент выполняет работы по изучению методов анализа и синтеза автоматических устройств в системах радиоэлектроники.

Области применений полученных знаний и умений

Разработка конкретных систем радиоавтоматики в различных радиоэлектронных средствах..

Таблица 2(продолжение)





Описание основных "точек" контроля

Промежуточный контроль – защита результатов выполнения заданий на лабораторных занятиях. Защита расчетно-графической работы. Итоговый контроль – контрольная работа (в форме теста) и экзамен (в устной форме). Вариант экзаменационного билета содержит 2 теоретических вопроса и задачу. Количество и содержание вопросов на экзамене определяется индивидуально по результатам тестирования.

Курс и современные информационные технологии

В рамках курса студенты знакомятся с программами для инженерных и научных расчетов, входящими в состав пакета MATCAD.

Курс и современное состояние науки и практики

В процессе изучения курса в практическом плане рассматриваются система автоматического регулирования, используемые в современных радиоэлектронных средствах.


Таблица 3

Междисциплинарные связи


Дисциплина

Знать

Уметь

Предшествующие по учебному плану дисциплины

Математика

Линейные и нелинейные дифференциальные уравнения, методы их решения.

Основные характеристики

случайных величин,

наиболее распространенные

виды законов распределения.

Применять к решению линейных дифференциальных уравнений аппарат операторного метода Лапласа

.

Радиотехнические цепи и

сигналы

Математическое описание сигналов во временной и

частотной областях.

Вычислять параметры

сигналов при прохождении их

через линейные

радиотехнические цепи.

Основы теории цепей







Последующие по учебному плану дисциплины

Системы записи и воспроизведения информации

Принципы построения следящих систем в аудио и видео технике

Рассчитать устойчивость следящих систем и систем стабилизации в видеомагнитофонах и проигрывателях лазерных дисков, а также точность их работы

Радиотехнические системы

Принципы построения систем автоматического сопровождения в радиолокации

Исследовать точность автосопровождения по угловым координатам и по дальности

Устройства приема и обработки сигналов

Принципы построения систем автоматической подстройки частоты гетеродина (АПЧ) и систем автоматической регулировки усиления (АРУ)

Рассчитать устойчивость системы АРУ и системы АПЧ, а также точность их работы



3. Цели учебной дисциплины


Таблица 4

После изучения дисциплины студент будет

Номер цели

Содержание цели




иметь представление




1

О содержании курса «Радиоавтоматика»




2

О классификационных признаках систем автоматического управления, используемых в радиотехнических устройствах




3

О функциональных и структурных схемах систем автоматического управления




4

О разновидности методов исследования систем автоматического управления




5

О преобразованиях структурных схем автоматических систем




6

О методах исследования устойчивости линейных и нелинейных систем автоматического регулирования




Знать




7

Методы математического описания структуры систем автоматического управления




8

Основные характеристики линейных систем радиоавтоматики (дифф. уравнение, передаточная функция, комплексный коэффициент передачи, импульсная и переходная характеристики) и связь между ними




9

Характеристики типовых структурных звеньев автоматических систем




10

Критерии устойчивости линейных систем радиоавтоматики и методы исследования на устойчивость




11

Способы определения качественных показателей систем радиоавтоматики




уметь




12

Синтезировать структурную схему системы на основе функциональной или принципиальной схем




13

Преобразовать структурную схему к простейшему виду, выделив в ней точки приложения внешних воздействий, выходной функции и ошибки регулирования




14

Записать дифференциальное уравнение, передаточные функции, импульсную и переходную характеристики системы




15

Исследовать устойчивость линейной и нелинейной систем радиоавтоматики




16

Определить качество регулирования при детерминированном и случайном воздействиях




17

Определить параметры переходного процесса




18

Произвести коррекцию системы по заданным параметрам переходного процесса




19

Произвести оптимальный синтез системы по минимуму среднеквадратической ошибки регулирования при случайных воздействиях на систему




20

Составить структурную схему и выполнить анализ процессов в дискретной и цифровой системах радиоавтоматики




21

Планировать свою деятельность при изучении дисциплины, а также при проведении экспериментов на лабораторных занятиях




22

Производить самостоятельный выбор методов анализа и синтеза автоматической системы в зависимости от её структуры и функционального назначения




23

Высказывать гипотезы о возможных несовпадениях экспериментальных результатов исследования с результатами расчетов параметров модели системы




иметь опыт




24

Проектирования конкретных систем радиоавтоматики



4. Содержание и структура учебной дисциплины


Описание лекционных занятий размещается в табл. 5 с указанием семестра, в котором организуется обучение по данной дисциплине.

Таблица 5

Раз

дел

Темы лекционных занятий

Ча

сы

Ссылки на цели

Семестр №6



1

Понятие о системах радиоавтоматики. Связь радиоавтоматики с теорией автоматического управления. Кибернетика – научная база автоматики. Краткие сведения об истории радиоавтоматики. Замкнутый контур управления как основная форма построения систем радиоавтоматики. Регулирующее и возмущающее воздействие. Классификация систем радиоавтоматики. Примеры по классификации.

3


1,2


2

Функциональные схемы радиотехнических автоматических систем. Структурные схемы, их отличие от функциональных схем. Типовые структурные звенья, их характеристики. Передаточные функции разомкнутых и замкнутых систем. Функциональные и структурные схемы статической и астатической систем автоматической подстройки частоты (АПЧ). Основные правила структурных преобразований. Сведение разветвленной структурной схемы к простейшему виду.

4


3,5,9,

10



3

Принцип суперпозиции как основа методов анализа линейных стационарных систем радиоавтоматики. Дифференциальное уравнение, передаточная функция, комплексный коэффициент передачи, импульсная и переходная характеристики системы радиоавтоматики. Связь между всеми характеристиками системы. Спектральный и операторный методы анализа систем радиоавтоматики. Интеграл суперпозиции.

4


4,6,9,

15


4

Понятие устойчивости системы радиоавтоматики. Теорема Ляпунова. Критерии устойчивости Гурвица, Найквиста, Михайлова. Запас устойчивости, методы его определения.

2

6,11,16



5

Качество регулирования в системе радиоавтоматики при детерминированном воздействии. Показатели качества, способы их определения. Коэффициенты ошибки, их роль в определении ошибки регулирования в установившемся и вынужденном режимах. Особенности австатических систем с точки зрения качества регулирования. Примеры исследования статической и астатической систем АПЧ на устойчивость.

3


6,12,17



6

Качество переходного процесса. Показатели качества, способы их определения. Операторный метод, аналитический метод (по частотной характеристике замкнутой системы), метод логарифмических амплитадно-частотных характеристик.

4


6,12,18

19



7

Случайные процессы как управляющие и возмущающие функции в системах радиоавтоматики. Трансформация характеристик случайных процессов при их прохождении через замкнутую систему радиоавтоматики. Определение среднеквадратической ошибки регулирования. Оптимальный синтез системы по критерию минимума среднеквадратической ошибки.

4


6,17

8

Особенности нелинейных систем и методов их исследования. Неприменимость принципа суперпозиции при разработке методов анализа нелинейных систем. Аналитические методы (метод малого параметра), графические методы (метод фазовой плоскости), метод Гольдфарба. Устойчивость нелинейных систем и устойчивость автоколебаний в нелинейных системах. Устойчивые и неустойчивые замкнутые предельные циклы фазового портрета, их связь с диаграммой Гольдфарба. Пример анализа нелинейной системы термостатирования фазовым методом и методом Гольдфарба.

6


7,16


9

Системы прерывистого регулирования. Системы с конечным временем съема данных и дискретные системы. Дискретное преобразование Лапласа, его свойства. Операторный способ анализа процессов в дискретных системах, основанный на дискретном преобразовании Лапласа. Устойчивость дискретных систем. Цифровые системы радиоавтоматики, их достоинства и недостатки. Методы и приемы анализа цифровых систем: моделирование на ЦВМ, сведение к линейным дискретным системам, переход к эквивалентным непрерывным системам.

4



4,12, 21,20

Описание лабораторныхтработ размещается в табл. 6 с указанием семестра, в котором организуется обучение по дисциплине.

Таблица 6

Темы лабораторных занятий

Учебная деятельность

Часы

Ссылки на цели

Семестр №6

№1. Ошибки регулирования

в статических и астатических

системах

- используя осциллограф и встроенные в лабораторный макет тестовые генераторы, исследует форму сигналов в различных точках системы, особое внимание уделяя сигналу на выходе главного сумматора (сигналу ошибки регулирования следящей системы);

- наблюдает изменение формы и величины сигнала ошибки при изменении коэффициента усиления системы;

- превращая систему из статической в астатическую, наблюдает изменение сигналов во всех контрольных гнездах системы, уделяя особое внимание сигналу ошибки регулирования;

- высказывает гипотезы о несовпадении ожидаемых результатов (по теории) с результатами эксперимента;

- прогнозирует последствия изменения структуры системы и сигналов, подаваемых на систему.

4


12,17,

22,23, 24

№2. Устойчивость линейных систем и коррекция

- исследует процессы в электронной модели неустойчивой системы №1, состоящей из трех инерционных звеньев и имеющей коэффициент усиления больше критического;

- вводя в систему поочередно звенья параллельной, последовательной и комбинированной коррекции, наблюдает превращение системы в устойчивую;

- с помощью тестового генератора прямоугольного сигнала наблюдает переходные характеристики системы при различных способах коррекции;

- на основании сравнения полученных переходных характеристик делает выводы об эффективности различных способов коррекции автоматических систем;

- исследует процессы в системе №2, неустойчивой в разомкнутом состоянии, но прекращающей автоколебания при замыкании главного контура регулирования;

- на основе имеющихся структурных схем записывает передаточные функции и характеристические полиномы, а также, опираясь на результаты эксперимента, зарисовывает формы годографов Найквиста и Михайлова обеих систем;

- высказывает гипотезы о возможных изменениях свойств систем при изменении их структуры;

- формулирует причины несовпадения некоторых экспериментальных результатам ожиданиям, основанным на анализе линейных моделей систем;

4


6,11,16

19,22,

23,24

№3. Исследование нелинейных следящих систем

- исследует электронные модели двух нелинейных следящих систем, имеющих одинаковые линейные и различные нелинейные части;

- используя генератор стандартных сигналов и осциллограф, определяет амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики линейной части системы;

- замеряет параметры характеристик нелинейных звеньев типа «насыщение» и «зона нечувствительности»;

- наблюдает наличие или отсутствие автоколебаний в нелинейных системах;

- подключая поочередно к обеим системам сигнал внешнего воздействия, наблюдает с помощью осциллографа форму сигналов со всех контрольных точек как в разомкнутых, так и замкнутых нелинейных системах;

- основываясь на результатах экспериментов, строит диаграммы Гольдфарба для обеих систем и делает выводы об устойчивости той или иной нелинейной системы и устойчивости автоколебаний в системах;

- высказывает гипотезы о возможных несовпадениях теоретически ожидаемых результатов с данными эксперимента;

- прогнозирует результаты воздействия на характеристики обеих систем возможных изменений в их структурах или параметрах.

8


7,12,16

22,23,

24


Расчетно – графическая работа

Задание на расчетно – графическую работу студенты получают на 2 – 3 неделе семестра (по вариантам). Срок сдачи расчетно – графической работы – 15 неделя, объем работы – 17 часов. В процессе работы над РГР деятельность студентов сводится к нижеследующему:



Номер

цели

Структура деятельности студента при работе над РГЗ

5,9

Записать передаточные функции и дифференциальные уравнения разомкнутой и замкнутой системы, а также передаточную функцию ошибки от регулирующего воздействия;

6,10

Зарисовать структурную схему системы, считая её следящей, и назвать все типовые структурные звенья, входящие в систему;

3,9

Записать характеристические полиномы разомкнутой и замкнутой систем и вычислить их коэффициенты;

11,16

Произвести анализ устойчивости замкнутой системы по критерию Гурвица. Вычислить критический коэффициент усиления.

11,16,18

Произвести анализ устойчивости системы по критериям Найквиста и Михайлова. Построить оба годографа. Определить запас устойчивости по модулю и по фазе;

12,17

Вычислить коэффициенты ошибки и найти ошибку регулирования при заданном регулирующем воздействии на систему.

Структура курса

История развития и класс-


сификационные признаки

систем радиоавтоматики

(цели 1,2)





Математические модели


систем автоматического

регулирования (САУ)

(цели 4,8,9,1013,14,15)












Линейные

системы
Нелинейные

системы
Дискретные и

цифровые системы


радиоавтоматики

(цель 21)







Метода анализа


линейных систем

(цели 3,4,5,8,13,14)

Методы анализа

нелинейных систем

(цели 4,7,16)





Опе


ратор

ный

Спектраль

ный

Вре

мен

ной

Ана-

лити-

чес-

кие

Гра-

фи-

чес-

кие

Гра-

фо-

ана-

литич...



Устойчивость нелин.

систем и устойчи-

вость автоколебаний

(цели 7,16,17)

Устойчивость


линейных систем

радиоавтоматики

(цели 6,11,16)





Качество регули-

рования в устано-


вившемся и пере-

ходном режимах

(цели12,18)

Переходные

процессы в

нелинейных

системах

(цели 7,12,18)

Случайные


процессы в САУ

(цели 12,20)


5. Учебная деятельность


Учебная деятельность включает в себя посещение лекций, выполнение и защиту лабораторных работ, выполнение и защиту расчетно-графической работы.

Примеры типовых заданий при защите лабораторных работ

Задание №1
Имеется система радиоавтоматики со структурой: одно интегрирующее звено и три инерционных. На входе системы действует сигнал: X(t) =At2 - Bt.

Зарисовать вид функции сигнала ошибки и объяснить полученный результат.

Задание №2

Для системы со структурой: два интегрирующих звена и одно инерционное зарисовать формы годографов Найквиста и Михайлова.

Задание №3

Имеется годограф Найквиста:

Зарисовать форму годографа Михайлова.

Задание №4


Линейная часть нелинейной системы состоит из двух интегрирующих звеньев и одного форсирующего. Нелинейная часть системы представляет собой двухпозиционное реле с гистерезисом.

Возможны ли автоколебания в такой системе? Зарисуйте диаграмму Гольдфарба и фазовый портрет.

6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине


Формой отчетности по дисциплине является экзамен. Для допуска к экзамену студент должен выполнить и защитить лабораторные работы, выполнить и защитить расчетно-графическую работу, написать контрольную работу, результаты которой определяют количественный и качественный состав дополнительных вопросов на экзамене.

Список вопросов к экзамену

1. Классификация автоматических систем. Примеры по классификации.

  1. Методы анализа линейных систем радиоавтоматики.

  2. Характеристики линейных систем радиоавтоматики, связь между ними.

  3. Структурные схемы, отличие от функциональных. Примеры.

  4. Инерционные и интегрирующие звенья, их характеристики.

  5. Дифференцирующие и упругие звенья, их характеристики.

  6. Форсирующее и колебательное звенья, их характеристики.

  7. Статическая система АПЧ. Структура, дифф. ур-я, передаточные функции.

  8. Астатическая система АПЧ. Структура, дифф. ур-я, передаточные функции.

  9. Передаточные функции разомкнутых и замкнутых систем, передаточные функции ошибки от регулирующего и возмущающего воздействий.

  10. Устойчивость линейных САУ. Теорема Ляпунова. Критерий Гурвица.

  11. Частотный критерий Найквиста.

  12. Частотный критерий Михайлова.

  13. Примеры анализа устойчивости статической и астатической систем АПЧ.

  14. Качество регулирования в установившемся и вынужденном режимах.

  15. Качество переходных режимов, методы определения параметров качества.

  16. Аналитический способ определения переходной характеристики.

  17. Определения параметров переходного режима с помощью ЛАЧХ.

  18. Классификация нелинейных систем, примеры.

  19. Методы анализа нелинейных систем.

  20. Система термостатирования. Структурная схема, дифф. уравнения.

  21. Фазовый метод анализа нелинейных систем. Правила вычерчивания фазовых траекторий.

  22. Фазовый портрет системы термостатирования.

  23. Гармоническая линеаризация.

  24. Метод Гольдфарба, примеры.

  25. Связь между диаграммой Гольдфарба и фазовым портретом системы. Примеры.

  26. Случайные процессы в линейных системах радиоавтоматики.

  27. Ошибки регулирования в системах радиоавтоматики при случайном управляющем воздействии.

  28. Ошибки регулирования в системах радиоавтоматики при одновременном воздействии случайного управляющего сигнала и помехи.

  29. Оптимальный синтез САУ по минимуму среднеквадратической ошибки регулирования.


7. Список литературы





  1. Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика. – М.: Высшая школа, 1990. – 254 с.

  2. Радиоавтоматика. Под ред. В.А.Бесекерского. – Высшая школа, 1985. – 271 с.

  3. Первачев С.В. Радиоавтоматика: Учебник для ВУЗов. - :Радио и связь, 1982. – 296 с.